基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，其技術(shù)特點是：由多個數(shù)據(jù)采集終端和監(jiān)控平臺構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集終端包括傳感器及其調(diào)理電路、CT取電模塊、主控模塊和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，傳感器與信號調(diào)理電路相連接，信號調(diào)理電路的輸出端連接到主控單元上；CT取電模塊主控模塊供電；主控模塊與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接，該無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過RF天線與監(jiān)控平臺相連接。本發(fā)明基于輸電線路運行參數(shù)(傾角、環(huán)境溫度、日照輻射、導線負荷)設(shè)計,利用導線溫度、環(huán)境溫度、日照輻射和導線負荷計算導線的動態(tài)載流量,避免了一次側(cè)張力計安裝困難、風速風向測量不準確的問題，具有測溫工作安全、安裝維護簡便、可靠性及安全性高等特點。
【專利說明】基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輸電線路【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路動態(tài)增容技術(shù)可以在不新建線路的前提下，動態(tài)提升現(xiàn)有導線的輸送容量，提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性?，F(xiàn)有輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)一般利用張力傳感器測量導線張力，然后根據(jù)張力獲得導線溫度，最后根據(jù)導線氣候模型，利用風速風向、環(huán)境溫度、日照輻射強度計算導線最大載流量。上述動態(tài)增容系統(tǒng)存在的問題是:對于一次系統(tǒng)，直接在導線上安裝張力傳感器往往比較困難；另外，環(huán)境條件中風速、風向有時變化較快，現(xiàn)有系統(tǒng)在測量風速特別是風向時，準確度一般較低，導致載流量計算可靠性偏低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、精度及可靠性高且易于安裝使用的基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，由安裝在高壓線路桿塔上的多個數(shù)據(jù)采集終端和位于調(diào)度中心的監(jiān)控平臺構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集終端通過公用GSM/GPRS網(wǎng)絡與監(jiān)控平臺相連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能；數(shù)據(jù)采集終端包括傳感器及其調(diào)理電路、CT取電模塊、主控模塊和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，傳感器安裝在高壓線路上并與信號調(diào)理電路相連接，信號調(diào)理電路的輸出端連接到主控單元上；CT取電模塊連接到高壓線路上取電并進行轉(zhuǎn)換為主控模塊供電；主控模塊與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接，該無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過RF天線與監(jiān)控平臺相連接。
[0006]而且，所述的主控模塊由主控CPU單元及其外圍電路連接構(gòu)成，所述的主控CPU單元采用C8051F040芯片，所述的外圍電路包括實時時鐘、Flash存儲器，主控CPU單元通過I2C接口與實時時鐘相連接，主控CPU單元通過通過SPI接口與Flash存儲器相連接，主控CPU單元通過A/D接口與調(diào)理電路相連接，主控CPU單元通過UART接口與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接。
[0007]而且，所述的傳感器包括傾角傳感器、溫度傳感器和CT單元。
[0008]而且，所述的溫度傳感器包括直接測量導線溫度用于校驗的溫度傳感器、測量環(huán)境溫度的傳感器和測量導線日照輻射溫度的傳感器。
[0009]而且，所述的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊包括GPRS模塊和SM卡，該無線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接到主控模塊的UART接口上，并通過RF天線與監(jiān)控平臺進行數(shù)據(jù)通信。
[0010]而且，所述的CT取電模塊包括依次連接的前端沖擊保護電路、整流濾波、DC/DC穩(wěn)壓電路，整流濾波電路輸出端還通過取樣電路、保護電路連接到DC/DC穩(wěn)壓電路，該DC/DC穩(wěn)壓電路還連接電池組充電、供電管理模塊對DC/DC穩(wěn)壓進行管理，使得DC/DC穩(wěn)壓電路輸出電壓控制在允許電壓范圍內(nèi)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0012]1、本系統(tǒng)基于輸電線路運行參數(shù)(傾角、環(huán)境溫度、日照輻射、導線負荷)設(shè)計，利用導線懸掛傾角和風偏角計算導線溫度，然后基于導線溫度模型，利用導線溫度、環(huán)境溫度、日照輻射和導線負荷計算導線的動態(tài)載流量，避免了一次側(cè)張力計安裝困難、風速風向測量不準確的問題。
[0013]2、本系統(tǒng)采用和架空線路高壓部分進行隔離，確保測溫工作安全。
[0014]3、本系統(tǒng)選擇電流互感器直接從高壓輸電線路上耦合取電，避免了一般輸電線路監(jiān)測裝置多采用的太陽能電池系統(tǒng)存在設(shè)備間絕緣問題。
[0015]4、本系統(tǒng)避免了張力傳感器安裝不便的問題，安裝維護簡便。
[0016]5、本系統(tǒng)避免了風速風向的測量，具有極高的可靠性和安全性。
[0017]6、本系統(tǒng)便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是數(shù)據(jù)采集終端的硬件電路框圖；
[0020]圖3是CT單元的放大電路原理圖；
[0021]圖4是CT單元的抬壓電路原理圖；
[0022]圖5是CT取電模塊的原理圖；
[0023]圖6是無線數(shù)據(jù)傳輸模塊G24與主控單元C8051F040的主要接口電路圖；
[0024]圖7是傾角傳感器所測得的二維傾角值示意圖；
[0025]圖8是環(huán)境溫度和日照輻射溫度的測量值示意圖；
[0026]圖9是線路現(xiàn)有負荷和增容后容量對比不意圖。

【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述。
[0028]一種基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，如圖1所示，由安裝在高壓線路桿塔上的多個數(shù)據(jù)采集終端和位于調(diào)度中心的一個監(jiān)控平臺構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集終端通過公用GSM/GPRS網(wǎng)絡與監(jiān)控平臺相連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。
[0029]如圖2所示，安裝在高壓線路桿塔上的數(shù)據(jù)采集終端包括傳感器及其調(diào)理電路、CT取電模塊、主控模塊和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊四個部分。所述的傳感器包括傾角傳感器、溫度傳感器和CT單元并安裝在高壓線路上，上述傳感器采集的信號輸入到信號調(diào)理電路上，信號調(diào)理電路的輸出端連接到主控單元的A/D接口上；主控模塊由CPU主控單元及外圍電路連接構(gòu)成，該主控單元采用C8051F040芯片，外圍設(shè)備包括實時時鐘、Flash存儲器；CT取電模塊連接到高壓線路上取電并進行轉(zhuǎn)換為主控模塊供電；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊包括GPRS模塊(Motorola G24模塊)和SM卡，該無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過UART方式連接到主控模塊上，并通過RF天線與監(jiān)控平臺進行數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)采集終端通過傳感器實時檢測導線傾角、環(huán)境溫度、日照輻射和導線負荷等信息，通過信號調(diào)理電路進行濾波放大等處理，在主控單元的控制下，信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、緩存、打包后通過GSM/GPRS網(wǎng)絡發(fā)送到監(jiān)控管理平臺以計算實時最大載流量。
[0030]傾角傳感器選用V61-QXJ-BZ-V系列二維傾角傳感器。由于傾角傳感器的輸出為標準電壓信號，因此其調(diào)理電路僅需要進行電平轉(zhuǎn)換，即可將信號輸入A/D轉(zhuǎn)換器采樣。
[0031]溫度傳感器可分為三類:直接測量導線溫度用于校驗的溫度傳感器、測量環(huán)境溫度的傳感器和測量導線日照輻射溫度的傳感器。其中，日照輻射傳感器需要將裝有溫度傳感器的金屬殼體通過鋁的卡環(huán)固定在與架空導線相同型號和表面條件的導線表面，并涂以導熱硅膠。溫度傳感器芯片采用Analog Devices公司的TMP36，無須外接電路即可送至A/D轉(zhuǎn)換器。
[0032]電流互感器測取一次側(cè)電流后，經(jīng)圖3所示的放大電路和圖4所示的抬壓電路，將輸出的O?3V信號送至主控CPU單元的A/D接口。
[0033]CT取電模塊如圖5所示，其根據(jù)電磁感應原理，當輸電線路中流過交流電時,取能線圈兩端產(chǎn)生感應電勢，經(jīng)前端沖擊保護電路、整流濾波、穩(wěn)壓后供給一次側(cè)系統(tǒng)終端。當一次側(cè)電流過大或過小時，通過對鋰電池的充放電解決供電過?；虿蛔愕臏囟?。當一次側(cè)發(fā)生短路故障產(chǎn)生巨大的暫態(tài)電流時，經(jīng)沖擊保護電路可將輸出電壓控制在允許電壓范圍內(nèi)。
[0034]考慮到系統(tǒng)的綜合需要，主控模塊中的主控單元采用Silicon Lab公司的C8051F040芯片，該芯片具有內(nèi)部256字節(jié)+外部4K的RAM。集成的12位A/D轉(zhuǎn)換器可以用于采樣傳感器經(jīng)調(diào)理的模擬信號，并監(jiān)測電源模塊的電壓。通過I2C接口連接到外部更為準確的實時時鐘芯片，定期判斷由監(jiān)控平臺設(shè)定的傾角、溫度、負荷信息的采集條件；若滿足則打開相應的數(shù)據(jù)采集回路采集信號，把所測信息按照規(guī)定格式存放到SPI接口所連接的外部flash儲存器內(nèi)；最后通過無線傳輸模塊，將傾角、溫度、負荷信息按照規(guī)定格式傳回給監(jiān)控平臺。
[0035]無線數(shù)據(jù)傳輸模塊擔任著整個數(shù)據(jù)采集終端數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交互的重要任務。本系統(tǒng)選用Motorola G24作為主要的無線數(shù)據(jù)模塊，如圖6所示。該無線通信模塊G24工作外接SIM卡后可實現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)和向手機用戶發(fā)送短消息功能，CPU主控單元通過UART 口向G24發(fā)送AT命令和數(shù)據(jù)。
[0036]通過現(xiàn)場運行，我們我們得到了相關(guān)的運行數(shù)據(jù)如下:
[0037]圖7為傾角傳感器所測得的二維傾角值，圖中上方曲線為導線垂直投影平面內(nèi)的懸掛傾角，圖中下方曲線為風偏角，通過在多個耐張段內(nèi)的測試發(fā)現(xiàn)傾角傳感器的測量誤差在1%以內(nèi)。
[0038]圖8為環(huán)境溫度和日照輻射溫度的測量值。其中日照輻射溫度值和環(huán)境溫度值的變化趨勢基本相同。
[0039]圖9為線路現(xiàn)有負荷和增容后容量對比示意圖。下方曲線為線路實時負荷，上方曲線為動態(tài)增容系統(tǒng)計算得出的導線最大載流量，從圖中可以看出，基于線路運行參數(shù)和環(huán)境條件的動態(tài)增容系統(tǒng)有效增加了導線容量。
[0040]需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，其特征在于:由安裝在高壓線路桿塔上的多個數(shù)據(jù)采集終端和位于調(diào)度中心的監(jiān)控平臺構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集終端通過公用GSM/GPRS網(wǎng)絡與監(jiān)控平臺相連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能；數(shù)據(jù)采集終端包括傳感器及其調(diào)理電路、CT取電模塊、主控模塊和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，傳感器安裝在高壓線路上并與信號調(diào)理電路相連接，信號調(diào)理電路的輸出端連接到主控單元上；CT取電模塊連接到高壓線路上取電并進行轉(zhuǎn)換為主控模塊供電；主控模塊與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接，該無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過RF天線與監(jiān)控平臺相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，其特征在于:所述的主控模塊由主控CPU單元及其外圍電路連接構(gòu)成，所述的主控CPU單元采用C8051F040芯片，所述的外圍電路包括實時時鐘、Flash存儲器，主控CPU單元通過I2C接口與實時時鐘相連接，主控CPU單元通過通過SPI接口與Flash存儲器相連接，主控CPU單元通過A/D接口與調(diào)理電路相連接，主控CPU單元通過UART接口與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器包括傾角傳感器、溫度傳感器和CT單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，其特征在于:所述的溫度傳感器包括直接測量導線溫度用于校驗的溫度傳感器、測量環(huán)境溫度的傳感器和測量導線日照輻射溫度的傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，其特征在于:所述的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊包括GPRS模塊和SIM卡，該無線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接到主控模塊的UART接口上，并通過RF天線與監(jiān)控平臺進行數(shù)據(jù)通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導線傾角的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，其特征在于:所述的CT取電模塊包括依次連接的前端沖擊保護電路、整流濾波、DC/DC穩(wěn)壓電路，整流濾波電路輸出端還通過取樣電路、保護電路連接到DC/DC穩(wěn)壓電路，該DC/DC穩(wěn)壓電路還連接電池組充電、供電管理模塊對DC/DC穩(wěn)壓進行管理，使得DC/DC穩(wěn)壓電路輸出電壓控制在允許電壓范圍內(nèi)。
【文檔編號】G01R31/00GK104360196SQ201410652630
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】郗曉光, 葛榮剛, 李萬超, 李隆基, 王楠, 唐慶華, 滿玉巖, 張弛 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司