專利名稱：基于gps定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在線監(jiān)測裝置，特別是用于輸電線路上的一種監(jiān)測輸電線路舞動(dòng)狀態(tài)的裝置。
背景技術(shù)：
我國是架空輸電線路舞動(dòng)多發(fā)的國家，近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，架空輸電線路向著大截面、多分裂的方向發(fā)展，線路舞動(dòng)事故更趨頻繁，所造成的損失更嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。輸電線路所述的舞動(dòng)是輸電線路受到水平方向的風(fēng)吹動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生一定的空氣升力，誘發(fā)導(dǎo)線產(chǎn)生一種大振幅(可達(dá)IOm以上)、低頻率(0.1 3. OHz)的自激振動(dòng)。輸電線路的異常舞動(dòng)會(huì)發(fā)生諸如導(dǎo)線電弧燒傷、金具損壞、導(dǎo)線斷股、斷線、倒塔等事故，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置能夠?qū)旊娋€路的舞動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸電線路舞動(dòng)異常時(shí)，及時(shí)預(yù)報(bào)給監(jiān)控中心，以便立即采取措施，防止意外事故的發(fā)生，從而提高輸電線安全運(yùn)行的可靠性。目前常見的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置主要有以下兩種1)基于攝像頭和圖像處理技術(shù)通過安裝在輸電線路現(xiàn)場的監(jiān)測終端采集攝像頭畫面，應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)處理對(duì)現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，勾畫出導(dǎo)線的邊界，然后根據(jù)導(dǎo)線邊界的變化得出舞動(dòng)的特征參數(shù)，判定輸電線的舞動(dòng)級(jí)別。這種監(jiān)測方法通常是對(duì)舞動(dòng)進(jìn)行定性監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)定量監(jiān)測還需進(jìn)一步提高圖像處理的精度。2)加速度傳感器該檢測裝置是將加速度傳感器固定在導(dǎo)線表面，使用加速度傳感器測量導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)的加速度變化，根據(jù)加速度計(jì)算導(dǎo)線的移動(dòng)距離。加速度傳感器使用內(nèi)置的電池供電，測量結(jié)果通過無線方式發(fā)送出去。使用這種監(jiān)測裝置，雖然可以對(duì)輸電線路的舞動(dòng)實(shí)現(xiàn)定量檢測，但是當(dāng)導(dǎo)線發(fā)生扭轉(zhuǎn)而非舞動(dòng)時(shí)，加速度傳感器仍會(huì)有測量結(jié)果輸出，利用這種數(shù)據(jù)計(jì)算得到的導(dǎo)線舞動(dòng)情況必將發(fā)生偏差，影響測量精度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于輸電線路上的高測量精度的舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是基于GPS定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置，包括用于計(jì)算輸電線路舞動(dòng)狀態(tài)的專家系統(tǒng)，還包括用于獲取輸電線路位置的待測衛(wèi)星、安裝在輸電線路上的與待測衛(wèi)星通過無線進(jìn)行通信的GPS接收機(jī)、以及與GPS接收機(jī)輸出端連接的GPRS/CDMA通信模塊，所述 GPRS/CDMA通信模塊的輸出端連接專家系統(tǒng)，所述GPS接收機(jī)以及GPRS/CDMA通信模塊的輸入端均與設(shè)置在輸電線路上的導(dǎo)線取能模塊連接。[0012]本實(shí)用新型的工作原理如下所述首先導(dǎo)線取能模塊利用輸電線路本身流過的電流產(chǎn)生的磁場獲得電能，為GPS接收機(jī)以及GPRS/CDMA通信模塊提供電源；專家系統(tǒng)按照一定的衛(wèi)星截止角選擇待測衛(wèi)星， GPS接收機(jī)用于捕獲這些衛(wèi)星的運(yùn)行情況，即可測量出GPS接收機(jī)到衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，并解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。GPS接收機(jī)再根據(jù)這些數(shù)據(jù)按照定位結(jié)算方法進(jìn)行定位計(jì)算，以高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，確定GPS接收機(jī)所在輸電線路的空間位置。GPS接收機(jī)將計(jì)算結(jié)果傳輸給GPRS/CDMA通信模塊；GPRS/CDMA通信模塊經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)將GPS接收機(jī)計(jì)算得出的輸電線路監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)發(fā)送到設(shè)置在變電站內(nèi)的專家系統(tǒng)中；專家系統(tǒng)根據(jù)接收到數(shù)據(jù)計(jì)算得出輸電線路的舞動(dòng)情況。本實(shí)用新型所述導(dǎo)線取能模塊的具體結(jié)構(gòu)為所述導(dǎo)線取能模塊包括套裝在輸電線路上的取能線圈、與取能線圈輸出端連接的整流濾波模塊、與整流濾波模塊的輸出端連接DC-DC轉(zhuǎn)換模塊。取能線圈用于將輸電線路中電流產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)換為交流電壓；整流濾波模塊將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并對(duì)該直流電壓進(jìn)行濾波處理，以減少電壓中的諧波； DC-DC轉(zhuǎn)換模塊用于將濾波后的直流電壓轉(zhuǎn)換為本實(shí)用新型所需要的低壓直流電，并輸送給GPS接收機(jī)和GPRS/CDMA通信模塊。上述導(dǎo)線取能模塊的改進(jìn)在于所述取能線圈與整流濾波模塊之間還設(shè)置有防沖擊保護(hù)模塊，防沖擊保護(hù)模塊用于防止輸電線路故障、短路或電力系統(tǒng)操作時(shí)形成的過電壓對(duì)本實(shí)用新型產(chǎn)生沖擊。所述導(dǎo)線取能模塊的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述整流濾波模塊與DC-DC轉(zhuǎn)換模塊之間設(shè)置有充電回路，以及與充電回路并聯(lián)設(shè)置的鋰離子充電電池。充電回路用于對(duì)鋰離子充電電池進(jìn)行充電，作為本裝置電源的備用電源。所述導(dǎo)線取能模塊的改進(jìn)還在于所述防沖擊保護(hù)模塊的輸入端與整流濾波模塊的輸出端之間并聯(lián)設(shè)置有電壓監(jiān)控模塊。電壓監(jiān)控模塊用于對(duì)取能線圈產(chǎn)生的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)電壓過低時(shí)取能模塊開啟鋰離子電池對(duì)裝置進(jìn)行供電。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型取得的技術(shù)進(jìn)步在于本實(shí)用新型通過專家系統(tǒng)選擇的待測衛(wèi)星以及設(shè)置在輸電線路上GPS接收機(jī)對(duì)輸電線路的舞動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，掃描頻率為20Hz以上，可精確地計(jì)算出輸電線路的舞動(dòng)情況，其定位精度可達(dá)到毫米級(jí)，大大提高了測量的精確度。本實(shí)用新型中導(dǎo)線取能模塊的設(shè)置，可以方便地利用輸電線路中流過的電流產(chǎn)生裝置所需要的電壓，改變了現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)測裝置中使用其他供電裝置，減小了裝置的體積和重量，從而可以減輕輸電線路的負(fù)荷。導(dǎo)線取能模塊中防沖擊保護(hù)模塊的設(shè)置，可以有效防止當(dāng)輸電線路故障、短路或電力系統(tǒng)操作時(shí)形成的過電壓對(duì)本實(shí)用新型產(chǎn)生沖擊，更好地保護(hù)裝置的安全運(yùn)行。充電回路以及鋰離子電池的設(shè)置，能夠在電壓過低時(shí)開啟鋰離子電池對(duì)裝置進(jìn)行供電，有效保證了裝置的連續(xù)運(yùn)行。電壓監(jiān)控模塊的設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)取能線圈產(chǎn)生的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)電壓過低時(shí)取能模塊開啟鋰離子電池對(duì)裝置進(jìn)行供電。

圖1 本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 本實(shí)用新型所示導(dǎo)線取能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]其中1.GPS接收機(jī)，2. GPRS/CDMA通信模塊，3.專家系統(tǒng)，4.待測衛(wèi)星，5.導(dǎo)線取能模塊，51.取能線圈，52.整流濾波模塊，53. DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，54.防沖擊保護(hù)模塊，55.充電回路，56.鋰離子充電電池，57.電壓監(jiān)控模塊，6.輸電線路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步詳細(xì)說明一種基于GPS定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括 GPS接收機(jī)1、待測衛(wèi)星4、GPRS/CDMA通信模塊2、導(dǎo)線取能模塊5以及專家系統(tǒng)3。GPS接收機(jī)以及導(dǎo)線取能模塊5均安裝在輸電線路上；導(dǎo)線取能模塊的輸出端連接GPS接收機(jī)以及GPRS/CDMA通信模塊的輸入端，為其供電；GPS接收機(jī)的輸出端連接 GPRS/CDMA通信模塊的輸入端，為GPRS/CDMA通信模塊提供計(jì)算得出的輸電線路監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)；專家系統(tǒng)設(shè)置在變電站內(nèi)，用于計(jì)算輸電線路的舞動(dòng)狀態(tài)；GPRS/CDMA通信模塊與專家系統(tǒng)之間通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。導(dǎo)線取能模塊如圖2所示，主要包括取能線圈51、防沖擊保護(hù)模塊54、整流濾波模塊52、DC-DC轉(zhuǎn)換模塊53、電壓監(jiān)控模塊57、以及鋰電池充電回路。取能線圈套裝在輸電線路6上，取能線圈的輸出端經(jīng)防沖擊保護(hù)模塊連接整流濾波模塊，整流濾波模塊的輸出端連接DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，對(duì)高電壓進(jìn)行低電壓轉(zhuǎn)換。電壓監(jiān)控模塊并聯(lián)設(shè)置在防沖擊保護(hù)模塊54和整流濾波模塊52的兩端，用于監(jiān)測取能線圈產(chǎn)生的電壓情況。鋰電池充電回路包括鋰離子充電電池56和充電回路55，鋰電池充電回路并聯(lián)設(shè)置在整流濾波模塊52和DC-DC轉(zhuǎn)換模塊53之間。鋰離子充電電池用于當(dāng)取能模塊輸出的電壓較低時(shí)，對(duì)裝置進(jìn)行供電?；贕PS定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置的工作原理如下所述首先導(dǎo)線取能模塊利用輸電線路本身流過的電流產(chǎn)生的磁場獲得電能，為GPS接收機(jī)以及GPRS/CDMA通信模塊提供電源；專家系統(tǒng)按照一定的衛(wèi)星截止角選擇待測衛(wèi)星， GPS接收機(jī)用于捕獲這些衛(wèi)星的運(yùn)行情況，即可測量出GPS接收機(jī)到衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，并解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。GPS接收機(jī)再根據(jù)這些數(shù)據(jù)按照定位結(jié)算方法進(jìn)行定位計(jì)算，以高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，確定GPS接收機(jī)所在輸電線路待監(jiān)測點(diǎn)的位置。根據(jù)衛(wèi)星鐘的鐘差以及GPS接收機(jī)的鐘差可以確定以下四個(gè)方程式[ (xrx)2+ (yry)2+ (zrz)2] 1/2+c (Vt1-Vt0) = (I1[ (X2-X)2+ (y2-y)2+ (z2~z)2] 1/2+c (Vt2-Vt0) = d2[ (X3-X)2+ (y3-y)2+ (z3~z)2] 1/2+c (Vt3-Vt0) = d3[ (X4-X)2+ (y4-y)2+ (z4-z)2] 1/2+c (Vt4-Vt0) = d4其中x、y、z為待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)，xi、yi、zi(i = 1、2、3、4)分別為待測衛(wèi)星1、待測衛(wèi)星2、待測衛(wèi)星3、待測衛(wèi)星4在t時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。Vti (i = 1、2、3、4)分別為待測衛(wèi)星1、待測衛(wèi)星2、待測衛(wèi)星3、待測衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由待測衛(wèi)星星歷提供。Vto為GPS接收機(jī)的鐘差。dji = 1、2、3、4)分別為待測衛(wèi)星 1、待測衛(wèi)星2、待測衛(wèi)星3、待測衛(wèi)星4到輸電線路待監(jiān)測點(diǎn)的偽距離。對(duì)上述方程進(jìn)行聯(lián)立求解，可以獲得GPS接收機(jī)在輸電線路安裝點(diǎn)的三維坐標(biāo)
5值，即GPS接收機(jī)所在輸電線路待監(jiān)測點(diǎn)的位置。 GPS接收機(jī)將計(jì)算結(jié)果傳輸給GPRS/CDMA通信模塊；GPRS/CDMA通信模塊經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)將GPS接收機(jī)計(jì)算得出的輸電線路監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)發(fā)送到設(shè)置在變電站內(nèi)的專家系統(tǒng)中；專家系統(tǒng)根據(jù)接收到數(shù)據(jù)計(jì)算得出輸電線路的舞動(dòng)位移，根據(jù)輸電線路的舞動(dòng)位移隨時(shí)間的變化情況計(jì)算得出輸電線路舞動(dòng)頻率和幅值。
權(quán)利要求1.基于GPS定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置，包括用于計(jì)算輸電線路舞動(dòng)狀態(tài)的專家系統(tǒng)(3)，其特征在于還包括用于獲取輸電線路位置的待測衛(wèi)星(4)、安裝在輸電線路 (6)上的與待測衛(wèi)星(4)通過無線進(jìn)行通信的GPS接收機(jī)(1)、以及與GPS接收機(jī)(1)輸出端連接的GPRS/CDMA通信模塊(2)，所述GPRS/CDMA通信模塊(2)的輸出端連接專家系統(tǒng) (3)，所述GPS接收機(jī)(1)以及GPRS/CDMA通信模塊的輸入端均與設(shè)置在輸電線路上的導(dǎo)線取能模塊(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置，其特征在于 所述導(dǎo)線取能模塊(5)包括套裝在輸電線路(6)上的取能線圈(51)、與取能線圈(51)輸出端連接的整流濾波模塊(52)、與整流濾波模塊(52)的輸出端連接DC-DC轉(zhuǎn)換模塊(53)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GPS定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置，其特征在于 所述取能線圈(51)與整流濾波模塊(52)之間還設(shè)置有防沖擊保護(hù)模塊(54)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GPS定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置，其特征在于 所述整流濾波模塊(52)與DC-DC轉(zhuǎn)換模塊(53)之間設(shè)置有充電回路(55)，以及與充電回路并聯(lián)設(shè)置的鋰離子充電電池(56)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于GPS定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置，其特征在于 所述防沖擊保護(hù)模塊(54)的輸入端與整流濾波模塊(52)的輸出端之間并聯(lián)設(shè)置有電壓監(jiān)控模塊(57)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于GPS定位的輸電線路舞動(dòng)在線監(jiān)測裝置，包括專家系統(tǒng)、待測衛(wèi)星、安裝在輸電線路上的與待測衛(wèi)星通過無線進(jìn)行通信的GPS接收機(jī)、以及GPRS/CDMA通信模塊；GPRS/CDMA通信模塊的輸出端連接專家系統(tǒng)，輸入端連接GPS接收機(jī)，GPS接收機(jī)以及GPRS/CDMA通信模塊的輸入端均與設(shè)置在輸電線路上的導(dǎo)線取能模塊連接。本實(shí)用新型掃描頻率為20Hz以上，可精確地計(jì)算出輸電線路的舞動(dòng)情況，其定位精度可達(dá)到毫米級(jí)，大大提高了測量的精確度。
文檔編號(hào)G08C17/02GK202075032SQ20112008987
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者劉亮, 劉哲, 張益國, 王強(qiáng), 馬昀濤 申請(qǐng)人:河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院