專利名稱：特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測設(shè)備，本發(fā)明還涉及上述在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
我國幅員遼闊，可開發(fā)水力資源的三分之二分布在西北和西南地區(qū)；煤炭資源大部分蘊藏在西北地區(qū)北部和華北地區(qū)西部；而負荷中心主要集中在東部沿海地區(qū)，由此造成電力資源與負荷中心分布的不均勻，再加上我國電力需求持續(xù)增加，電網(wǎng)規(guī)模迅速擴大，特高壓輸電的研究已被提上日程。特高壓線路具有電壓等級高、傳輸容量大、傳輸距離遠等特點，如何保證特高壓電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行就成為了關(guān)鍵性的問題。而桿塔傾斜作為造成倒塔、斷線、跳閘等災(zāi)害的罪魁禍首，一旦發(fā)生，造成的經(jīng)濟損失將難以估計，因此研制一套特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)對于解決上述問題具有十分重要的意義。目前，常規(guī)的桿塔傾斜測量方法是采用經(jīng)緯儀在橫、順線路距離鐵塔大于1.5倍塔高的位置上2次測量偏移值，進而計算獲得桿塔的傾斜率，但僅適用于地形平坦的地區(qū)。而在一些地勢陡峭的山區(qū)，由于受到觀測點的限制，就無法按常規(guī)方法進行桿塔傾斜率測量。因此迫切需要對現(xiàn)有桿塔監(jiān)測技術(shù)進行改進，實現(xiàn)對特高壓桿塔傾斜度的在線監(jiān)測，獲得桿塔的傾斜度、傾斜角及預(yù)警等信息，為線路安全運行提供保障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，利用基于3D微機電系統(tǒng)的雙軸高精度傾角傳感器，結(jié)合GPRS/CDMA/3G/WIFI/光纖多種通信網(wǎng)絡(luò)和Il通信接口，實現(xiàn)對桿塔的傾斜度、傾斜角監(jiān)測，還能及時、有效的提醒工作人員桿塔運行情況。本發(fā)明的另一目的在于提供上述在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法。本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括有多個桿塔傾斜監(jiān)測裝置和一個狀態(tài)監(jiān)測代理CMA，多個桿塔傾斜監(jiān)測裝置都通過通信網(wǎng)絡(luò)與狀態(tài)監(jiān)測代理CMA連接。本發(fā)明第一種技術(shù)方案的特點還在于，桿塔傾斜監(jiān)測裝置，包括有主控制器，主控制器通過導(dǎo)線連接有電源模塊，主控制器還分別外接有Il通信接口和RS485串行通信接口，雙軸傾角傳感器a和雙軸傾角傳感器b分別通過RS485總線與主控制器的RS485串行通信接口連接，雙軸傾角傳感器a設(shè)置于特高壓桿塔2/3處，雙軸傾角傳感器b設(shè)置于橫擔(dān)上。主控制器采用基于ARM Cotex-M3核的STM32F107互聯(lián)型微控制器。電源模塊包括有太陽能電池和蓄電池。雙軸傾角傳感器a和雙軸傾角傳感器b結(jié)構(gòu)相同,均米用基于3D微機電系統(tǒng)的雙軸高精度傾角傳感器芯片。
通信網(wǎng)絡(luò)為GPRS、CDMA、3G、WIFI或光纖中的一種。本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是，特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，具體按照以下步驟實施:步驟1、利用安裝在特高壓桿塔2/3處的雙軸傾角傳感器a、安裝在橫擔(dān)中部上的雙軸傾角傳感器b分別獲取特高壓桿塔2/3處的桿塔傾斜角及橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角；步驟2、利用經(jīng)步驟I獲取到的特高壓桿塔2/3處的桿塔傾斜角、橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角及主控制器內(nèi)集成的桿塔傾斜計算模型計算出特高壓桿塔的順線傾斜度、橫向傾斜度、綜合傾斜度信息:步驟2.1、將經(jīng)步驟I獲得的特高壓桿塔2/3處的桿塔傾斜角和橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角均以RS485通信方式輸送主控制器內(nèi)；步驟2.2、主控制器根據(jù)步驟2.1中獲得的桿塔2/3處的桿塔傾斜角和橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角，并利用主控制器內(nèi)集成的桿塔傾斜計算模型計算出特高壓桿塔的順線傾斜度、橫向傾斜度、綜合傾斜度信息及最大允許傾斜范圍AL ;步驟3、將經(jīng)步驟2計算得到的特高壓桿塔的橫向傾斜度、順線傾斜度及綜合傾斜度數(shù)據(jù)經(jīng)過Il通信接口傳輸至狀態(tài)監(jiān)測代理CMA，狀態(tài)監(jiān)測代理CMA對獲取的所有數(shù)據(jù)進行傳輸，并對分散數(shù)據(jù)進行集中，還能進行數(shù)據(jù)的緩存及與監(jiān)控中心進行雙向數(shù)據(jù)通信，監(jiān)控中心根據(jù)最大允許傾斜范圍AL決定是否給相關(guān)工作人員進行報警。本發(fā)明第二種技術(shù)方案的特點還在于， 桿塔傾斜計算模型如下:順線傾斜度=[Ll*sin(Ahl)+L2* (Ahl) ]/(L1+L2)；橫向傾斜度=[Ll*sin(Avl)+L2* (Avl) ]/(Ll+L2)；綜合傾斜度=Sqrt (順線傾斜度的平方+橫向傾斜度的平方);其中不同高度的鐵塔，最大允許傾斜范圍AL下按以下算法計算:Δ L=桿塔高度(H) X桿塔允許傾斜度。本發(fā)明的有益效果在于，( I)本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)中的雙軸傾角傳感器采用的是基于3D微機電系統(tǒng)(MEMS)的雙軸高精度傾角傳感器芯片，用于測量物體相對于水平面的傾斜度，該雙軸傾角傳感具有分辨率高、動態(tài)響應(yīng)快、體積小、成本低及可靠性高等特點，還具有良好的防水、防潮和防塵能力。(2)本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)中采用RS485通信方式連接雙軸傾角傳感器和主控制器，具有抗干擾能力強和準確率高的優(yōu)點。(3)本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)中的電源模塊采用太陽能與蓄電池組合使用，有效解決了因電源饋電影響正常工作的問題。(4)本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)可適應(yīng)特殊地形和極端氣候，不受自然環(huán)境和外界條件的影響。(5)本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測方法中建立了桿塔傾斜模型，得出了桿塔的順線傾斜度、橫向傾斜度和綜合傾斜度公式。(6)本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測方法是根據(jù)雙軸傾角傳感器采集的桿塔傾斜角度，計算出桿塔的順線傾斜度、橫向傾斜度、綜合傾斜度和報警信息，再通過GPRS/CDMA/3G/WIFI/光纖多種通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)綘顟B(tài)監(jiān)測代理CMA。


圖1是本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)中的桿塔傾斜監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測方法中采用的桿塔傾斜度計算模型。圖中，1.狀態(tài)監(jiān)測代理CMA，2.1l通信接口，3.桿塔傾斜裝置，4.電源模塊，5.主控制器，6.雙軸傾角傳感器a，7.雙軸傾角傳感器b，8.RS485串行通信接口。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有多個桿塔傾斜監(jiān)測裝置3和一個狀態(tài)監(jiān)測代理CMAl，多個桿塔傾斜監(jiān)測裝置3都通過通信網(wǎng)絡(luò)與狀態(tài)監(jiān)測代理CMAl連接。桿塔傾斜監(jiān)測裝置3，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括有主控制器5，主控制器5通過導(dǎo)線連接有電源模塊4，主控制器5還分別外接有通信接口 2和RS485串行通信接口 8，雙軸傾角傳感器a6和雙軸傾角傳感器b7分別通過RS485總線與主控制器5的RS485串行通信接口8連接，雙軸傾角傳感器a6設(shè)置于特高壓桿塔2/3處，雙軸傾角傳感器b7設(shè)置于橫擔(dān)上。主控制器5采用基于ARM (Cotex-M3)核的STM32F107互聯(lián)型微控制器，它擁有64K SRAM.256K FLASH、以太網(wǎng)MAC等豐富的存儲器及外設(shè)資源。電源模塊4包括有太陽能電池和蓄電池組成，即采用太陽能與蓄電池結(jié)合的供電方式。通信網(wǎng)絡(luò)為GPRS、CDMA、3G、WIFI或光纖通信中的一種，或者多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)合使用，這主要針對偏遠的農(nóng)村地區(qū)，給供用戶提供了多種選擇，雙軸傾角傳感器a6和雙軸傾角傳感器b7結(jié)構(gòu)相同，均采用基于3D MEMS的雙軸高精度傾角傳感器芯片，可實現(xiàn)對特高壓桿塔傾斜的完全監(jiān)測。安裝好本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，具體的安裝方法為:分別將雙軸傾角傳感器a6和雙軸傾角傳感器b7設(shè)置于桿塔2/3處和高壓桿塔橫擔(dān)中部，將傾角支架安裝于一個合適的角鋼上以便調(diào)整傾角支架頂部至水平狀態(tài)，將緊固螺栓擰緊；調(diào)整傾角傳感器方向，將傾角Y軸平行導(dǎo)線，Y軸帶字樣的方向指向小號側(cè)后，將傾角傳感器裝與支架擰緊即可。本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測方法，該方法基于本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，具體按照以下步驟實施:步驟1、利用安裝在特高壓桿塔2/3處的雙軸傾角傳感器a6、安裝在橫擔(dān)中部上的雙軸傾角傳感器b7分別獲取桿塔2/3處的桿塔傾斜角、橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角；步驟2、利用經(jīng)步驟I獲取到的桿塔2/3處的桿塔傾斜角、橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角及主控制器5內(nèi)集成的桿塔傾斜計算模型計算出特高壓桿塔的順線傾斜度、橫向傾斜度、綜合傾斜度信息:
步驟2.1、將經(jīng)步驟I獲得的桿塔2/3處的桿塔傾斜角和橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角均以RS485通信方式輸送主控制器5內(nèi)；步驟2.2、主控制器5根據(jù)步驟2.1中獲得的桿塔2/3處的桿塔傾斜角和橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角，并利用主控制器5內(nèi)集成的桿塔傾斜計算模型計算出特高壓桿塔的順線傾斜度、橫向傾斜度、綜合傾斜度及最大允許傾斜范圍AL信息，桿塔傾斜計算模型如下:順線傾斜度=[Ll*sin(Ahl)+L2* (Ahl) ] / (L1+L2)；橫向傾斜度=[Ll*sin(Avl)+L2* (Avl) ] / (L1+L2)。綜合傾斜度=Sqrt (順線傾斜度的平方+橫向傾斜度的平方);其中不同高度的鐵塔，最大允許傾斜范圍AL下按以下算法計算；Δ L=桿塔高度(H) X桿塔允許傾斜度；步驟3、將經(jīng)步驟2計算得到的特高壓桿塔的橫向傾斜度、順線傾斜度，綜合傾斜度數(shù)據(jù)經(jīng)過Il通信接口 3傳輸至狀態(tài)監(jiān)測代理CMAl，狀態(tài)監(jiān)測代理CMAl實現(xiàn)跨線路的數(shù)據(jù)傳輸和分散數(shù)據(jù)的集中，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存，替代監(jiān)測裝置與監(jiān)控中心進行安全的雙向數(shù)據(jù)通信的一種狀態(tài)監(jiān)測代理裝置。監(jiān)控中心根據(jù)最大允許傾斜范圍決定是否給相關(guān)工作人員進行報警。本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法的原理為:本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)在特高壓桿塔的2/3處及橫擔(dān)上分別安裝有雙軸傾角傳感器a6和雙軸傾角傳感器b7，如圖3所示，其中Ahl和Ah2分別是雙軸傾角傳感器b7和雙軸傾角傳感器a6的水平傾斜角，Avl和Av2分別是雙軸傾角傳感器b7和雙軸傾角傳感器a6的垂直傾斜角；可以看出是對高壓運行中桿塔的順線及橫線兩個方向的角度進行全天候?qū)崟r監(jiān)測；再利用計算模型通過空間直角坐標系計算出綜合傾斜量，綜合傾斜度的計算公式為:綜合傾斜度=Sqrt (水平傾斜度的平方+垂直傾斜度的平方);其中不同高度的鐵塔，最大允許傾斜范圍下按以下算法計算；Δ L=桿塔高度(H) X桿塔允許傾斜度；由此分別計算得到的水平傾斜度和垂直傾斜度為:水平傾斜度=Ll*sin(Ahl)+L2* (Ahl)；垂直傾斜度=Ll*sin(Avl)+L2* (Avl)。本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)中各個部件的功能:狀態(tài)監(jiān)測代理CMAl主要完成通過Il接口 2聚現(xiàn)場各狀態(tài)監(jiān)測裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)分散數(shù)據(jù)的集中。桿塔傾斜監(jiān)測裝置3的主要作用是利用雙軸傾角傳感器a6和雙軸傾角傳感器b7測得的桿塔2/3處的桿塔傾斜角和橫擔(dān)上的桿塔傾斜角，結(jié)合桿塔傾斜計算模型計算特高壓桿塔的傾斜度。整個特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)采用電源模塊4供電，電源模塊4采用太陽能與蓄電池結(jié)合的供電方式，當(dāng)陽光充足時太陽能電池能產(chǎn)生足夠的電能，除供給整個系統(tǒng)用電外，多余的電能經(jīng)過控制器給蓄電池充電；當(dāng)夜晚或者陰天的時候太陽能電池產(chǎn)生的電能不足以供系統(tǒng)用電的時候，由蓄電池給系統(tǒng)供電，整個過程由控制器自動完成。RS485串行通信接口 8主要將雙軸傾角傳感器a6和雙軸傾角傳感器b7的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至主控制器5，由主控制器5內(nèi)的桿塔傾斜計算模型進行運算。本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)中采用了 2個雙軸傾角傳感器，分別實時監(jiān)測桿塔頂部和2/3桿塔高度處的二軸傾角，再借助GPRS/CDMA/3G/WIFI/光纖通信網(wǎng)絡(luò)將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷旊娋€路狀態(tài)監(jiān)測代理CMA1，根據(jù)桿塔傾斜模型計算桿塔的順線傾斜度、橫向傾斜度和綜合傾斜度，得出桿塔傾斜情況，實現(xiàn)對特高壓桿塔傾斜的完全監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括有多個桿塔傾斜監(jiān)測裝置(3)和一個狀態(tài)監(jiān)測代理CMA (1)，所述多個桿塔傾斜監(jiān)測裝置(3)都通過通信網(wǎng)絡(luò)與所述狀態(tài)監(jiān)測代理CMA (I)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述桿塔傾斜監(jiān)測裝置(3 )包括有主控制器(5 )，所述主控制器(5 )通過導(dǎo)線連接有電源模塊(4 )，所述主控制器(5)還分別外接有Il通信接口(2)和RS485串行通信接口(8)，雙軸傾角傳感器a(6)和雙軸傾角傳感器b (7)分別通過RS485總線與所述主控制器(5)的RS485串行通信接口(8)連接，所述雙軸傾角傳感器a (6)設(shè)置于特高壓桿塔2/3處，所述雙軸傾角傳感器b (7)設(shè)置于橫擔(dān)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器(5)采用基于ARM Cote x-M3核的STM32F107互聯(lián)型微控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊(4 )包括有太陽能電池和蓄電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述雙軸傾角傳感器a (6)和雙軸傾角傳感器b (7)結(jié)構(gòu)相同，均采用基于3D微機電系統(tǒng)的雙軸高精度傾角傳感器芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述通信網(wǎng)絡(luò)為GPRS、CDMA、3G、WIFI或光纖中的一種。
7.特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施: 步驟1、利用安裝在特高壓桿塔2/3處的雙軸傾角傳感器a (6)、安裝在橫擔(dān)中部上的雙軸傾角傳感器b (7)分別獲取桿塔2/3處的桿塔傾斜角、橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角； 步驟2、利用經(jīng)步驟I獲取到的桿塔2/3處的桿塔傾斜角、橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角及主控制器(5)內(nèi)集成的桿塔傾斜計算模型計算出特高壓桿塔的傾斜度、傾斜角及預(yù)警信息: 步驟2.1、將經(jīng)步驟I獲得的桿塔2/3處的桿塔傾斜角和橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角均以RS485通信方式輸送主控制器(5)內(nèi)； 步驟2.2、主控制器(5)根據(jù)步驟2.1中獲得的桿塔2/3處的桿塔傾斜角和橫擔(dān)中部的桿塔傾斜角，并利用桿塔傾斜計算模型計算出特高壓桿塔的順線傾斜度、橫向傾斜度、綜合傾斜度信息； 步驟3、將經(jīng)步驟2計算得到的特高壓桿塔的橫向傾斜度、順線傾斜度及綜合傾斜度數(shù)據(jù)經(jīng)過Il通信接口(2)傳輸至狀態(tài)監(jiān)測代理CMA (1)，狀態(tài)監(jiān)測代理CMA (I)對獲取的所有數(shù)據(jù)進行傳輸，并對分散數(shù)據(jù)進行集中，還能進行數(shù)據(jù)的緩存及與監(jiān)控中心進行雙向數(shù)據(jù)通信，監(jiān)控中心根據(jù)最大允許傾斜范圍AL決定是否給相關(guān)工作人員進行報警。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于，所述桿塔傾斜計算模型如下: 順線傾斜度=[Ll*sin (Ahl)+L2* (Ahl) ] / (L1+L2)； 橫向傾斜度=[Ll*sin (Avl)+L2* (Avl) ]/(Ll+L2)； 綜合傾斜度=sqrt (順線傾斜度的平方+橫向傾斜度的平方); 其中不同高度的鐵塔，最大允許傾斜范圍AL下按以下算法計算:Λ L=桿塔高度 (H) X桿塔允許傾斜度。
全文摘要
本發(fā)明公開了特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括有多個桿塔傾斜監(jiān)測裝置，桿塔傾斜監(jiān)測裝置通過通信網(wǎng)絡(luò)與狀態(tài)監(jiān)測代理連接，本發(fā)明還涉及上述在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法1)利用安裝在特高壓桿塔2/3處的雙軸傾角傳感器a、安裝在橫擔(dān)上的雙軸傾角傳感器b獲取桿塔2/3處的桿塔傾斜角和橫擔(dān)上的桿塔傾斜角；2)利用主控制器內(nèi)的桿塔傾斜計算模型計算出特高壓桿塔的順線、橫向傾斜度及綜合傾斜度；3)將步驟2)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至狀態(tài)監(jiān)測代理CMA進行處理。本發(fā)明的特高壓桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法利用雙軸傾角傳感器，結(jié)合GPRS/CDMA/3G/WIFI/光纖多種通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對桿塔的傾斜度、傾斜角監(jiān)測，還能及時提醒工作人員桿塔運行情況。
文檔編號G01C9/00GK103162667SQ20131009813
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者黃新波, 周柯宏, 張燁, 張曉偉, 張亞維 申請人:西安工程大學(xué)