專利名稱：輸電線路動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸變電設(shè)備監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種輸電線路動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
近年來，隨著社會經(jīng)濟持續(xù)快速增長，用電負荷增長迅速，已有輸電線路受線路輸送容量熱穩(wěn)定限額的制約，輸送的電能不能滿足電網(wǎng)的實際需要，而建設(shè)新的輸電線路，線路走廊的投資巨大、建設(shè)周期長。目前采用靜態(tài)提溫增容技術(shù)和動態(tài)監(jiān)測增容技術(shù)來提高現(xiàn)有輸電線路的輸送容量。但靜態(tài)提溫增容技術(shù)突破了現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，必須研究導(dǎo)線允許溫度提高后對導(dǎo)線、配套金具的機械強度和壽命影響以及引起導(dǎo)線弧垂的增加變化等。采用動態(tài)監(jiān)測增容技術(shù)可在確保系統(tǒng)穩(wěn)定、設(shè)備安全、不改變線路現(xiàn)行規(guī)程的前提下，對線路運行環(huán)境進行實時監(jiān)測和分析，及時對輸電線路的熱穩(wěn)定限額進行調(diào)整，可最大限度地發(fā)揮輸電線路的負載能力，減少輸電設(shè)備的投資，對滿足社會經(jīng)濟快速增長有著積極的作用。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種輸電線路動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng)，對現(xiàn)有輸電線路運行環(huán)境進行實時監(jiān)測和分析，在保證現(xiàn)有電力系統(tǒng)穩(wěn)定、設(shè)備安全和不改變線路現(xiàn)行規(guī)程的前提下，及時對輸電線路的熱穩(wěn)定限額進行調(diào)整，最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有輸電線路的負載能力，增加現(xiàn)有輸電線路的輸送容量。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，輸電線路動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括省局監(jiān)控中心，省局監(jiān)控中心通過LAN總線分別與多個地市局監(jiān)控中心相連接，每個地市局監(jiān)控中心通過GSMSMS分別與多個監(jiān)測主分機相連接，每個監(jiān)測主分機通過無線電分別與多個監(jiān)測副分機相連接。
本發(fā)明的特征還在于， 監(jiān)測主分機的結(jié)構(gòu)包括中心控制單元分別與傳感器監(jiān)測單元、鍵盤顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元、時鐘單元、擴展接口單元、看門狗單元、通道控制單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、串口電平轉(zhuǎn)換單元、充放電單元、穩(wěn)壓電源單元和無線數(shù)據(jù)傳輸單元相連接，傳感器監(jiān)測單元包括溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器和日照傳感器，溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器和日照傳感器分別與中心控制單元相連接。
充放電單元的結(jié)構(gòu)包括太陽能電池的正極分別與二極管D10的正極和場效應(yīng)管B的源極相連接，場效應(yīng)管B的柵極分別與電阻R4的一端、放大器C的輸出端和電阻R11的一端相連接，電阻R4的另一端與場效應(yīng)管B的漏極相連接，電阻R11的另一端分別與放大器C的正向輸入端和電阻R9的一端相連接，電阻R9的另一端分別與電阻R3和電阻R7的一端相連接，電阻R3的另一端分別與電阻R2的一端、放大器A的引腳U12、電阻R1的一端、二極管D10的負極和開關(guān)S2相連接，開關(guān)S2與蓄電池的正極相連接，蓄電池的負極分別與太陽能電池的負極、穩(wěn)壓二極管D11的正極、放大器A的引腳GND、電阻R2的另一端、電阻R7的另一端、電阻R5的一端和場效應(yīng)管A的源極相連接，穩(wěn)壓二極管D11的負極分別與電阻R1的另一端和放大器A的正向輸入端相連接，放大器A的輸出端分別與放大器A的反向輸入端、電阻R8的一端和電阻R6的一端相連接，電阻R8的另一端與放大器C的反向輸入端相連接，電阻R6的另一端分別與放大器B的正向輸入端和電阻R10的一端相連接，放大器B的反向輸入端與電阻R5的另一端相連接，放大器B的輸出端分別與電阻R10的另一端、電阻R12的一端和場效應(yīng)管A的柵極相連接，電阻R12的另一端與場效應(yīng)管A的源極相連接，場效應(yīng)管A的漏極接+12V電壓。
穩(wěn)壓電源單元的結(jié)構(gòu)包括三端穩(wěn)壓芯片引腳Vin分別與+12V電壓、電容C1和電解電容器C3的正極相連接，三端穩(wěn)壓芯片引腳Vout分別與電解電容器C4的正極、電容C2、發(fā)光二極管D1的正極和+5V電壓相連接，三端穩(wěn)壓芯片引腳GND分別與電容C1、電解電容器C3的負極、電解電容器C4的負極和電容C2相連接，發(fā)光二極管D1的負極與電阻R1串聯(lián)，電阻R1還接GND。
中心控制單元采用微處理器AT89C51。
監(jiān)測副分機的結(jié)構(gòu)包括主控單元分別與副分機電源、ZigBee模塊和多個溫度傳感器相連接。
主控單元采用基于ZigBee技術(shù)的無線射頻芯片CC2430。
溫度傳感器數(shù)字芯片DS18B20。
本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)具有如下優(yōu)點 1.采用主副分機和雙無線通信。根據(jù)AT指令的不同，監(jiān)測主分機與監(jiān)測副分機之間采用短距離無線電進行通信，監(jiān)測主分機與地市局監(jiān)控中心主機之間采用GSM進行通信?，F(xiàn)場監(jiān)測主分機可獨立定時或?qū)崟r采集環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、日照強度等信息，現(xiàn)場監(jiān)測副分機則采用休眠方式，監(jiān)控中心主機可遠程設(shè)計監(jiān)測分機運行參數(shù)。
2.同時監(jiān)測導(dǎo)線溫度、環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和日照強度等信息，各種數(shù)學(xué)模型嵌入專家軟件后，專家軟件根據(jù)建立的導(dǎo)線載流量計算模型、線路躍遷時導(dǎo)線溫度仿真模型、線路躍遷時導(dǎo)線弧垂仿真模型和安全隱性載流量計算模型，并結(jié)合主、副分機監(jiān)測的信息來計算分析導(dǎo)線載流量、安全隱性載流量等，及時根據(jù)線路運行環(huán)境調(diào)整線路熱穩(wěn)定限額。
3.采取軟、硬件抗干擾措施，保證了高壓環(huán)境下，系統(tǒng)測得信號的準確性。硬件采用整機高屏蔽和高密封結(jié)構(gòu)，具有良好的耐高溫、耐腐蝕性能，并采用了看門狗電路與等電位接地等方法，增強了系統(tǒng)的抗干擾性能，并有效防止了系統(tǒng)死機；軟件采取了陷阱技術(shù)、冗余設(shè)計、濾波技術(shù)和故障自動恢復(fù)技術(shù)等措施。
4.采集的數(shù)據(jù)存入中心計算機數(shù)據(jù)庫，可以對一段時期內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，對輸電線路的載流量變化趨勢作出判斷，預(yù)測輸電線路載流量變化趨勢。



圖1是本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測主分機的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測主分機的工作流程圖； 圖4是本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測主分機中通道控制單元的原理框圖； 圖5是本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測主分機中充放電單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測主分機中穩(wěn)壓電源單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測副分機的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測副分機中斷程序流程圖； 圖9是本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)建立的懸點不等高導(dǎo)線任意點弧垂計算模型圖。
圖中，1.省局監(jiān)控中心，2.地市局監(jiān)控中心，3.監(jiān)測主分機，4.監(jiān)測副分機，5.傳感器監(jiān)測單元，6.中心控制單元，7.鍵盤顯示單元，8.數(shù)據(jù)存儲單元，9.時鐘單元，10.擴展接口單元，11.看門狗單元，12.通道控制單元，13.A/D轉(zhuǎn)換單元，14.串口電平轉(zhuǎn)換單元，15.充放電單元，16.穩(wěn)壓電源單元，17.無線數(shù)據(jù)傳輸單元。
其中，4-1.溫度傳感器，4-2.主控單元，4-3.ZigBee模塊，4-4.副分機電源，5-1.溫濕度傳感器，5-2.風(fēng)速傳感器，5-3.風(fēng)向傳感器，5-5.日照傳感器，12-1.譯碼器，12-2.驅(qū)動芯片，15-1.太陽能電池，15-2.蓄電池，15-3.放大器A，15-4.放大器B，15-5.場效應(yīng)管A，15-6.放大器C，15-7.場效應(yīng)管B，16-1.三端穩(wěn)壓芯片。

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。
輸電線路動態(tài)監(jiān)測增容是通過在輸電線路上安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測輸電導(dǎo)線的溫度和輸電導(dǎo)線周圍氣象條件(環(huán)境溫度、日照、風(fēng)速等)信息，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定的前提下，將現(xiàn)場采樣的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型計算出導(dǎo)線的最大允許載流量，充分利用輸電線路的隱性容量，提高輸電線路的輸送容量。
本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括省局監(jiān)控中心1，省局監(jiān)控中心1通過LAN總線分別與多個地市局監(jiān)控中心2相連接，每個地市局監(jiān)控中心2通過GSM SMS分別與多個監(jiān)測主分機3相連接，每個監(jiān)測主分機3通過無線電分別與多個監(jiān)測副分機4相連接。
本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測主分機3的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括中心控制單元6，中心控制單元6分別與傳感器監(jiān)測單元5、鍵盤顯示單元7、數(shù)據(jù)存儲單元8、時鐘單元9、擴展接口單元10、看門狗單元11、通道控制單元12、A/D轉(zhuǎn)換單元13、串口電平轉(zhuǎn)換單元14、充放電單元15、穩(wěn)壓電源單元16和無線數(shù)據(jù)傳輸單元17相連接。傳感器監(jiān)測單元5包括溫濕度傳感器5-1、風(fēng)速傳感器5-2、風(fēng)向傳感器5-3和日照傳感器5-4。溫濕度傳感器5-1、風(fēng)速傳感器5-2、風(fēng)向傳感器5-3和日照傳感器5-4分別與中心控制單元6相連接。
監(jiān)測主分機3主要完成輸電導(dǎo)線周圍氣象信息的采集和數(shù)據(jù)的無線傳輸。其工作流程圖，如圖3所示，傳感器監(jiān)測單元5定時(5min、20min、30min、1h、2h、3h、6h或12h等，可遠程修改)將采集到的輸電導(dǎo)線周圍環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等信號送入中心控制單元6，中心控制單元6將接受到的信號放大后送入A/D轉(zhuǎn)換單元13，中心控制單元6計算環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速等環(huán)境變量。監(jiān)測主分機3一方面及時將初步處理的數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元17傳輸給地市局監(jiān)控中心2進行數(shù)據(jù)處理；另一方面將有效數(shù)值存于不易丟失的大容量的數(shù)據(jù)存儲單元8中。監(jiān)測主分機3可以根據(jù)地市局監(jiān)控中心2主機發(fā)送的控制信號進行歷史數(shù)據(jù)、實時采集數(shù)據(jù)、修改分機采樣時間以及分機系統(tǒng)時間標定等操作。
1)中心控制單元6 中心控制單元6采用帶4K字節(jié)，閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器AT89C51。該微處理器采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，微處理器的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次，并且功耗較低?？紤]到系統(tǒng)處理的實時性要求和串行口通訊的波特率產(chǎn)生問題，中心控制單元6的時鐘由11.0592MHz晶振提供。
2)時鐘單元9 時鐘單元9選用DALLAS公司的內(nèi)置鋰電池和晶振的日歷時鐘芯片DS12887。該芯片內(nèi)置鋰電池和晶振，能夠自動產(chǎn)生世紀、年、月、日、時、分和秒等時間信息，其內(nèi)部還具有世紀寄存器，利用硬件電路解決了撉 陻問題，并有128字節(jié)帶掉電保護的RAM，并行數(shù)據(jù)接口，使用方便。DS12887芯片占一個端口地址，通過外部中斷INT0來為系統(tǒng)提供1秒鐘的精確定時中斷。中斷輸出引腳需要外加上拉電阻。
3)數(shù)據(jù)存儲單元8 數(shù)據(jù)存儲單元8采用ATMEL公司的FLASH存儲器AT29C256。該存儲器是可在線FLASH編程和擦除的32k×8b的采用CMOS技術(shù)的非易失性只讀存儲器(PEROM)，訪問時間70ns，耗電275mW，沒有被選中時電流小于300μA，一般可以被重復(fù)編程10,000次以上。存儲器AT29C256使用5V編程電壓，不需要高的編程電壓，簡化了硬件設(shè)計，而且它支持軟件數(shù)據(jù)保護。
4)擴展接口單元10 擴展接口單元10采用INTER公司的8155芯片。該芯片占一個端口地址，可以擴展3個準雙向端口，其內(nèi)部具有256個字節(jié)的RAM，可以存放實時采樣數(shù)據(jù)，2個8位和一個6位的可編程并行I/O端口，1個14位的有多種工作方式的減法計數(shù)器，以及1個地址鎖存器。AT89C51微處理器外接一片8155芯片后，綜合擴展了數(shù)據(jù)RAM、I/O端口和定時器。在本監(jiān)測系統(tǒng)中，PA口的低四位與風(fēng)向傳感器53的四位格雷碼相連接，高四位做為通道選擇開關(guān)，PB和PC口分別與鍵盤的行線和列線連接。
5)看門狗單元11 看門狗單元11采用MAXIM公司的MAX813芯片。該芯片是MAXIM公司推出的低成本微處理器監(jiān)控芯片，可為CPU提供復(fù)位信號、看門狗監(jiān)視、備用電池自動切換及電源失效監(jiān)視。在上電、掉電及降壓情況下為微處理器提供復(fù)位功能，還具有備用電池切換功能，以確保在掉電情況下，向不允許斷電的器件維持供電。該MAX813芯片為中央處理器提供復(fù)位信號，同時監(jiān)控中心處理器的程序運行情況，防止由于干擾等因素導(dǎo)致死機或下電時程序跑飛。
6)通道控制單元12 考慮系統(tǒng)監(jiān)測量多且信號前期處理電路差異很多，因此采用通道控制單元12控制進入A/D采樣的信號通道。本監(jiān)測系統(tǒng)中通道控制單元12的原理框圖，如圖4所示，通道控制單元12包括譯碼器12-1、驅(qū)動芯片12-2和低功耗繼電器；譯碼器12-1采用74ALS138。驅(qū)動芯片12-2采用7407芯片，驅(qū)動芯片12-2為集電極開路結(jié)構(gòu)，可以提供高達30MA的電流。繼電器采用TTI公司的低功耗繼電器，驅(qū)動電流只需要10MA。電源電壓、電源電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和日照等信號的采樣通過譯碼器12-1分別進行選通。中心控制單元6通過擴展接口單元10控制電源電壓DY、環(huán)境溫度TWD、環(huán)境濕度TSD及日照強度TRZ信號的采集選通，信號的采集選通由擴展接口單元10的CC1～CC3控制，CC1～CC3通過譯碼器12-1譯碼后的電壓選通信號CH0、溫度選通信號CH1、濕度選通信號CH2和日照強度選通信號CH3經(jīng)過驅(qū)動芯片12-2后，得到CT0～CT3。CT0～CT3分別驅(qū)動繼電器JD1～JD4動作，實現(xiàn)電壓、環(huán)境溫度、濕度及日照強度信號的采集選通。選通采樣后的電壓、環(huán)境溫度、濕度及日照強度信號均從TAD輸出，然后進入A/D轉(zhuǎn)換單元13。
7)A/D轉(zhuǎn)換單元13 A/D轉(zhuǎn)換單元13選用BB公司的16位高精度轉(zhuǎn)換器ADS7805芯片。該芯片采用CMOS工藝制造，功耗低(最大功耗為100mW)，單通道輸入，模擬輸入電壓范圍為±10V，最高轉(zhuǎn)換頻率可達100KHz，內(nèi)部含有采樣保持、電壓基準和時鐘等電路，極大地簡化了電路設(shè)計，同時提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。ADS7805芯片采用逐次逼近式工作原理，轉(zhuǎn)換結(jié)果由16位數(shù)據(jù)線并行輸出，16位數(shù)據(jù)可以通過一個8位端口分兩次讀出，啟動轉(zhuǎn)換和讀取上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以同時進行。本監(jiān)測系統(tǒng)中采用8位數(shù)據(jù)寬度，以方便設(shè)計，只需提供一個控制線(連結(jié)BYTE引腳)來控制讀取數(shù)據(jù)的高低位。
8)串口電平轉(zhuǎn)換單元14 串口電平轉(zhuǎn)換單元14采用MAX232芯片，實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。該芯片是一組雙組驅(qū)動器/接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平。每個接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉(zhuǎn)換為5VTTL/CMOS電平。這些接收器具有1.3V的典型門限值及0.5V的典型遲滯，而且可以接收±30V的輸入。每個驅(qū)動器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為EIA/TIA-232-E電平。
9)充放電單元15 充放電單元15的結(jié)構(gòu)，如圖5所示，包括太陽能電池15-1，太陽能電池15-1的正極分別與二極管D10的正極和場效應(yīng)管B15-7的源極相連接，場效應(yīng)管B15-7的柵極分別與電阻R4的一端、放大器C15-6的輸出端和電阻R11的一端相連接，電阻R4的另一端與場效應(yīng)管B15-7的漏極相連接；電阻B11的另一端分別與放大器C15-6的正向輸入端和電阻R9的一端相連接，電阻R9的另一端分別與電阻R3和電阻R7的一端相連接，電阻R3的另一端分別與電阻R2的一端、放大器A15-3的引腳U12、電阻R1的一端、二極管D10的負極和開關(guān)S2相連接，開關(guān)S2與蓄電池15-2的正極相連接；蓄電池15-2的負極分別與太陽能電池15-1的負極、穩(wěn)壓二極管D11的正極、放大器A15-3的引腳GND、電阻R2的另一端、電阻R7的另一端、電阻R5的一端和場效應(yīng)管A155的源極相連接，穩(wěn)壓二極管D11的負極分別與電阻R1的另一端和放大器A15-3的正向輸入端相連接；放大器A15-3的輸出端分別與放大器A15-3的反向輸入端、電阻R8的一端和電阻R6的一端相連接，電阻R8的另一端與放大器C15-6的反向輸入端相連接；電阻R6的另一端分別與放大器B15-4的正向輸入端和電阻R10的一端相連接，放大器B15-4的反向輸入端與電阻R5的另一端相連接，放大器B15-4的輸出端分別與電阻R10的另一端、電阻R12的一端和場效應(yīng)管A15-5的柵極相連接，電阻R12的另一端與場效應(yīng)管A15-5的源極相連接，場效應(yīng)管A15-5的漏極接+12V電壓。
場效應(yīng)管A15-5和場效應(yīng)管B15-7均采用2N3796X場效應(yīng)管。
放大器A15-3、放大器B15-4和放大器C15-6均采用LM324放大器。
監(jiān)測主分機3對各種參量進行不間斷監(jiān)測，其電源非常重要，為了提高系統(tǒng)電源的工作效率和蓄電池的工作壽命，監(jiān)測主分機3的電源采用太陽能電池和蓄電池相結(jié)合的方式，并采用充放電單元15對電源進行保護。充放電單元15對蓄電池15-2充放電保護原理當蓄電池15-2電壓正常時，場效應(yīng)管B15-7截止開路，充電回路開啟，場效應(yīng)管A15-5導(dǎo)通短路，放電回路接通；當蓄電池15-2電壓降低，低于放電保護值(10.8V)時，場效應(yīng)管A15-5截止開路，放電回路斷開；直到蓄電池15-2電壓重新上升到放電允許值(12.3V)時，場效應(yīng)管A15-5導(dǎo)通，放電回路恢復(fù)正常；當蓄電池15-2電壓升高，高于充電保護值(14.4V)時，場效應(yīng)管B15-7導(dǎo)通短路，太陽能電池15-1輸出被短路；充回路關(guān)閉，直到蓄電池15-2電壓下降到充電允許值(13.6V)時，場效應(yīng)管B15-7截止，充電回路恢復(fù)正常。
10)穩(wěn)壓電源單元16 為了降低監(jiān)測主分機3的整體功耗，采用2組電源，一組為常供+5V電源，實現(xiàn)對中心控制單元6和看門狗單元11的長期供電；另一組為+5和+12V電源。監(jiān)測主分機3定時采樣工作啟動后，該組電源實現(xiàn)對監(jiān)測主分機3其他單元，如鍵盤顯示單元7和無線數(shù)據(jù)傳輸單元17等的供電。電源采用太陽能加蓄電池的供電工作方式；由于太陽能電池的輸出電壓為12V，采用三端穩(wěn)壓芯片16-1將該12V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?V。
穩(wěn)壓電源單元16的結(jié)構(gòu)，如圖6所示，包括三端穩(wěn)壓芯片16-1，三端穩(wěn)壓芯片16-1引腳Vin分別與+12V電壓、電容C1和電解電容器C3的正極相連接，三端穩(wěn)壓芯片16-1引腳Vout分別與電解電容器C4的正極、電容C2、發(fā)光二極管D1的正極和+5V電壓相連接，三端穩(wěn)壓芯片16-1引腳GND分別與電容C1、電解電容器C3的負極、電解電容器C4的負極和電容C2相連接，發(fā)光二極管D1的負極與電阻R1串聯(lián)，電阻R1還接GND。三端穩(wěn)壓芯片16-1采用7805。
+12V通過電容C1～C4濾波，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓芯片16-1穩(wěn)壓，得到5V電源。
本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測副分機4的結(jié)構(gòu)，如圖7所示，包括主控單元4-2，主控單元4-2分別與副分機電源4-4、ZigBee模塊4-3和多個溫度傳感器4-1相連接。
監(jiān)測副分機4主要完成導(dǎo)線溫度的采集和數(shù)據(jù)的無線傳輸，并與監(jiān)測主分機3采用ZigBee通信，主控單元4-2采用基于ZigBee技術(shù)的無線射頻芯片CC2430，集成于該芯片內(nèi)部的MCU不僅控制溫度傳感器4-1，還控制芯片內(nèi)部的射頻電路。溫度傳感器4-1采用單總線數(shù)字芯片DS18B20，該芯片采用單總線(1-wire)技術(shù)，將地址、數(shù)據(jù)線和控制線合為一根雙向串行傳輸?shù)眯盘柧€，具有結(jié)構(gòu)簡單，便于總線擴展和維護等優(yōu)點。Zigbee模塊4-3用于短距離通信，Zigbee模塊4-3有標準的串口通信協(xié)議；嵌入ZigBee協(xié)議模塊本身所具有的自動動態(tài)組網(wǎng)功能、多種數(shù)據(jù)采集功能和控制中心對遠端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的控制功能，Zigbee模塊4-3的休眠電流僅為1霢，且具有透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?br> 現(xiàn)場監(jiān)測副分機4一方面采用中斷方式進行工作，采樣時間一到就啟動測點溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完后通過Zigbee模塊4-3發(fā)送至現(xiàn)場監(jiān)測主分機3，現(xiàn)場監(jiān)測副分機4的中斷程序流程圖，如圖8所示，另一方現(xiàn)場監(jiān)測副分機4采用循環(huán)進行告警查詢(DS18B20的上限溫度可設(shè)為70℃或其他值)，一旦發(fā)現(xiàn)溫度超限則不受采樣時間間隔的限制，通過Zigbee模塊4-3發(fā)送至監(jiān)測主分機3，監(jiān)測主分機3通過中文短信發(fā)送給相關(guān)人員及時采取措施。
專家軟件將監(jiān)測主分機3發(fā)送的環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、日照強度和導(dǎo)線溫度數(shù)據(jù)進行分類存儲，并結(jié)合建立的載流量計算模型和安全隱形載流量計算模型計算輸電線路中存在的隱性容量，在保證輸電系統(tǒng)充分安全的前提下，提高輸電導(dǎo)線的載流量。專家軟件具有數(shù)據(jù)存儲、打印、分析、系統(tǒng)設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)查詢及對分機進行遠程設(shè)置等功能，并能繪制任意時間段內(nèi)輸電導(dǎo)線的溫度變化曲線圖，總結(jié)該輸電線路的載流量變化，同時，根據(jù)建立的弧垂分析公式，分析由于溫度變化引起的導(dǎo)線弧垂變化，防止在提高輸電導(dǎo)線載流量過程中出現(xiàn)安全距離問題。
圖9所示是本在線監(jiān)測系統(tǒng)建立的懸點不等高導(dǎo)線任意點弧垂的計算模型導(dǎo)線懸掛點不等高時，設(shè)導(dǎo)線檔距為l，比載為g，輸電導(dǎo)線最低點的應(yīng)力為σ0，P(x，y)是輸電導(dǎo)線上的任意點。根據(jù)“懸鏈線”理論和圖9所示中的幾何關(guān)系，求得輸電導(dǎo)線任意點P的弧垂為 式中，la和lb是懸點A和懸點B至導(dǎo)線任意一點P的水平距離。
本在線監(jiān)測系統(tǒng)對輸電導(dǎo)線的溫度和輸電導(dǎo)線周圍環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和日照強度等信息進行定時/實時采集，由監(jiān)測中心利用該信息、導(dǎo)線的輻射/吸收系數(shù)結(jié)合摩爾載流量計算公式，計算出輸電導(dǎo)線允許的載流量，并分析各輸電線路客觀存在的隱性容量，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定的條件下，提高輸電線路的輸送容量。
架空導(dǎo)線載流量的計算公式很多，現(xiàn)在常用公式的計算原理都是根據(jù)導(dǎo)線發(fā)熱和散熱的熱平衡推導(dǎo)出來的。導(dǎo)線中沒有電流通過時，其溫度與周圍介質(zhì)溫度相等；電流通過時，導(dǎo)線內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，一部分使導(dǎo)線本身溫度升高，另一部分散失到周圍介質(zhì)中，它們之間呈動態(tài)分配，直至導(dǎo)體發(fā)熱過渡到穩(wěn)態(tài)時，導(dǎo)體發(fā)熱溫度達到穩(wěn)態(tài)溫度。
本在線監(jiān)測系統(tǒng)中采用下式計算導(dǎo)線的載流量 該公式適用于雷諾系數(shù)為100～3000，即在環(huán)境溫度為40℃、風(fēng)速0.5m/s、導(dǎo)線溫度不超過120℃時，用于直徑4.2～100mm輸電導(dǎo)線載流量的計算。
式中，I為輸電導(dǎo)線安全載流量，單位為A；θ為導(dǎo)線的溫升，單位為℃，v表示風(fēng)速，單位為m/sD表示導(dǎo)線直徑，單位為mm；s表示斯蒂芬-波爾茨曼常數(shù)，s＝5.67×10-8，單位為W·m-2.K-4；ke導(dǎo)線表面輻射系數(shù)，光亮新線為0.23～0.46，發(fā)黑舊線為0.9～0.95；t0表示環(huán)境溫度，單位為℃；tc表示導(dǎo)線穩(wěn)態(tài)溫度，單位為℃；γ表示導(dǎo)線吸收系數(shù)，光亮新線為0.23～0.46，發(fā)黑舊線為0.9～0.95；Si表示日照強度，單位為W/m2；β和Rd為參數(shù)。
架空輸電線路一般采用鋼芯鋁鉸線和鋁絞線。鋼芯鋁絞線和鋁絞線在不同標準截面下的β和以Rd及導(dǎo)線20℃的直流電阻R20的取值分別如表1、表2所示。使用時需注意導(dǎo)線材質(zhì)和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合GB1179-1983標準，LGJF(防腐型)可按LGJ型相應(yīng)截面選取參數(shù)值。
表2LGJ LGJF型鋼芯鋁鉸線參數(shù)取值

表2-3LG型鋁絞線參數(shù)取值 本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程 監(jiān)測主分機3定時/實時完成環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、日照強度等信息采集后，通過Zigbee模塊4-3主動呼叫監(jiān)測副分機4，監(jiān)測副分機4中的穩(wěn)定傳感器4-1對輸電導(dǎo)線溫度進行采樣(最多可采集8點導(dǎo)線溫度)，并通過Zigbee模塊4-3將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)測主分機3，監(jiān)測主分機3將自身采集的環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速和日照強度等信息與接收到的輸電導(dǎo)線的溫度采樣數(shù)據(jù)集中打包為GSM SMS，一方面通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元17發(fā)送至地市局監(jiān)控中心2，地市局監(jiān)控中心2通過軟件，利用接收到的數(shù)據(jù)信息、導(dǎo)線的輻射/吸收系數(shù)結(jié)合摩爾載流量計算公式計算出輸電導(dǎo)線允許的載流量，另一方面將此有效數(shù)據(jù)存于不易丟失的大容量閃存中。地市局監(jiān)控中心2的主機可通過GSM遠程設(shè)計監(jiān)測分機運行參數(shù)(如采樣時間間隔、分機系統(tǒng)時間以及實時數(shù)據(jù)請求等)。各地市局監(jiān)控中心2與省局監(jiān)控中心1采用LAN方式組網(wǎng)，省局監(jiān)控中心1可直接調(diào)用各地市局監(jiān)控中心2各線路當前的導(dǎo)線溫度以及相應(yīng)的環(huán)境條件等數(shù)據(jù)，分析各線路客觀存在的隱性容量，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定的條件下，提高輸電線路的輸送容量。
本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)對輸電導(dǎo)線的溫度和輸電導(dǎo)線周圍環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和日照強度等信息進行定時/實時采集，計算出輸電導(dǎo)線允許的載流量，并分析各輸電線路客觀存在的隱性容量，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定的條件下，提高輸電線路的輸送容量。
權(quán)利要求
1.輸電線路動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括省局監(jiān)控中心(1)，省局監(jiān)控中心(1)通過LAN總線分別與多個地市局監(jiān)控中心(2)相連接，每個地市局監(jiān)控中心(2)通過GSM SMS分別與多個監(jiān)測主分機(3)相連接，每個監(jiān)測主分機(3)通過無線電分別與多個監(jiān)測副分機(4)相連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測主分機(3)的結(jié)構(gòu)包括中心控制單元(6)分別與傳感器監(jiān)測單元(5)、鍵盤顯示單元(7)、數(shù)據(jù)存儲單元(8)、時鐘單元(9)、擴展接口單元(10)、看門狗單元(11)、通道控制單元(12)、A/D轉(zhuǎn)換單元(13)、串口電平轉(zhuǎn)換單元(14)、充放電單元(15)、穩(wěn)壓電源單元(16)和無線數(shù)據(jù)傳輸單元(17)相連接，所述的傳感器監(jiān)測單元(5)包括溫濕度傳感器(5-1)、風(fēng)速傳感器(5-2)、風(fēng)向傳感器(5-3)和日照傳感器(5-4)，溫濕度傳感器(5-1)、風(fēng)速傳感器(5-2)、風(fēng)向傳感器(5-3)和日照傳感器(5-4)分別與中心控制單元(6)相連接。
3.按照權(quán)利要求2所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述充放電單元(15)的結(jié)構(gòu)包括太陽能電池(15-1)的正極分別與二極管D10的正極和場效應(yīng)管B(15-7)的源極相連接，場效應(yīng)管B(15-7)的柵極分別與電阻R4的一端、放大器C(15-6)的輸出端和電阻R11的一端相連接，電阻R4的另一端與場效應(yīng)管B(15-7)的漏極相連接，電阻R11的另一端分別與放大器C(15-6)的正向輸入端和電阻R9的一端相連接，電阻R9的另一端分別與電阻R3和電阻R7的一端相連接，電阻R3的另一端分別與電阻R2的一端、放大器A(15-3)的引腳U12、電阻R1的一端、二極管D10的負極和開關(guān)S2相連接，開關(guān)S2與蓄電池(15-2)的正極相連接，蓄電池(15-2)的負極分別與太陽能電池(15-1)的負極、穩(wěn)壓二極管D11的正極、放大器A(15-3)的引腳GND、電阻R2的另一端、電阻R7的另一端、電阻R5的一端和場效應(yīng)管A(15-5)的源極相連接，穩(wěn)壓二極管D11的負極分別與電阻R1的另一端和放大器A(15-3)的正向輸入端相連接，放大器A(15-3)的輸出端分別與放大器A(15-3)的反向輸入端、電阻R8的一端和電阻R6的一端相連接，電阻R8的另一端與放大器C(15-6)的反向輸入端相連接，電阻R6的另一端分別與放大器B(15-4)的正向輸入端和電阻R10的一端相連接，放大器B(15-4)的反向輸入端與電阻R5的另一端相連接，放大器B(15-4)的輸出端分別與電阻R10的另一端、電阻R12的一端和場效應(yīng)管A(15-5)的柵極相連接，電阻R12的另一端與場效應(yīng)管A(15-5)的源極相連接，場效應(yīng)管A(15-5)的漏極接+12V電壓。
4.按照權(quán)利要求2所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)壓電源單元(16)的結(jié)構(gòu)包括三端穩(wěn)壓芯片(16-1)引腳Vin分別與+12V電壓、電容C1和電解電容器C3的正極相連接，三端穩(wěn)壓芯片(16-1)引腳Vout分別與電解電容器C4的正極、電容C2、發(fā)光二極管D1的正極和+5V電壓相連接，三端穩(wěn)壓芯片(16-1)引腳GND分別與電容C1、電解電容器C3的負極、電解電容器C4的負極和電容C2相連接，發(fā)光二極管D1的負極與電阻R1串聯(lián)，電阻R1還接GND。
5.按照權(quán)利要求2、3或4所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的中心控制單元(6)采用微處理器AT89C51。
6.按照權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測副分機(4)的結(jié)構(gòu)包括主控單元(4-2)分別與副分機電源(4-4)、ZigBee模塊(4-3)和多個溫度傳感器(4-1)相連接。
7.按照權(quán)利要求6所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控單元(4-2)采用基于ZigBee技術(shù)的無線射頻芯片CC2430。
8.按照權(quán)利要求6所述的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感器(4-1)數(shù)字芯片DS18B20。
全文摘要
輸電線路動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括省局監(jiān)控中心，省局監(jiān)控中心通過LAN總線分別與多個地市局監(jiān)控中心相連接，每個地市局監(jiān)控中心通過GSM SMS分別與多個監(jiān)測主分機相連接，每個監(jiān)測主分機通過無線電分別與多個監(jiān)測副分機相連接。本發(fā)明在線監(jiān)測系統(tǒng)對輸電導(dǎo)線的溫度和輸電導(dǎo)線周圍環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和日照強度等信息進行定時/實時采集，計算出輸電導(dǎo)線允許的載流量，并分析各輸電線路客觀存在的隱性容量，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定的條件下，提高輸電線路的輸送容量。
文檔編號G08C17/02GK101609123SQ20091030500
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者黃新波, 韓曉燕 申請人:西安工程大學(xué)