专利名称：输电线路暂态载流能力监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种电力系统技术领域的装置，具体是一种输电线路暂态载 流能力监测装置。
背景技术：
随着我国国民经济高速发展和电网建设持续高速发展，电网规模逐年增加，电网 密度逐渐增大，输电线路走廊呈日益紧缺之势。最大限度的发挥现有线路走廊资源，提高线 路的输送能力，不仅是提高资源利用效率的需要，也是建设坚强的智能电网的必然要求。目前动态载流量计算稳态热平衡条件下线路实际允许通过负荷，由于导线自身材 料的影响，其温升达到稳态热平衡是需要一段时间的。常规设计中，负荷选截面积的理论出 发点是30分钟导线达到稳定温升，而大中型截面积导线的发热时间常数τ大多在10 15 分钟。因此，为了充分利用输电线路的传输能力，在故障短时负荷情况下必须考虑线路的暂 态运行问题，即考虑故障情况下线路的暂态载流量大小。提高输电线路在故障情况下暂时过负荷能力，一方面根据实时采集的导线温度、 气温、风速、风向、光辐射强度以及导线相关参数，按导线暂态热平衡方程预测在给定电流 下，确定一定时长后的温升，作为线路短时超负荷运行的依据；另一方面计算当前气象条件 下，确定给定时长内导线温度不超过允许运行温度的最大线路载流量及给定电流下导线温 度不超过允许运行温度的最大安全时长，为运行调度提供安全操作依据。经对现有技术检索发现，现有技术中还未有对输电线路暂态载流量进行监测的装 置，而暂态载流量却是故障情况下非常重要的指标，它能指示调度人员在最短时间内采取 最安全最经济的方式消除故障，如果不能明确知道线路的暂态载流量就可能导致故障处理 不当，将小故障演变成大故障，进行引发大范围停电事故，对国民生产生活造成重大影响。

实用新型内容本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种输电线路暂态载流能力监测 装置，能够有效实现高压输电线的暂态载流能力监测。本实用新型通过以下技术方案实现，本实用新型包括第一数据采集终端，设置在 输电线的杆塔上；包括第一采集单元，完成对环境温度和风速风向的采集；第一控制单元， 控制所述第一数据采集终端的正常运行、提供稳定电源、控制数据存储、控制第一传输单元 完成数据通信；第一传输单元，通过其将采集的数据发送到监控后台；监控后台，负责监测 数据的接收、分析及计算出线路最大载流量和最长安全时间两个指标。第二数据采集终端，设置在输电线上；包括第二采集单元，完成对输电线的温度、 输电线负荷电流的采集；第二控制单元，控制所述第二数据采集终端的正常运行、提供稳定 电源、控制第二传输单元完成数据通信；第二传输单元，通过其将采集的数据发送到监控后 台。所述第一采集单元包括相互独立设置的温度测量模块、风速风向测量模块，所述温度测量模块及所述风速风向测量模块依次通过模拟开关、隔离保护电路及第一模/数转 换器与所述第一控制单元连接；其中所述温度测量模块及所述风速风向测量模块分别用于 采集环境温度、风速及风向；所述模拟开关，根据不同需要在不同的时间选通，让不同的信 号通过；所述隔离保护电路，用于模拟信号的隔离、隔绝外界的干扰；所述第一模/数转换 器用于将上述模块采集到的信号从模拟信号转换成数字信号。所述第一控制单元包括第一主控单片机以及与所述第一主控单片机耦合的第一 电源管理模块、贮存模块及时钟模块；其中所述第一主控单片机，控制所述第一数据采集终 端的正常运行；所述第一电源管理模块，用于给这个装置提供稳定的电源，保证其正常运 行；所述贮存模块，用于暂存数据包序号，时间信息，电池信息，气候信息；所述时钟模块， 用于提供一个时钟脉冲，使该终端基于所述脉冲工作。所述第一电源管理模块包含相互耦合的、第一电源控制器、蓄电池组；其中所述第 一电源控制器，用于对所述太阳能电池板方阵进行控制和调配；所述蓄电池组包括相互耦 合的蓄电池组和蓄电池组控制单元；所述蓄电池组控制单元用于对每个单独的蓄电池进行 控制，所述蓄电池组控制单元具有自我管理和外部控制两种工作模式。所述太阳能电池板 方阵的容量与所述蓄电池组的容量匹配。所述第二采集单元包括相互独立设置的输电线负荷电流测量模块及输电线温度 测量模块；其中所述输电线负荷电流测量模块包括相互耦合的导线电流测量模块、输电线 信号调电路；所述输电线温度测量模块包括两个温度探头；所述输电线负荷电流测量模块 及所述输电线温度测量模块通过第二模/数转换器与第二控制单元连接；其中所述输电线 温度测量模块及所述输电线负荷电流测量模块分别用于采集导线温度、线路电流；所述调 理电路，分别对导线温度及线路电流模拟信号进行滤波和隔离保护；所述第二模/数转换 器用于将上述模块采集到的信号从模拟信号转换成数字信号。所述第二控制单元包括第二主控单片机及与所述第二主控单片机耦合的第二电 源管理模块、贮存模块及时钟模块；其中所述第二主控单片机，控制所述第二数据采集终端 的正常运行；所述第二电源管理模块，用于给这个装置提供稳定的电源，保证其正常运行； 所述贮存模块，用于暂存数据包序号，时间信息，电池信息，导线电流温度信息；所述时钟模 块，用于提供一个时钟脉冲，使该终端基于所述脉冲工作。所述第二电源管理模块包括相互耦合连接的输电线取电线圈、第二电源控制器及 相互并联的蓄电池组；其中所述输电线取电线圈，将从输电线上通过感应取电方式得到的 交流电能转换为直流电；所述第二电源控制器将直流电转化为所需电压的稳定直流电；所 述蓄电池组包括相互耦合的蓄电池组和蓄电池组控制单元；所述蓄电池组控制单元用于对 每个单独的蓄电池进行控制，所述蓄电池组控制单元具有自我管理和外部控制两种工作模 式。所述第一传输单元通过串口与所述第一控制单元连接；所述第二传输单元通过串 口与所述输电线控制单元连接；所述第一数据采集终端与所述第二数据采集终端通过GPS 进行对时，保证时钟脉冲的一致性。所述环境温度测量模块及导线温度探头选用能低供电电压且输出电压与测量温 度比例呈线性的关系的传感器；所述风速风向测量模块选用三杯式感应器；所述导线温度 测量模块采用罗氏线圈；所述蓄电池组采用锂离子电池；所述第一传输单元及第二传输单元选用GSM模块或GPRS模块或EDGE模块。本实用新型通过在线路中安装本监测的各个传感器，然后通过无线通讯模块将各 个测量参量传回监控后台，在监控后台计算当前线路的暂态载流量，并明确给出线路最大 载流量及最长安全时间两个指标。线路最大载流量能明确的告知调度人员该线路在当前剩下的故障消除时间下还 有多大的载流能力，即该线路还能通过多大的电流。最长安全时间能明确告知调度人员该 线路在该故障电流下，线路导线温度上升到最大允许运行温度还有多长时间，即故障处理 还有多长时间。这两个指标能协助调度人员在最短的时间内选择最安全最经济的故障消除 方式。

图1为本实用新型输电线路暂态载流能力监测装置整体结构图。图2为本实用新型输电线路暂态载流能力监测装置第一采集终端模块图。图3为本实用新型输电线路暂态载流能力监测装置第二采集终端模块图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限 于下述的实施例。如图1所示，本实用新型输电线路暂态载流能力监测装置，包括第一数据采集终 端，设置在输电线的杆塔上；包括第一采集单元，完成对环境温度和风速风向的采集；第一 控制单元，控制所述第一数据采集终端的正常运行、提供稳定电源、控制数据存储、控制第 一传输单元完成数据通信；第一传输单元，通过其将采集的数据发送到监控后台；监控后 台为带GSM或GPRS或EDGE通讯模块的PC机，负责监测数据的接收、分析及计算出线路最 大载流量和最长安全时间两个指标。第二数据采集终端，设置在输电线上；包括第二采集单元，完成对输电线的温度、 输电线负荷电流的采集；第二控制单元，控制所述第二数据采集终端的正常运行、提供稳定 电源、控制第二传输单元完成数据通信；第二传输单元，通过其将采集的数据发送到监控后台。如图2所示，第一采集单元包括相互独立设置的温度测量模块、风速风向测量模 块，所述温度测量模块及所述风速风向测量模块依次通过模拟开关、隔离保护电路及第一 模/数转换器与所述第一控制单元连接；其中所述温度测量模块及所述风速风向测量模块 分别用于采集环境温度、风速及风向；所述模拟开关，根据不同需要在不同的时间选通，让 不同的信号通过；所述隔离保护电路，用于模拟信号的隔离、隔绝外界的干扰；所述第一模 /数转换器用于将上述模块采集到的信号从模拟信号转换成数字信号。所述第一控制单元包括第一主控单片机以及与所述第一主控单片机耦合的第一 电源管理模块、贮存模块及时钟模块；其中所述第一主控单片机，控制所述第一数据采集终 端的正常运行；所述第一电源管理模块，用于给这个装置提供稳定的电源，保证其正常运 行；所述贮存模块，用于暂存数据包序号，时间信息，电池信息，气候信息；所述时钟模块，用于提供一个时钟脉冲，使该终端基于所述脉冲工作。所述第一电源管理模块包含相互耦合的、第一电源控制器、蓄电池组；其中所述第 一电源控制器，用于对所述太阳能电池板方阵进行控制和调配；所述蓄电池组包括相互耦 合的蓄电池组和蓄电池组控制单元；所述蓄电池组控制单元用于对每个单独的蓄电池进行 控制，所述蓄电池组控制单元具有自我管理和外部控制两种工作模式。所述太阳能电池板 方阵的容量与所述蓄电池组的容量匹配。如图3所示，第二采集单元包括相互独立设置的输电线负荷电流测量模块及输电 线温度测量模块；其中所述输电线负荷电流测量模块包括相互耦合的导线电流测量模块、 输电线信号调电路；所述输电线温度测量模块包括两个温度探头；所述输电线负荷电流测 量模块及所述输电线温度测量模块通过第二模/数转换器与第二控制单元连接；其中所述 输电线温度测量模块及所述输电线负荷电流测量模块分别用于采集导线温度、线路电流; 所述调理电路，分别对导线温度及线路电流模拟信号进行滤波和隔离保护；所述第二模/ 数转换器用于将上述模块采集到的信号从模拟信号转换成数字信号。所述第二控制单元包括第二主控单片机及与所述第二主控单片机耦合的第二电 源管理模块、贮存模块及时钟模块；其中所述第二主控单片机，控制所述第二数据采集终端 的正常运行；所述第二电源管理模块，用于给这个装置提供稳定的电源，保证其正常运行； 所述贮存模块，用于暂存数据包序号，时间信息，电池信息，导线电流温度信息；所述时钟模 块，用于提供一个时钟脉冲，使该终端基于所述脉冲工作。所述第二电源管理模块包括相互耦合连接的输电线取电线圈、第二电源控制器及 相互并联的蓄电池组；其中所述输电线取电线圈，将从输电线上通过感应取电方式得到的 交流电能转换为直流电；所述第二电源控制器将直流电转化为所需电压的稳定直流电；所 述蓄电池组包括相互耦合的蓄电池组和蓄电池组控制单元；所述蓄电池组控制单元用于对 每个单独的蓄电池进行控制，所述蓄电池组控制单元具有自我管理和外部控制两种工作模 式。所述第一传输单元通过串口与所述第一控制单元连接；所述第二控制单元通过串 口与所述输电线控制单元连接；所述第一数据采集终端与所述第二数据采集终端通过GPS 进行对时，保证时钟脉冲的一致性。第一主控单片机选用C8051F040 ；温度测量模块及导线测温探头选用能低供电电 压且输出电压与测量温度比例呈线性的关系的芯片，型号为Analog Devices公司的TMP36 温度传感器；风速风向测量模块选用上海气象仪器厂的WJ-;3B型三杯式感应器；两个蓄 电池组都采用锂离子电池；第一传输单元，第二数据传输单元及监控后台通讯模块选用 Motorola G24 ；第二主控单片机选择MICROCHIP公司的PIC18LF4620 ；导线电流传感模块采 用的是北京宁达众合科技有限公司型号为NDZH01的罗氏线圈。综上所述的，本装置为电网调度人员处理线路故障提供明确的线路的最大载流量 及安全时间，能协助调度人员在最短时间内选择最安全最经济的故障消除方式。
权利要求1.一种输电线路暂态载流能力监测装置，其特征在于，包括 第一数据采集终端，设置在输电线的杆塔上；包括第一采集单元，完成对环境温度、风速及风向的采集；第一控制单元，控制所述第一数据采集终端的正常运行、提供稳定电源、控制数据存 储、控制第一传输单元完成数据通信；第一传输单元，通过其将采集的数据发送到监控后台； 第二数据采集终端，设置在输电线上；包括 第二采集单元，完成对输电线的温度、输电线负荷电流的采集； 第二控制单元，控制所述第二数据采集终端的正常运行、提供稳定电源、控制数据存 储、控制第二传输单元完成数据通信；第二传输单元，通过其将采集的数据发送到监控后台；监控后台，负责监测数据的接收、分析及计算出线路最大载流量和最长安全时间两个 指标。
2.根据权利要求1所述的输电线路暂态载流能力监测装置，其特征在于，所述第一采 集单元包括相互独立设置的温度测量模块及风速风向测量模块，所述温度测量模块及所述 风速风向测量模块依次通过模拟开关、隔离保护电路及第一模/数转换器与所述第一控制 单元连接；其中所述温度测量模块及所述风速风向测量模块分别用于采集环境温度、风速及风向； 所述隔离保护电路，用于模拟信号的隔离、隔绝外界的干扰； 所述第一模/数转换器用于将上述模块采集到的信号转换成数字信号； 所述输电线负荷电流测量电路包括相互耦合的导线电流测量模块及输电线信号调理 电路；所述输电线温度测量电路包括两个温度探头；所述输电线负荷电流测量电路及所述输电线温度测量电路通过第二模/数转换器与 第二控制单元连接。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路暂态载流能力监测装置，其特征在于，所述第一 控制单元包括第一主控单片机以及与所述第一主控单片机耦合的第一电源管理模块、贮存 模块及时钟模块；其中所述第一主控单片机，控制所述第一数据采集终端的正常运行；所述第一电源管理模块，用于给第一数据采集终端提供稳定的电源，保证其正常运行；所述贮存模块，用于暂存数据包序号，时间信息，电池信息，气候信息；所述时钟模块，用于提供一个时钟脉冲，使第一数据采集终端基于所述脉冲工作；所述第二主控单片机，控制所述第二数据采集终端的正常运行；所述第二电源管理模块，用于给第二数据采集终端提供稳定的电源，保证其正常运行；所述贮存模块，用于暂存数据包序号，时间信息，电池信息，导线温度和线路电流信息；所述时钟模块，用于提供一个时钟脉冲，使第二数据采集终端基于所述脉冲工作。
4.根据权利要求3所述的输电线路暂态载流能力监测装置，其特征在于，所述第一电 源管理模块包含相互耦合的太阳能电池板方阵、第一电源控制器、蓄电池组；其中所述第一电源控制器，用于对所述太阳能电池板方阵输出电压进行控制和调配；第二电源控制器将直流电转化为所需电压的稳定直流电；所述蓄电池组包括相互耦合的蓄电池组和蓄电池组控制单元；所述蓄电池组控制单元用于对每个单独的蓄电池进行控制，所述蓄电池组控制单元具 有自我管理和外部控制两种工作模式。
5.根据权利要求4所述的输电线路暂态载流能力监测装置，其特征在于，所述蓄电池 组包括相互耦合的蓄电池组和蓄电池组控制单元；所述蓄电池组控制单元用于对每个单独的蓄电池进行控制，所述蓄电池组控制单元具 有自我管理和外部控制两种工作模式。
6.根据权利要求1所述的输电线路暂态载流能力监测装置，其特征在于，所述第一传 输单元通过串口与所述第一控制单元连接；所述第二控制单元通过串口与所述输电线控制 单元连接。
7.根据权利要求1或3所述的输电线路暂态载流能力监测装置，其特征在于，所述第一 数据采集终端与所述第二数据采集终端通过GPS进行对时，保证时钟的一致性。
8.根据权利要求2所述的输电线路暂态载流能力监测装置，其特征在于，所述环境温 度测量模块及导线温度探头选用能低供电电压且输出电压与测量温度比例呈线性的关系 的传感器；所述风速风向测量模块选用三杯式感应器；所述导线电流测量模块采用罗氏线 圈。
专利摘要一种输电线路暂态载流能力监测装置，包括第一数据采集终端，设置在输电线的杆塔上；包括第一采集单元；第一控制单元；第一传输单；第二数据采集终端，设置在输电线上；包括输第二采集单元；第二据控制单元；第二传输单元。线路最大载流量能明确的告知调度人员该线路在当前剩下的故障消除时间下还有多大的载流能力，即该线路还能通过多大的电流。最长安全时间能明确告知调度人员该线路在该故障电流下，线路导线温度上升到最大允许运行温度还有多长时间，即故障处理还有多长时间。这两个指标能协助调度人员在最短的时间内选择最安全最经济的故障消除方式。
文档编号G01R31/00GK201909823SQ20112000179
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者刘亚东, 江秀臣, 王孔森, 盛戈皞, 高强 申请人:上海交通大学