专利名称：输电线路微风振动在线监测系统的制作方法
技术领域：
输电线路微风振动在线监测系统技术领域[0001]本实用新型属于输变电设备状态在线监测技术领域，具体涉及一种输电线路微 风振动在线监测系统。
背景技术：
[0002]我国受大气候和微地形、微气象条件的影响，微风振动引起的高压架空线路故 障时常发生，特别是在大跨越地区，微风振动的破坏尤为严重，造成巨大经济损失。微 风振动具有振幅小、频率高等特点，对输电线路的破坏具有一定的隐蔽性，且微风振动 所引起的线路疲劳断股等事故需要一个累积时间和过程，因此对微风振动情况及其引起 的破坏通过直接观察是不可能实现的，电力用户迫切需要一种可对线路微风振动进行监 测的设备，以提高线路运行的可靠性。但受传感器、数据传输、抗电磁干扰等技术以及 导线疲劳寿命相关算法的限制，对高压架空线路微风振动及其导线疲劳损伤尚缺乏成熟 的在线监测方法。发明内容[0003]本实用新型的目的是提供一种输电线路微风振动在线监测系统，解决了现有微 风振动监测及其无线传输困难的问题，现场检测可定时或实时监测导线的微风振动信 息、导线温度以及环境温度、湿度、风速、风向等信息，及时通过GPRS发送监控中 心，由监控中心专家软件判断当前线路的振动频率、振幅以及疲劳损伤寿命等参数。一 方面加强了对线路微风振动的实时监测，将疲劳破坏事故消除在萌芽状态，提高供电设 备运行的可靠性；另一方面可全面收集和长期积累气象资料，为输电线路设计、运行维 护提供基础数据。[0004]本实用新型所采用的技术方案是，一种输电线路微风振动在线监测系统，包括 通过GPRS通信的监测中心及线路监测基站，线路监测基站还通过Zigbee网络与振动监 测仪通信，线路监测基站包括MSP430F247单片机，MSP430F247单片机上分别连接有 GPRS通讯模块、Zigbee协调器、存储器模块及电源电路，电源电路上分别连接有太阳能 电池板及蓄电池，振动监测仪包括用于供电的振动监测仪电源及用于通信的Zigbee子节 点，Zigbee子节点上分别连接有振动传感器及温度传感器，MSP430F247单片机还与气象 观测站相连接，气象观测站包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器及 日照传感器。[0005]本实用新型的特点还在于，其中的振动监测仪设置有两个或两个以上。[0006]本实用新型的有益效果是，基于Zigbee技术组建短距离无线传感网络，实现对 导线多个测点的微风振动情况及导线温度的实时监测，并同时对湿度、温度、风速、风 向、日照强度等多种气象参数进行采集；本系统采用了 GPRS的通讯方式，实现监测数 据的远距离传输；并建立准确的计算方法，直接给出用户需要的导线振幅、频率以及疲 劳损伤寿命等重要参数。系统在工作原理设计、通讯方式、传感器技术等方面具有创新性。[0007]系统通过监测导线的弯曲应变、导线温度以及环境温度、湿度、风速、风向、 日照强度等信息来计算输电线路的微风振动频率、振幅等情况，并通过相应算法判断导 线的疲劳磨损寿命，对线路安全运行进行评价，在疲劳损坏前给出预报警信息，及时采 取措施，减少风振损失，提高输电线路运行的安全性和可靠性。


[0008]图1是本实用新型输电线路微风振动在线监测系统的结构示意图。[0009]图中，1.监测中心，2.线路监测基站，3.振动监测仪，4.气象观测站，5.振动 传感器，6.温度传感器，7.振动监测仪电源，8.Zigbee子节点，9.GPRS通讯模块，10. Zigbee协调器，11.存储器模块，12.太阳能电池板，13.蓄电池，14.MSP430F247单片 机，15.电源模块，16.温度传感器，17.湿度传感器，18.风速传感器，19.风向传感器， 20.日照传感器。
具体实施方式
[0010]
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。[0011]本实用新型输电线路微风振动在线监测系统，如图1所示，包括通过GPRS通信 的监测中心1及线路监测基站2，线路监测基站2还通过Zigbee网络与多个振动监测仪3 通信，线路监测基站2包括MSP430F247单片机14，MSP430F247单片机14上分别连接 有GPRS通讯模块9、Zigbee协调器10、存储器模块11及电源电路15，电源电路15上 分别连接有太阳能电池板12及蓄电池13，振动监测仪3包括用于供电的振动监测仪电源 7及用于通信的Zigbee子节点8，Zigbee子节点8上分别连接有振动传感器5及温度传感 器6，线路监测基站2的MSP430F247单片机14还与气象观测站4相连接，气象观测站4 包括温度传感器16、湿度传感器17、风速传感器18、风向传感器19及日照传感器20。[0012]本实用新型的工作过程为线路监测基站2实时完成相应导线振动信息、导线 温度以及环境温度、湿度、风速、风向等信息的采集，将其打包后通过GPRS通讯模块9 发送至监测中心1，由监测中心1软件针对数据进行分析整理判断该线路导线的微风振动 情况。监测中心1可对现场分机进行远程参数设置(如采样时间间隔、传感器基准、实 时数据请求等)。监测中心1根据各测点导线振动幅度、频率以及环境参数等数据，借 助专家软件了解该省相应线路的微风振动状况。专家软件则利用各种修正理论模型、试 验结果和现场运行结果来判断输电线路的微风振动及导线疲劳损伤状况，及时给出预报 警信息，有效防止事故的发生。[0013]线路监测基站2为独立监测单元，其通过GPRS通讯模块9与监控中心1的数据 通信，构成系统的第一级网络。线路监测基站2和多个振动监测仪3通过Zigbee组建无线 局域网络，为系统的第二级网络。线路监测基站2的微处理器MSP430F247单片机14定 时通过串口向Zigbee协调器10发送采集命令(定时时间可设定，也可通过监测中心1直 接进行数据请求)，同时对风速、风向、温度、湿度等各气象参数进行采集；当Zigbee 协调器10接收到采集命令后，向其局域网内的各Zigbee子节点8发送采集命令，并定时 等待接收Zigbee子节点8采集到的数据，当定时时间到时，Zigbee协调器10将接收到的Zigbee子节点8回复的数据通过串口发送回基站微处理器MSP430F247单片机14 ；微处理 器MSP430K47单片机14将Zigbee协调器10回复的数据及各气象参数打包，通过GPGS 通讯模块9发送到监测中心1。线路监测基站2可以根据监测中心1主机发送的控制信号 进行实时采集数据、修改分机采样时间等操作。[0014]以下对各个组成部分作详细介绍[0015](1)中心处理器选用TI公司的MSP430F247单片机14。16位MSP430F247单片机14具有处理能力强、运行速度快、资源丰富、开发方便等优点，性价比很高。超低 功耗是MSP430F247最为显著的性能特点，其具有独特的时钟设计，可输出3种不同频率 时钟送给不同需求的模块，并具有多种睡眠模式，通过参数设置可最大限度的降低系统 功耗。考虑到系统处理的实时性要求和串行口通讯的波特率产生及系统低功耗特性等问 题，选择了 32768Hz及11.0592MHz两组晶振。[0016](2)本实用新型选用TSZ-CCM30系列SgBee模块，通过ZigBee技术，实现了无线传感器网络节点的开发，这些节点可以方便地构建低成本、低传输速率、高效 率的无线网络，从而实现对各个监测点处的振动信息及导线温度的实时监测。并且通 过在节点中移植ZigBee协议栈，既可以组建简单的星型网络，也可以组建较为复杂的 树状以及网状网络。在本实用新型中，采用MSSTATE_LRWPAN协议栈，协调器节点 (Coordinator)建立一个网络，路由器(Router)以及终端节点(RFD)(本系统中将 路由器节点及终端节点统称为子节点)加入网络，子节点在接收到协调器节点发送的采 集数据命令后，定期向协调器节点发送自己采集振动及导线温度等数据，振动监测仪以 Zigbee模块中的射频芯片CCM30为处理器，在进行无线数据传输的同时，完成振动及导 线温度信息的采样。[0017](3)本实用新型中GPRS通讯模块9采用宏电的产品，型号H7118GPRS DTU。GPRS通讯模块9与模拟开关相连，其功能是通过中国移动通信的通用分组无线业 务(General Packet Radio ^rvice，简称GPRS)，进行无线数据通信。本实用新型中每个 测试仪都有一个GPRS通讯模块9通过无线网络与中心计算机通信，该模块具有传输数据 量大，传输速度快，稳定性高等优点。另外，中心计算机的控制装置可以采用GPRS通 讯模块9自带的开发工具，能比较快捷的开发出需要的通信控制模块。[0018](4)现场监测终端要实现对各种参量的不间断监测，分机的电源设计非常重 要，本系统振动监测仪采用互感取电方式，监测基站采用太阳能加蓄电池的工作方式， 为了提高系统电源的工作效率和蓄电池的工作寿命，系统设计了自动充放电控制电路。 其蓄电池充放点保护原理通过运放LM3M及其外围电路组成的迟滞比较器，当蓄电 池电压正常时，充电回路开启，放电回路接通；当蓄电池电压降低，低于放电保护值(IlV)时，放电回路断开；直到蓄电池电压重新上升到放电允许值(12.5V)时，放电 回路恢复正常；当蓄电池电压升高，高于充电保护值(14.5V)时，太阳能电池输出被断 开；充电回路关闭，直到蓄电池电压下降到充电允许值(13.5V)时，充电回路恢复正堂巾ο
权利要求1.一种输电线路微风振动在线监测系统，其特征在于，包括通过GPRS通信的监测 中心(1)及线路监测基站(2)，线路监测基站(2)还通过Zigbee网络与振动监测仪(3)通信，所述的线路监测基站(2)包括MSP430F247单片机(14)，MSP430F247 单片机(14)上分别连接有GPRS通讯模块(9)、Zigbee协调器(10)、存储器模块 (11)及电源电路(15)，电源电路(15)上分别连接有太阳能电池板(12)及蓄电 池(13)，所述的振动监测仪(3)包括用于供电的振动监测仪电源(7)及用于通信 的Zigbee子节点(8)，Zigbee子节点(8)上分别连接有振动传感器(5)及温度传感 器(6)，所述的MSP430F247单片机(14)还与气象观测站(4)相连接，气象观测 站(4)包括温度传感器(16)、湿度传感器(17)、风速传感器(18)、风向传感器 (19)及日照传感器(20)。
2.根据权利要求1所述的输电线路微风振动在线监测系统，其特征在于，所述的振动 监测仪(3)设置有两个或两个以上。
专利摘要本实用新型公开的一种输电线路微风振动在线监测系统，包括通过GPRS通信的监测中心及线路监测基站，线路监测基站还通过Zigbee网络与振动监测仪通信，线路监测基站包括MSP430F247单片机，MSP430F247单片机上分别连接有GPRS通讯模块、Zigbee协调器、存储器模块及电源电路，电源电路上分别连接有太阳能电池板及蓄电池，振动监测仪包括振动监测仪电源及Zigbee子节点，Zigbee子节点上分别连接有振动传感器及温度传感器，MSP430F247单片机还与温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器及日照传感器相连接。本实用新型监测系统采用了GPRS通讯，实现监测数据的远距离传输；并直接给出用户需要的导线振幅、频率以及疲劳损伤寿命等重要参数，提高输电线路运行的安全性和可靠性。
文档编号G01W1/02GK201812372SQ20102054802
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者朱永灿, 黄新波 申请人:西安工程大学