[发明专利]基于振动发电的高压线风偏在线监测系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种精确测量高压线风偏的在线监测系统及其方法，适用于高压输电线路，属于工业检测系统技术领域。

背景技术

输电线路风偏包括直线塔绝缘子串风偏、耐张塔跳线风偏和导线相间风偏，直线塔是导线或金具对塔臂放电，耐张塔是跳线对杆塔构架放电，相间是导线间放电。输电导线风偏故障一般发生在强风并通常伴有雨雪或冰雹天气情况下，表现为:大风使绝缘子串或导线大幅度摆动, 由于持续的风力使带电线路接近塔身并维持较长一段时间, 因空气间隙距离不够造成线路对塔身或线路间多次放电，造成跳闸故障，且一般重合闸不成功。

导线风偏是威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一，常常造成线路跳闸、导线电弧烧伤、断股、断线等严重后果。风偏放电发生时，一般不易重合闸成功。近几年来，输电线路风偏故障明显增多，与雷击放电和操作冲击放电不同，绝大多数风偏放电时发生在工作电压下，重合闸较难成功，从而导致了线路停运，给电网的安全稳定运行造成了较大的危害，同时也造成了重大的经济损失。

分析发生风偏闪络事故的原因，其中强风是最直接的原因,它使绝缘子串向杆塔方向倾斜,减小了导线和塔的空气间隙距离。因大风情况下常伴有大暴雨或冰雹, 雨在强风作用下成线分布,也使放电电压降低。其次设计中参数的选择、风压不均匀系数的选取、对恶劣气候考虑不充分等也都可以是风偏闪络事故频发的原因之一。

国内目前针对高压线风偏通常采用定期检测和故障后维修的方式，该方式耗费人力物力大，效率低，精度差，且已造成的经济和安全损失自是无法弥补。输电线路风偏在线监测系统正是为解决该问题而提出的，风偏在线监测系统可实现对重点线路的全天候监测，有效减轻巡线劳动强度，消除风偏隐患，确保输电线路的安全稳定运行。

而对于高压线在线监测系统，目前面临的一个相当棘手的问题，就是线上监测装置的供电问题，一般的电池仅能维持监测装置短时间内的供电，而更换电池等维护工作严重影响了在线监测系统的实用性，而本发明利用微风振动发电机很好的解决了这个问题。

该风偏在线监测系统旨在监测绝缘子、导线、转角塔跳线的风偏情况，判断风偏是否超标；评价安装在线路上的防风偏装置的效果，为正确选择和确定防风偏方案提供依据。一旦发现风偏水平超标，系统发出报警，可以采用相应的补救措施，同时验证防风偏设计和相关理论。

发明内容

该发明旨在通过对输电线路直线塔绝缘子串风偏、转角塔跳线风偏、导线相间风偏进行实时监测，实现风偏故障定位，为监测点所在线路设计和风偏校验提供依据；通过预警，促使运行部门采取合理的风偏防范措施，如对绝缘子串加重锤，减小强风下导线风偏角等；协助运行部门查找放电故障点，以此降低因放电跳闸造成的损失；通过监测中心对输电线路所经区域气象资料的观测、记录、收集，积累运行资料，完善风偏计算方法，同时准确的计算记录输电线路处的最大瞬时风速、风压不均匀系数、强风下的导线运动状态等相关信息，为制定合理的风偏设计标准提供技术数据，为设计单位今后的工作积累经验。

为实现上述目的，该发明采用了如下技术方案：整个系统由风偏监测装置、气象监测装置、监测基站和监测中心构成，现场监测装置通过短距离无线通讯模块把数据无线传送到监测基站, 再经由基站GPRS网络送到监测中心服务器上。同时监测中心也可以反向传送各种指令到现场监测装置,调整装置的运行状态。

本发明的高压线路风偏在线监测系统，其中所述的风偏监测装置包括球形装置外壳（Ⅰ）和壳体内设置的振动发电单元（Ⅱ）和风偏测量单元（Ⅲ），此装置无需外加电源，完全由微型振动发电单元（Ⅱ）供电；所述风偏测量单元（Ⅲ）包括传感器模块（2）、信号调理模块（4）、数据存储模块（3）、GPS模块（8）、MCU（1）和信号控制与无线收发模块（5）。传感器模块获取相应的风偏数据，交给MCU，通过信号调理模块经过相应的放大、A/D转换及相应数据处理之后，汇集GPS模块的定位和授时信息，由信号收发模块经无线传输网络定时传输给监测基站，同时数据存储模块存储数据。

所述的装置外壳（Ⅰ）由特制高强度材料制成，具有防水、防潮、防电磁干扰的性能，且外壳表面绝缘。装置安装在绝缘子串的底端地线出口处、跳线或需要监测的两相导线的档中。装置外壳两端有固定端口（6），穿过并固定在高压线上。

所述的振动发电单元（Ⅱ）包括永磁体（11）、绕组线圈（12）、伸缩弹簧（13）、整流和稳压电路（14）以及蓄电池（15）组成。