一种基于超声波测距的绝缘子串风偏角在线监测系统的制作方法

1.本实用新型属于输电线路在线状态监测与故障诊断技术领域，具体涉及一种基于超声波测距的绝缘子串风偏角在线监测系统。


背景技术：

2.随着国家大力开展智慧输电线路的建设，电力输电线路向智能化发展加快。绝缘子串作为输电线路中的组成部分，承担着至关重要的作用。然而，由于风荷载激励下，绝缘子串会偏斜。当风偏角较小时会导致相间闪络、绝缘子串损坏，较大时则会导致间隙放电，甚至导致输电线路跳闸、杆塔损坏、输电线路折断等严重电力事故，最终导致重大财产损失。因此，研究绝缘子串的风偏，是提高电力系统供电可靠性的客观需求，对输电线路安全稳定运行具有重要的现实意义。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于超声波测距的绝缘子串风偏角在线监测装置，可以对风载荷对输电线路的危害提供预警。
4.一种基于超声波测距的绝缘子串风偏角监测装置，包括部署在输电铁塔上的超声波接收装置(1
‑
2)、部署在绝缘子串(2
‑
2)最低点处的超声波发送装置(1
‑
3)，部署在输电铁塔横梁处的边缘节点(1
‑
13)以及部署在地面的监控中心(1
‑
14)；边缘节点(1
‑
13)中包括微处理器(1
‑
6)；
5.超声波接收装置(1
‑
2)实时接收超声波发送装置(1
‑
3)发出的超声波，并通过计算发射波和接收波之间的相移来获取两者的时间延迟信息，再计算出超声波接收装置(1
‑
2)与超声波发送装置(1
‑
3)之间的距离l；
6.所述微处理器(1
‑
6)根据所述距离l计算绝缘子串的(2
‑
2)风偏角值，并发送给监控中心(1
‑
14)；
7.所述监控中心(1
‑
10)将绝缘子串(2
‑
2)的风偏角值与预警阈值进行对比，判断是否出现风载荷危害，给输电线路运维人员提醒并预警。
8.较佳的，超声波接收装置(1
‑
2)与边缘节点(1
‑
13)中的微处理器(1
‑
6)通过lora 1
‑
4 通信方式进行数据传输，边缘节点(1
‑
13)与监控中心(1
‑
14)通过4g 1
‑
8通信方式进行数据传输。
9.进一步的，所述感知节点(1
‑
12)中还包括太阳能蓄电池；超声波接收装置(1
‑
2)通过太阳能蓄电池取电，超声波发送装置(1
‑
3)采用互感取能方式取电。
10.较佳的，超声波接收装置(1
‑
2)与超声波发送装置(1
‑
3)的超声波换能器采用 dya
‑
25
‑
20fc
‑
fb换能器，工作频率25khz。
11.进一步的，所述边缘节点(1
‑
13)中还包括气象传感器(1
‑
5)，用于采集包括空气温度、湿度、气压、风速和风向的气象信息。
12.较佳的，所述微控制器(1
‑
6)将绝缘子串风偏角值与气象传感器采集的气象值综
合分析，给绝缘子串风偏角值加上修正值，得到修正后的绝缘子串风偏角值,发送给监控中心，进行危害判断。
13.本实用新型具有如下有益效果：
14.1.本实用新型可以解决因为风荷载激励下，绝缘子串的偏斜问题。因此，此实用新型研究绝缘子串的风偏，是提高电力系统供电可靠性的客观需求，对输电线路安全稳定运行具有重要的现实意义，该装置制作简单、造价便宜、质量稳定。
15.2.本实用新型运用超声波接收装置与边缘节点通过lora 1
‑
4通信方式进行数据传输，边缘节点与监控中心通过4g 1
‑
8通信方式进行数据传输。超声波接收装置负责接收超声波并对其解算。边缘节点负责数据的汇聚、融合计算、判断，并将数据发送给监控中心。监控中心具有对信息处理的云平台和对信息加解密的安全平台，负责对数据监控，供运维人员查看。
16.3.本实用新型中的超声波接收装置通过太阳能 蓄电池方式取电，极大程度上节约了能源。
17.4.本实用新型中的气象传感器采用型号为hcf930，该气象传感器集空气温度、湿度、气压、风速、风向气象5要素为一体，可实现多方面监测的作用。
附图说明
18.图1是本实用新型中基于超声波测距的绝缘子串风偏角监测装置的整体架构图；
19.图2(a)和图2(b)分别是本实用新型中超声波发送装置和超声波接收装置的安装示意图。
20.图3是本实用新型中监测系统安装位置图；
21.图4是本实用新型中相移原理示意图；
22.图5是本实用新型中监测原理示意图；
23.其中，1
‑
1、1
‑7‑
太阳能蓄电池，1
‑2‑
超声波接收装置，1
‑3‑
超声波发送装置，1
‑4‑
，1
‑5‑ꢀ
气象传感器，1
‑6‑
微处理器，1
‑
10
‑
监控中心，1
‑
12
‑
感知节点，1
‑
13
‑
边缘节点，2
‑1‑
输电铁塔，2
‑2‑
绝缘子串。
具体实施方式
24.下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
25.本实用新型提供了一种基于超声波测距的绝缘子串风偏角监测装置，结构如图1
‑
3所示，包括感知节点、边缘节点1
‑
13以及监控中心1
‑
14；感知节点包括超声波发射装置1
‑
2、超声波接收装置1
‑
3；超声波接收装置1
‑
2部署在输电铁塔2
‑
1上，超声波发送装置1
‑
3部署在绝缘子串2
‑
2最低点处的，边缘节点1
‑
13部署在输电铁塔横梁处，包括微处理器1
‑
6、气象传感器1
‑
5以及蓄电池1
‑
7.
26.超声波接收装置1
‑
2与边缘节点1
‑
13中的微处理器1
‑
6通过lora 1
‑
4通信方式进行数据传输，边缘节点1
‑
13与监控中心1
‑
14通过4g 1
‑
8通信方式进行数据传输。超声波接收装置1
‑
2负责接收超声波发送装置1
‑
3发送的超声波，并对其解算。边缘节点1
‑
13负责数据的汇聚、融合计算、判断，并将数据发送给监控中心1
‑
14。监控中心1
‑
14具有对信息处理的云平台和对信息加解密的安全平台，负责对数据监控，供运维人员查看。
27.如图2所示，超声波接收装置1
‑
2通过太阳能 蓄电池方式取电，超声波发送装置1
‑
3采用互感取能方式取电。超声波接收装置1
‑
2与超声波发送装置1
‑
3的超声波换能器采用 dya
‑
25
‑
20fc
‑
fb换能器，工作频率25khz。
28.边缘节点1
‑
13中的气象传感器1
‑
5采用型号为hcf930，该气象传感器1
‑
5采集空气温度、湿度、气压、风速、风向气象5要素为一体。微处理器/微控制器1
‑
6型号为stm32 l0 系列。
29.本实用新型的基于超声波测距的绝缘子串风偏角在线监测的具体工作流程为：
30.步骤1，在输电铁塔搭建基于超声波测距的绝缘子串风偏角在线监测装置，超声波发送装置1
‑
3实时发送超声波，超声波接收装置1
‑
2实时接收超声波，超声波接收装置1
‑
2中的微处理器通过计算发射波和接收波之间的相移来获取时间的延迟信息，然后通过相移即可计算出超声波接收装置1
‑
2与超声波发送装置1
‑
3之间的距离。
31.步骤2，超声波接收装置1
‑
2将计算出的距离值l通过lora 1
‑
4数据传输方式发送给边缘节点1
‑
13。边缘节点1
‑
13通过运算得到绝缘子串风偏角值θ
i
，然后将绝缘子串风偏角值θ
i
与气象传感器采集的气象值综合分析后，得到修正后的绝缘子串风偏角值θ
ii
。
32.步骤3，边缘节点1
‑
13将修正后的绝缘子串风偏角值θ
ii
通过发送给4g 1
‑
8发送给监控中心，同时负责将绝缘子串风偏角值θ
ii
与绝缘子串风偏角预警阈值θ
λ
进行对比分析，给输电线路运维人员提醒并预警，从而及时将危害控制。
33.具体的，步骤1的具体过程如下：
34.超声波发送装置1
‑
3应固定在绝缘子串2
‑
2最低点处，避免滑动。超声波接收装置1
‑
2 应安装在绝缘子串2
‑
2最低点同一水平所对应的输电杆塔上，边缘节点1
‑
13安装在输电杆塔横梁上。
35.如图4所示，发射波与接收波之间存在相角差则有
[0036][0037]
公式(1)中为发射波与接收波之间的相移，c为声速340m/s，f为超声波频率25khz。
[0038]
通过公式(1)计算出超声波接收装置1
‑
2与超声波发送装置1
‑
3之间的距离值l。
[0039]
具体的，步骤2的具体过程如下：
[0040]
如图5中左图所示，当绝缘子串不发生偏移时，其角度为θ。
[0041]
如图5中右图所示，当绝缘子串发生风偏移时，距离值l会越来越大，随之绝缘子串发生风偏角也会越来越大，其角度会变为θ
i
。则有
[0042][0043]
公式(2)中，x为绝缘子串长度，l为超声波接收装置1
‑
2与超声波发送装置1
‑
3之间的距离值。
[0044]
通过公式(2)计算出绝缘子串发生风偏角θ
i
。再将绝缘子串风偏角值θ
i
与气象传感器采集的气象值综合分析，加上修正值λ，得到修正后的绝缘子串风偏角值θ
ii
,如公式3所示。
[0045]
θ
ii
＝θ
i
λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0046]
公式(3)中，θ
ii
为修正后的绝缘子串风偏角值θ
ii
，θ
i
为公式(2)中计算出绝缘子串发生风偏角θ
i
，λ为修正值。
[0047]
综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。