一种输电线路覆冰在线监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种输电线路覆冰在线监测装置及方法，包括传感器模块、电源模块、通讯模块，还包括边缘计算模块；所述边缘计算模块用于采集传感数据，并根据传感数据实时计算得到预警数据和覆冰趋势预测数据；所述边缘计算模块定期开展覆冰拉力自校准，根据输电线路悬垂绝缘子串拉力和倾角，实时就地计算输电线路等值覆冰厚度，并控制通信模块信息回传策略，当覆冰厚度超过阈值时，发布预警信息，当无覆冰或覆冰较轻，不发送计算结果；同时，边缘计算模块根据微气象传感器数据，完成输电线路等值覆冰趋势预测。本发明专利技术实现了实时计算及预警、自校准、覆冰趋势预测、数据回传控制。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路覆冰在线监测装置及方法
本专利技术涉及电力系统防灾减灾
，具体涉及一种输电线路覆冰在线监测装置及方法。
技术介绍
我国气候复杂多样，每年均会遭受雨雪冰冻天气，导致输电线路覆冰，引发故障跳闸、倒塔断线甚至大范围停电，影响四川、湖南、湖北等17个省市，据统计近年来由覆冰造成的输电线路停运次数大约占总停运次数的1/4。传统输电线路覆冰观测以人力巡视或驻守观冰为主，耗费大量人力物力，人身风险高，存在观测不及时、不准确，夜晚无法工作等固有缺点。随着技术发展，在线监测应用不断加强，但缺乏可靠的监测技术和计算模型，在工程应用中均存在可靠性低、误差大的问题。此外，已有的在线监测装置大多仅回传传感器原始数据，装置由于实时回传数据造成综合功耗较大，监测结果无法直接指导输电线路融冰抗冰决策，需要依靠后台软件实现覆冰厚度计算、覆冰趋势预测等功能，也无法实现监测结果的自校准。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术无法实现覆冰厚度实时计算及预警、自校准、覆冰趋势预测以及综合功耗高的问题，目的在于提供一种输电线路覆冰在线监测装置及方法，解决上述
技术介绍
中遇到的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种输电线路覆冰在线监测装置，包括传感器模块、电源模块、通讯模块，还包括边缘计算模块；所述电源模块、通讯模块、传感器模块分别与边缘计算模块连接；所述电源模块与通讯模块连接；所述电源模块用于为传感器模块、边缘计算模块、通讯模块供电；所述传感器模块用于产生传感数据；所述边缘计算模块用于采集传感数据，并根据传感数据实时计算得到等值覆冰厚度、预警数据和覆冰趋势预测数据，并执行等值覆冰厚度自校准任务；所述通讯模块用于实现预警数据和覆冰趋势预测数据的回传并接收远程控制后台对边缘计算模块的配置。通讯模块可采用2G/3G/4G/5G公网通讯、WiFi通讯、卫星通讯实现数据回传并接收远程控制后台(物联管理平台)对边缘计算模块的配置策略，通讯方式不具限定性。进一步地，一种输电线路覆冰在线监测装置，还包括：绝缘子串；所述传感器模块包括：绝缘子串覆冰拉力传感器、绝缘子串倾角传感器、微气象传感器；所述绝缘子串具有与输电线路铁塔连接的一端；所述绝缘子串的另一端与绝缘子串覆冰拉力传感器及绝缘子串倾角传感器的一端连接；所述绝缘子串覆冰拉力传感器及绝缘子串倾角传感器的另一端具有与输电导线挂接的一端；所述微气象传感器与边缘计算模块连接。进一步地，一种输电线路覆冰在线监测装置，还包括在线监测装置外壳；所述在线监测装置外壳用于容纳边缘计算模块、电源模块、通讯模块。进一步地，一种输电线路覆冰在线监测装置，所述边缘计算模块中输电线路等值覆冰厚度Di实时计算采用如下公式：其中，ΔF％为输电线路悬垂绝缘子串覆冰前后拉力增长百分比、α为悬垂绝缘子串的风偏角，σc为导线线密度，ρi为冰密度，取0.9g/cm3，Rc为导线线径，g为重力加速度。进一步地，一种输电线路覆冰在线监测装置，所述微气象传感器安装在输电铁塔横担处；所述微气象传感器具有风速风向、温度、湿度监测功能。进一步地，一种输电线路覆冰在线监测装置，所述边缘计算模块通过定期计算未覆冰时输电线路悬垂绝缘子串拉力的平均值，得出未覆冰时覆冰拉力基准值，消除覆冰拉力传感器因疲劳、老化等引起的零点偏移，实现输电线路等值覆冰厚度自校准，校准策略可远程配置。进一步地，所述电源模块采用太阳能或蓄电池或架空地线感应取能方式。本专利技术工作原理：本专利技术的边缘计算模块定期开展覆冰拉力自校准，根据输电线路悬垂绝缘子串拉力和倾角，实时就地计算输电线路等值覆冰厚度Di，并控制通信模块信息回传策略，当覆冰厚度Di超过预警阈值时，发布预警信息，当无覆冰或覆冰较轻(覆冰厚度Di小于设计覆冰厚度30％)，不发送计算结果；同时，边缘计算模块根据微气象传感器监测到的温度数据、湿度数据、风速数据，完成输电线路等值覆冰趋势预测。本专利技术中的预警阈值、预警信息格式可远程配置。一种输电线路覆冰在线监测方法，包括如下步骤：S1:绝缘子串覆冰拉力传感器、绝缘子串倾角传感器产生传感数据并传送至边缘计算模块；S2:边缘计算模块根据传感数据计算得到输电线路等值覆冰厚度Di；S3:边缘计算模块将输电线路等值覆冰厚度Di与被监测线路区段的设计覆冰厚度进行比对，当输电线路等值覆冰厚度Di超过预警阈值时，发布预警信息；当无覆冰或覆冰厚度Di小于设计覆冰厚度30％时，不发送计算结果；同时，边缘计算模块根据微气象传感器监测到的温度数据、湿度数据、风速数据，完成输电线路等值覆冰趋势预测。进一步地，一种输电线路覆冰在线监测方法，所述S1中的传感数据包括：输电线路悬垂绝缘子串覆冰前后拉力增长百分比ΔF％和绝缘子串风偏角α；所述S2中的输电线路等值覆冰厚度Di应满足如下公式：其中，ΔF％为输电线路悬垂绝缘子串覆冰前后拉力增长百分比、α为悬垂绝缘子串风偏角，σc为导线线密度，ρi为冰密度，取0.9g/cm3，Rc为导线线径，g为重力加速度。进一步地，一种输电线路覆冰在线监测方法，所述S3中微气象传感器监测到的数据具体包括温度数据、湿度数据、风速数据。进一步地，一种输电线路覆冰在线监测方法，所述S3中输电线路等值覆冰趋势预测具体预测规则如下：a.当温度取值在-20℃～0℃、湿度＞90％、风速≥1m/s时，趋势预测结果为：覆冰呈增长趋势；b.当温度取值在-20℃～0℃、湿度≤90％、风速＜1m/s时，趋势预测结果为：覆冰保持平稳；c.当温度取值在0℃或小于-20℃、湿度为任意值、风速为任意值时，趋势预测结果为：覆冰保持平稳；d.当温度取值大于0℃、湿度为任意值、风速为任意值时，趋势预测结果为：覆冰呈消融趋势。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术提升了监测准确性和及时性。根据悬垂绝缘子串拉力传感器、倾角传感器监测数据，无需其他辅助监测参量，直接就地计算输电线路等值覆冰厚度，计算结果更及时。2、本专利技术实现了预警和预测一体化。边缘计算模块根据覆冰厚度计算结果及时发布预警信息，并根据微气象传感器数据实现输电线路等值覆冰趋势预测，实现了输电线路覆冰厚度一体化预警和预测。3、本专利技术实现了监测结果自校准。边缘计算模块通过定期计算未覆冰时输电线路悬垂绝缘子串拉力的平均值，得出未覆冰时覆冰拉力基准值，消除覆冰拉力传感器因疲劳、老化等引起的零点偏移。4、本专利技术降低了在线监测装置功耗。边缘计算模块根据输电线路等值覆冰厚度计算结果控制数据回传，当无覆冰或覆冰较轻时，不发送计算结果，降低在线监测装置综合功耗。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术输电线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电线路覆冰在线监测装置，包括传感器模块、电源模块(5)、通讯模块(4)，其特征在于，还包括边缘计算模块(3)；/n所述电源模块(5)、通讯模块(4)、传感器模块分别与边缘计算模块(3)连接；所述电源模块(5)与通讯模块(4)连接；/n所述电源模块(5)用于为传感器模块、边缘计算模块(3)、通讯模块(4)供电；/n所述传感器模块用于产生传感数据；/n所述边缘计算模块(3)用于采集传感数据，并根据传感数据实时计算得到等值覆冰厚度、预警数据和覆冰趋势预测数据，并执行等值覆冰厚度自校准任务；/n所述通讯模块(4)用于实现预警数据和覆冰趋势预测数据的回传并接收远程控制后台对边缘计算模块(3)的配置。/n

【技术特征摘要】
1.一种输电线路覆冰在线监测装置，包括传感器模块、电源模块(5)、通讯模块(4)，其特征在于，还包括边缘计算模块(3)；
所述电源模块(5)、通讯模块(4)、传感器模块分别与边缘计算模块(3)连接；所述电源模块(5)与通讯模块(4)连接；
所述电源模块(5)用于为传感器模块、边缘计算模块(3)、通讯模块(4)供电；
所述传感器模块用于产生传感数据；
所述边缘计算模块(3)用于采集传感数据，并根据传感数据实时计算得到等值覆冰厚度、预警数据和覆冰趋势预测数据，并执行等值覆冰厚度自校准任务；
所述通讯模块(4)用于实现预警数据和覆冰趋势预测数据的回传并接收远程控制后台对边缘计算模块(3)的配置。


2.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰在线监测装置，其特征在于，所述边缘计算模块(3)中输电线路等值覆冰厚度Di实时计算采用如下公式：



其中，ΔF％为输电线路悬垂绝缘子串覆冰前后拉力增长百分比、α为悬垂绝缘子串的风偏角，σc为导线线密度，ρi为冰密度，取0.9g/cm3，Rc为导线线径，g为重力加速度。


3.根据权利要求2所述的一种输电线路覆冰在线监测装置，其特征在于，所述边缘计算模块通过定期计算未覆冰时输电线路悬垂绝缘子串拉力的平均值，得出未覆冰时覆冰拉力基准值，消除覆冰拉力传感器因疲劳、老化等引起的零点偏移，实现输电线路等值覆冰厚度自校准，校准策略可远程配置。


4.一种输电线路覆冰在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:绝缘子串覆冰拉力传感器(1)、绝缘子串倾角传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：范松海，吴天宝，龚奕宇，刘益岑，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51