高压输电塔杆倾斜在线监测.ppt

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高压输电塔杆倾斜在线监测系统高压输电塔杆倾斜在线监测系统答辩人答辩人:

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2013年6月章节安排章节安排1.1.前言前言2.输电塔杆整体塔杆整体设计方案和方案和选型型3.输电塔杆硬件塔杆硬件电路路设计4.输电塔杆塔杆软件部分件部分设计5.总结1.1课题研究背景课题研究背景电力工业是国民经济的重要基础产业，安全、稳定和充足的电力电力工业是国民经济的重要基础产业，安全、稳定和充足的电力供应是保障国民经济健康稳定发展的前提。

高压塔杆倾斜是影响电供应是保障国民经济健康稳定发展的前提。

高压塔杆倾斜是影响电力系统安全稳定运行的问题之一。

力系统安全稳定运行的问题之一。

以以2008年年1-2月我国南方大范围冰雪灾害为例。

据统计，月我国南方大范围冰雪灾害为例。

据统计，2008年年1-2月，全国电网因冰灾停运线路月，全国电网因冰灾停运线路36740条，停运变电站条，停运变电站2016座，座，563236基杆塔倒塌损坏，断线基杆塔倒塌损坏，断线353731处，处，500KV变电站停运变电站停运12座；座；5000KV输电线路停运输电线路停运107条，受损条，受损80条，倒条，倒塔塔957基。

基。

1.课题的研究的背景及意义课题的研究的背景及意义1.课题的研究的背景及意义课题的研究的背景及意义图图1.11.1输电塔杆倒塌输电塔杆倒塌图图1.21.2输电塔杆倾斜输电塔杆倾斜1.课题的研究的目的及意义课题的研究的目的及意义1.2课题研究意义课题研究意义在在现现有的有的监测监测方式中，方式中，传统传统的高的高压输电线压输电线路路监测监测都是采都是采用巡用巡检检的方式，主要有两种，即的方式，主要有两种，即人工目人工目测测法法和和直升直升飞飞机航机航测测法法。

u人工目人工目测测法法由巡工作人由巡工作人员员在地面沿在地面沿线线逐塔巡逐塔巡视视，有，有时时候候还还需要巡需要巡线线人人员员登上登上输电输电塔杆或者乘坐塔杆或者乘坐悬悬挂于挂于线线路上的滑路上的滑车车，这这种种传统传统的巡的巡线线方式精度低、方式精度低、劳动劳动强强度大、度大、费费用多、周期用多、周期长长、危、危险险性高，且存在巡性高，且存在巡检检盲区。

盲区。

u直升直升飞飞机航机航测测法法航航测测法法则则是运用直升是运用直升飞飞机沿机沿线线巡巡检检，采用，采用摄摄像机和其探像机和其探测测技技术对输电术对输电塔杆塔杆进进行巡行巡检检，这这种方式的种方式的优优点是灵活性高、点是灵活性高、视视野开野开阔阔，但所花，但所花费费的的费费用高且有一定的用高且有一定的飞飞行行隐隐患。

患。

1.课题的研究的目的及意义课题的研究的目的及意义图图1.31.3人工巡测法人工巡测法图图1.41.4直升机航测法直升机航测法1.课题的研究的目的及意义课题的研究的目的及意义研究目的研究目的:

由于上面两种方式存在着一定的不足之由于上面两种方式存在着一定的不足之处处，供，供电电部部门门迫切需要开迫切需要开发发和研究一种能代替和研究一种能代替传统传统方式的巡方式的巡线线方式。

研方式。

研究究电电力力输电输电塔杆塔杆倾倾斜斜监测监测系系统统技技术术，对输电线对输电线路加路加强强监测监测管理，管理，对对加速智能化加速智能化电电网网战战略的建略的建设设，预预防和减少供防和减少供电电事事故的故的发发生，提高生，提高电电力系力系统统的安全性、可靠性、的安全性、可靠性、稳稳定性具有定性具有十分重要的意十分重要的意义义。

2.系统整体设计系统整体设计图图2.12.1整体系统模块构成整体系统模块构成2.系统整体设计系统整体设计图图2.22.2整体系统部分模块实物展示图整体系统部分模块实物展示图2.系统整体设计系统整体设计依照不同的分类方式，电机可以被分成各种类型，主要的有四种依照不同的分类方式，电机可以被分成各种类型，主要的有四种图图2.32.3整体系统框图整体系统框图图图2.42.4整体程序流程图整体程序流程图2.系统整体设计系统整体设计图图2.52.5系统安装示意图系统安装示意图2.2各模块选型各模块选型图图2.62.6太阳能和蓄电池共同供电方式太阳能和蓄电池共同供电方式2.2.12.2.1供电方案研究供电方案研究2.2各模块选型各模块选型表表2.12.1短距离通信方式的比较短距离通信方式的比较2.2.22.2.2短距离通信模块研究短距离通信模块研究2.2各模块选型各模块选型2.2.22.2.2短距离通信模块研究短距离通信模块研究图图2.7ZigBee2.7ZigBee发射与接受模块发射与接受模块2.2各模块选型各模块选型2.2.32.2.3远程通信方案的研究远程通信方案的研究图图2.8WavecomQ2406BGSM2.8WavecomQ2406BGSM通信模块通信模块2.2各模块选型各模块选型2.2.42.2.4倾角传感器模块研究倾角传感器模块研究图图2.9SCAl00T-D022.9SCAl00T-D02倾角传感芯片倾角传感芯片3.系统硬件电路设计系统硬件电路设计倾角采集系统直接安装在输电塔杆上，对输电塔杆发生倾斜时倾角采集系统直接安装在输电塔杆上，对输电塔杆发生倾斜时倾角数据进行定时采集。

整个倾角采集系统由数据采集部分、数据倾角数据进行定时采集。

整个倾角采集系统由数据采集部分、数据处理部分和传输部分构成。

采集部分通过倾角传感器采集塔杆倾斜处理部分和传输部分构成。

采集部分通过倾角传感器采集塔杆倾斜的具体值，通过的具体值，通过MCUMCU进行数据分析、处理后，最后通过进行数据分析、处理后，最后通过ZigBeeZigBee短程通短程通信模块向所在的基站传输实时数据。

信模块向所在的基站传输实时数据。

图图3.13.1倾角采集系统硬件结构图倾角采集系统硬件结构图3.系统硬件电路设计系统硬件电路设计3.1.1MENS3.1.1MENS倾角传感器工作原理倾角传感器工作原理传感器的工作原理就是牛顿第二定律，根据物理原理，在一个传感器的工作原理就是牛顿第二定律，根据物理原理，在一个系统内部无法测得物体的速度，但是加速度是可以测量的。

如果在系统内部无法测得物体的速度，但是加速度是可以测量的。

如果在初速度已知的情况下，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计初速度已知的情况下，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。

所以这是一种采用惯性原理的加速度传感器。

算出直线位移。

所以这是一种采用惯性原理的加速度传感器。

3.13.1倾角采集模块设计倾角采集模块设计图图3.2MEMS3.2MEMS加速度测量原理示意图加速度测量原理示意图3.系统硬件电路设计系统硬件电路设计3.1.1MENS3.1.1MENS倾角传感器工作原理倾角传感器工作原理当加速度作用于传感器时，中央动极板随弹性梁移动，从而使当加速度作用于传感器时，中央动极板随弹性梁移动，从而使Cn1Cn1、Cn2Cn2电容值产生变化，因此，中央极板的电压幅值能够反应加电容值产生变化，因此，中央极板的电压幅值能够反应加速度的大小和方向。

而基于速度的大小和方向。

而基于MEMSMEMS加速度测量的倾角传感器，则是通加速度测量的倾角传感器，则是通过测量惯性块的重力加速度在各轴方向的分量，通过三角函数来计过测量惯性块的重力加速度在各轴方向的分量，通过三角函数来计算倾角。

算倾角。

图图3.2MEMS3.2MEMS加速度测量原理示意图加速度测量原理示意图3.系统硬件电路设计系统硬件电路设计3.1.23.1.2塔杆倾角值的测定塔杆倾角值的测定SCAl00TSCAl00T的倾角测量方向分别为的倾角测量方向分别为XX轴方向和轴方向和YY轴方向。

安装时轴方向。

安装时XX轴方轴方向与导线径向方向重合，向与导线径向方向重合，YY轴方向与导线轴向方向重合。

轴方向与导线轴向方向重合。

图图3.3SCAl00T3.3SCAl00T角度测量示意图角度测量示意图3.系统硬件电路设计系统硬件电路设计3.1.33.1.3塔杆倾角值的计算塔杆倾角值的计算模拟电压输出可以通过下面公式被转换成角度：

模拟电压输出可以通过下面公式被转换成角度：

式中：

式中：

OffsetOffset为倾斜度为为倾斜度为00度时设备的输出值，度时设备的输出值，SensititivitySensititivity是是设备的输出灵敏度，对于设备的输出灵敏度，对于SCA100T-D01SCA100T-D01为为70mV/c70mV/c，SCA100T-D02SCA100T-D02为为35mV/c35mV/c，VDoutVDout是是SCA100TSCA100T的测量输出。

的测量输出。

3.系统硬件电路设计系统硬件电路设计3.1.33.1.3塔杆倾角值的计算塔杆倾角值的计算数字输出至角度转换：

数字输出至角度转换：

加速度测量数据用加速度测量数据用1111位数字字节格式保存在位数字字节格式保存在RDAXRDAX和和RDAYRDAY寄寄存器中，数据范围为存器中，数据范围为0204702047在在00（水平放置）（水平放置）时其额定的输出为时其额定的输出为（100000000100000000）二进制，即二进制，即10241024。

不同测量数字转换为角度可用如下。

不同测量数字转换为角度可用如下公式表示：

公式表示：

式中：

式中：

DoutDout为数据输出（为数据输出（RDAXRDAX或或RDAYRDAY）Dout0Dout0时输出值，一时输出值，一般为般为10241024，测量角度值测量角度值SensSens设备灵敏度（设备灵敏度（SCA100T-D01:

1638,SCA100T-D01:

1638,SCA100T-D02:

819SCA100T-D02:

819）3.系统硬件电路设计系统硬件电路设计图图3.43.4监测基站的硬件结构图监测基站的硬件结构图3.23.2监测基站硬件设计监测基站硬件设计监测基站安装于塔杆上，主要由控制器、基站监测基站安装于塔杆上，主要由控制器、基站GSMGSM通信模块、串行接口扩展电路、通信模块、串行接口扩展电路、RS.232RS.232接口和无线通接口和无线通信模块。

主要完成数据通信、控制和存储的功能。

信模块。

主要完成数据通信、控制和存储的功能。

3.系统硬件电路设计系统硬件电路设计图图3.3.55辅助功能的硬件结构图辅助功能的硬件结构图3.33.3辅助功能装置辅助功能装置辅助功能的功能包括：

视频摄像装置、视频在线监测装辅助功能的功能包括：

视频摄像装置、视频在线监测装置和报警装置等。

整个装置由用于视频录像的高速球置和报警装置等。

整个装置由用于视频录像的高速球11、用、用于目标侦查的高速球于目标侦查的高速球22、用于储存录像以及报警功能的、用于储存录像以及报警功能的DVRDVR（数字硬盘录像机）和云台构成。

（数字硬盘录像机）和云台构成。

4.系统软件设计系统软件设计图图4.14.1高压塔杆在线监测系统主程序图高压塔杆在线监测系统主程序图4.系统软件设计系统软件设计4.1倾角采集控制程序角采集控制程序设计当基站向传感器发出采集数据的当基站向传感器发出采集数据的指令时，开始倾角采集工作，选择对指令时，开始倾角采集工作，选择对应的传感器通道，并让传感器上电初应的传感器通道，并让传感器上电初始化，准备进入工作方式。

对应的传始化，准备进入工作方式。

对应的传感器通道打开，倾角传感器完成数据感器通道打开，倾角传感器完成数据采集后通过采集后通过ZigBeeZigBee向基站传送所采集向基站传送所采集的数据，完成数据的采集工作。

传感的数据，完成数据的采集工作。

传感器断电，进入等待模式。

器断电，进入等待模式。

图图4.24.2倾角传感器采集数据流程倾角传感器采集数据流程图图4.系统软件设计系统软件设计图图4.3SPI4.3SPI通信时序图通信时序图4.1.2倾角角传感器通信感器通信协议本系统采用本系统采用SCAl00TSCAl00T传感