基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置及其系统的制作方法

1.本实用新型涉及电力电缆监测技术领域，尤其涉及一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置及其系统。


背景技术：

2.架空输电线路在运行过程中会因自然条件的作用而发生多种灾害事故，舞动就是其中危害较为严重的一种，轻者会发生闪络、跳闸，重者发生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，杆塔螺栓松动、脱落，甚至倒塔，导致重大电网事故。舞动是指导线在一定自然条件下，覆冰形成非对称圆截面，在风的作用下产生一种低频、大振幅的自激振动，舞动在振动形态上表现为在一个档距内只有一个或少数几个半波。输电线路舞动的发生通常取决于三方面的要素：导线不均匀覆冰、风激励和线路结构参数。
3.目前针对架空输电线路的舞动情况，常规的检测方法是通过摄像监控和加速度信号无线传输到上位机，再用上位机软件分析的方法。摄像监控方法因在低温情况时镜头会附有一层冰，很难正常监控，而且监控区域比较小，只能通过监控区域推测总体情况。而加速度信号的无线传输由于需要传输的数据量太大，传输负载重，信号分析不及时等缺点也不能很好的实时监控输电线路舞动情况。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置及其系统。
5.本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
6.本实用新型的一个方面是提供了一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置，该在线监测装置包括：
7.壳体，所述壳体为圆筒形半开合结构，其中部沿其轴向开设有用于穿设输电线缆的线缆槽道；
8.感应线圈，所述感应线圈套设于所述线缆槽道外侧，用于从所述输电线缆上感应交流电压；
9.电源主板，所述电源主板设置于所述壳体的下部，且与所述感应线圈连接，用于将所述感应线圈感应的交流电压转化输出为稳定可靠的直流电压；
10.超级电容，所述超级电容至少为一个，且于所述电源主板连接，用于存储于所述电源主板转换后的直流电压；和
11.北斗定位器，所述北斗定位器位于所述壳体的上部且与所述超级电容连接以获取电能，用于获取所北斗定位器的位置信息。
12.进一步地，在所述的线缆舞动在线监测装置上，所述壳体包括：
13.第一壳体，所述第一壳体为一侧开口的圆筒形半开合结构，其中部沿其轴向设有所述线缆槽道，上部设置有所述北斗定位器，下部设置有所述电源主板和超级电容；
14.第二壳体，所述第二壳体为另一侧开口的圆筒形半开合结构，其中部沿其轴向设有所述线缆槽道，所述线缆槽道的外周设置有所述感应线圈，且于所述第一壳体卡扣连接。
15.进一步优选地，在所述的线缆舞动在线监测装置上，所述第一壳体和所述第二壳体的横截面为顶部和底部平齐的四边形、六边形或其他规则或不规则形状。
16.进一步优选地，在所述的线缆舞动在线监测装置上，所述壳体还包括：
17.弹性固定件，所述弹性固定件设置于所述第一壳体和/或所述第二壳体一侧的开合处。
18.进一步优选地，在所述的线缆舞动在线监测装置上，所述监测装置还包括：
19.防滑垫，所述防滑垫至少为一个，沿所述线缆槽道的长度方向或周向布置。
20.进一步优选地，在所述的线缆舞动在线监测装置上，所述监测装置还包括：
21.温度传感器，所述温度传感器设置于所述线缆槽道内侧壁，用检测所述输电线缆的温度信息；
22.湿度传感器，所述湿度传感器使用所述线缆槽道上，用检测所述线缆槽道内的湿度信息；
23.压力传感器，所述压力传感器设置于所述线缆槽道内侧壁，用检测所述线缆槽道与所述输电线缆之间的压力信息；和
24.线路电流监测传感器，所述线路电流监测传感器设置于所述线缆槽道内侧壁，用检测所述输电线缆的电流信息。
25.进一步地，在所述的线缆舞动在线监测装置上，所述北斗定位器采用高精度北斗rtk通信主控板，所述高精度北斗rtk通信主控板采用xt906b高精度定位模块或zed
‑
f9p模块。
26.本实用新型的另一个方面上提供一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测系统，包括：
27.至少一个如上述所述的在线监测装置，所述在线监测装置分布于所述输电线缆上；
28.通信单元，所述通信单元分别与各所述在线监测装置的北斗定位器无线连接，用于接收所述北斗定位器的位置信息；
29.监控中心，所述监控中心与所述通信单元连接，用于接收所述北斗定位器的位置信息。
30.进一步地，在所述的基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测系统中：
31.所述北斗定位器包括北斗接收天线、北斗发射天线和1.8g天线；
32.所述通信单元包括北斗高清度定位模块和1.8g通信模块；
33.其中；北斗接收天线、北斗发射天线分别与所述北斗高清度定位模块无线连接；所述1.8g天线与1.8g通信模块无线连接进一步地，在所述的基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测系统中：
34.所述北斗定位器包括北斗接收天线、北斗发射天线和北斗/gps天线；
35.所述通信单元包括北斗rdss模块和北斗/gps模块；
36.其中；北斗接收天线、北斗发射天线分别与所述北斗rdss模块无线连接；所述北斗/gps天线与北斗/gps模块无线连接。
37.本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
38.本实用新型提供的基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置及其系统，结合北斗的高精度定位功能，通过北斗卫星和地面增强站，来实现高精度的位置定位，以电力无线专网/4g公网或北斗卫星短报文作为回传链路，将输电线路的舞动、风偏、位移、温度等信息实时的传输到监控中心，监控中心通过分析处理实现输电导线舞动风偏及温度状态的直观展示和统计分析，以便于实现工作人员实时监控整个输电线路的运行状况；此外，该在线监测装置利用电磁感应原理，通过感应线圈从输电线缆上感应交流电压获得稳定可靠的直流电源，实现隔离式供电；且其结构设计简单、新颖，安装稳定可靠，移动性强，使用灵活方便。
附图说明
39.图1为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置的主视结构示意图；
40.图2为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置的左视结构示意图；
41.图3为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置的右视结构示意图；
42.图4为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置的立体结构示意图；
43.图5为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置的打开状态结构示意图；
44.图6为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置中感应线圈取能电源的原理框架示意图；
45.图7为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测系统基于电力无线专网/4g公网通信的结构示意图；
46.图8为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测系统基于电力无线专网/4g公网通信的原理框架示意图；
47.图9为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测系统基于北斗卫星短报文通信的结构示意图；
48.图10为本实用新型一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测系统基于北斗卫星短报文通信的原理框架示意图。
49.附图标记：10
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在线监测装置，11
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线缆槽道，12
‑
第一壳体，13
‑
第二壳体，14
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弹性固定件，15
‑
感应线圈，16
‑
电源主板，17
‑
超级电容，18
‑
北斗定位器，19
‑
防滑垫，20
‑
输电线缆；30
‑
通信单元；40
‑
监控中心。
具体实施方式
50.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
51.基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
52.实施例1
53.如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例提供了一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测装置，该在线监测装置10主要包括壳体和设置于壳体内的感应线圈15、电源主板16、超级电容17和北斗定位器18。该在线监测装置10主要通过北斗定位器18结合无线通信单元30，实现北斗技术和电力无线专网技术在导线测温、舞动及风偏等方面的突破性应用。并采用该在线监测装置10通过定位数据和测温数据回传，协助建立基于北斗的导线舞动、风偏仿真在线监测系统。
54.作为本实施例的一个技术方案，如图1、图2、图3、图4和图5所示，所述壳体为圆筒形半开合结构，其中部沿其轴向开设有用于穿设输电线缆20的线缆槽道11；所述壳体包括第一壳体12和第二壳体13。所述第一壳体12为一侧开口的圆筒形半开合结构，其中部沿其轴向设有所述线缆槽道11，上部设置有所述北斗定位器18，下部设置有所述电源主板16和超级电容17；所述第二壳体13也同样为另一侧开口的圆筒形半开合结构，其中部沿其轴向设有所述线缆槽道11，所述线缆槽道11的外周设置有所述感应线圈15，且于所述第一壳体12卡扣连接。
55.作为本实施例的一个技术方案，如图1、图2、图3、图4和图5所示，在线监测装置横向装设在输电线缆20之后，考虑到线缆上可能存在风阻，将该壳体的顶部和底部适当的削平，而中部保持弧度不变。如所述第一壳体12和所述第二壳体13的横截面为顶部和底部平齐的四边形、六边形或其他规则或不规则形状。且第一壳体12的长度远大于第二壳体13大长度，第一壳体12内用于装设电源主板16、超级电容17和北斗定位器18；而第二壳体13主要用于装载感应线圈15。顶部用来放置北斗定位器18的北斗天线和主板，底部分为2个区域，一侧放置电源主板16，另一侧设计隔离舱放置2个超级电容17。
56.作为本实施例的一个技术方案，如图1、图2、图3、图4和图5所示，所述壳体还包括弹性固定件14，弹性固定件14采用弹性卡簧，所述弹性固定件14设置于所述第一壳体12和/或所述第二壳体13一侧的开合处，便于适配不同线径的线缆，保证该在线监测装置连接紧固在输电线缆20上不松动。此外，在该在线监测装置的散热方面，使用大面积散热膜贴合核心模块和外壳，通过外壳传导来散热。
57.作为本实施例的一个技术方案，如图2、图3和图5所示，所述监测装置10还包括防滑垫19，所述防滑垫19至少为一个，沿所述线缆槽道11的长度方向或周向布置。作为一个具体实施方式，防滑垫19有若干个为长条形，沿线缆槽道11的周向间隔布置，用于防止装设在输电线缆20上发生滑动。作为另一个实施方式，防滑垫19若干个为半环形，分别沿所述线缆槽道11的长度方向间隔布置在上下槽道内，用于对输电线缆20进行固定。
58.作为本实施例的一个技术方案，如图3、图5和图6所示，所述感应线圈15套设于所述线缆槽道11外侧，用于从所述输电线缆20上感应交流电压。实现ct（感应取能供电）取电，配合超级电容实现连续工作，产品工作电流覆盖20a
‑
600a，瞬时电流满足1000a的冲击。ct取能（感应取能供电）方式是利用感应线圈15的电磁感应原理，通过取能线圈感应线圈15从高压母线或线路上感应交流电压，然后经过整流、滤波、稳压后输出稳定可靠的直流，实现隔离式供电，为高压侧传感器供电。
59.在本实施例中，如图6所示，电源ct从一次电流感应出交流电压并经过全波整流及滤波后，将得到的宽范围直流电压，通过一个 dc—dc 模块处理后得到一个高质量的 5 v 直流电压。这里要求 dc—dc 模块具有宽输入范围，使电源可以工作的一次母线电流范围更大（同时兼营较小的启动电流和较大短路电流）。为此，选用一种微功耗、高耐压、降压型 dc— dc 转换器件，其最大输出电流可达 200ma。器件采用模块化设计，省去了许多外部元件，既简化了电源设计又可获得较高性能。该器件内部包括过流、 短路保护功能等；内部集成 ldo 电路使输出电压更稳定，简化了外部电路设计。
60.目前现有电力系统高压输电线路在线监测系统很多采用 gsm/ gprs 数据传输方式，gsm/ gprs模块在数据收发瞬间大功率，电流会高达几百毫安，而待机情况下工作电流仅为10～20ma 。现有的采用ct取能方式在小电流情况下电源输出功率很小，不足以为数据收发传输时提供足够的大功率电能。本实施例通过在电源主板16的电路设计中加入了超级电容器（具有充电时间短，释放能量速度快、循环寿命长、对环境无污染等特点），解决了瞬间大功率供电这个难点。
61.作为本实施例的一个技术方案，如图2所示，所述电源主板16设置于所述壳体的下部，且与所述感应线圈15连接，用于将所述感应线圈15感应的交流电压转化输出为稳定可靠的直流电压；
62.作为本实施例的一个技术方案，如图2所示，所述超级电容17至少为一个，且于所述电源主板16连接，用于存储于所述电源主板16转换后的直流电压。
63.作为本实施例的一个技术方案，如图2所示，所述北斗定位器18位于所述壳体的上部且与所述超级电容17连接以获取电能，用于获取所北斗定位器18的位置信息。北斗定位器18的主板包含天线最大尺寸，尽量不要超过10cm*7cm，其中天线为7cm*7cm，天线务必正面超天摆放。
64.作为本实施例的另一个技术方案，所述监测装置10还包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、线路电流监测传感器中的一个或多个。温度传感器、湿度传感器、压力传感器、线路电流监测传感器分别通过通信单元30与监控中心40无线连接，用于将检测的温度、湿度、压力及电缆电流信息发送至监控中心40进行数据的分析处理。温度传感器可采用无线测温外接热敏电阻，测温范围
‑
25
‑
125
°
，精度1
°
。
65.所述温度传感器设置于所述线缆槽道11内侧壁，用检测所述输电线缆20的温度信息；所述湿度传感器使用所述线缆槽道11上，用检测所述线缆槽道11内的湿度信息；所述压力传感器设置于所述线缆槽道11内侧壁，用检测所述线缆槽道11与所述输电线缆20之间的压力信息；所述线路电流监测传感器设置于所述线缆槽道11内侧壁，用检测所述输电线缆20的电流信息。且采用导线ct取电的方式向各传感器进行自供电，结合北斗定位和短报文功能结合，在无电、无网、无现场运维的状态下，实现导线过载预警及动态增容管理分析。
66.作为本实施例的一个技术方案，所述北斗定位器18采用高精度北斗rtk通信主控板，所述高精度北斗rtk通信主控板采用xt906b高精度定位模块或zed
‑
f9p模块，两个模块pin 2 pin兼容，其中zed
‑
f9p模块功耗仅是906b模块的1/3，搜星定位时间大约节省10秒时间。
67.实施例2
68.如图7和图8所示，本实施例提供一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测
系统，包括至少一个如实施例1所述的在线监测装置10、通信单元30和监控中心40。所述在线监测装置10为多个，分布于所述输电线缆20上；所述通信单元30采用电力无线专网/4g公网通信，分别与各所述在线监测装置10的北斗定位器18无线连接，用于接收所述北斗定位器18的位置信息；所述监控中心40与所述通信单元30连接，用于接收所述北斗定位器18的位置信息，所述监控中心40采用ram处理器。
69.在本实施例中，如图7和图8所示，在线监测装置10中所采用的所述北斗定位器18包括北斗接收天线、北斗发射天线和1.8g天线；所述通信单元30包括北斗高清度定位模块和1.8g通信模块；其中；北斗接收天线、北斗发射天线分别与所述北斗高清度定位模块无线连接；所述1.8g天线与1.8g通信模块无线连接；所述北斗高清度定位模块和1.8g通信模块分别与监控中心40连接。采用基于北斗和1.8g电力无线专网/4g公网通信的线缆舞动在线监测系统，定位精度为厘米级，数据更新速率为10hz，能够满足导线舞动及风偏测量精度和实时性要求。
70.本实施例结合北斗的高精度定位功能，通过北斗卫星和4g/5g地面增强站，来实现高精度的位置定位，以电力无线专网/4g公网作为回传链路，将输电线路的舞动、风偏、位移、温度等信息实时的传输到后台，后台通过算法处理展示，实现输电导线舞动风偏及温度状态的直观展示和统计分析，以便于实现工作人员实时监控整个输电线路的运行状况。
71.所述北斗定位器18采用高精度北斗rtk通信主控板，高精度北斗rtk通信主控板以高精度gnss作为传感器，基于差分定位rtk技术获得动态高精度厘米级的实时位置信息。同时辅助以实时记录的高精度gnss测量数据，通过后处理算法获得更高精度的处理数据。
72.实施例3
73.如图9和图10所示，本实施例提供一种基于北斗卫星定位系统的线缆舞动在线监测系统，包括至少一个如实施例1所述的在线监测装置10、通信单元30和监控中心40，所述通信单元30采用北斗卫星短报文通信。所述在线监测装置10为多个，分布于所述输电线缆20上；所述通信单元30分别与各所述在线监测装置10的北斗定位器18无线连接，用于接收所述北斗定位器18的位置信息；所述监控中心40与所述通信单元30连接，用于接收所述北斗定位器18的位置信息，所述监控中心40采用ram处理器。该线缆舞动在线监测系统以北斗卫星作为通信传输媒介将输电线路监测信息安全传输到北斗卫星，由北斗卫星转发到主站，以实现工作人员实时监控整个输电线路的运行状况。
74.在本实施例中，如图9和图10所示，所述北斗定位器18包括北斗接收天线、北斗发射天线和北斗/gps天线；所述通信单元30包括北斗rdss模块和北斗/gps模块；其中；北斗接收天线、北斗发射天线分别与所述北斗rdss模块无线连接；所述北斗/gps天线与北斗/gps模块无线连接；所述北斗rdss模块和北斗/gps模块分别与监控中心40连接。
75.在本实施例中，如图9和图10所示，基于北斗卫星短报文通信的线缆舞动在线监测系统，数据通过北斗短报文上传到北斗卫星，北斗卫星作为输电现场和主站通信的中转站，收集并处理数据，通过卫星上的转发器将数据发送到北斗地面站。北斗地面站负责接收现场信息、传送主站命令和定位;数据通过前置服务器、安全接入平台后接入到电力综合数据网，将数据存储并投射到监控屏幕上，以便于工作人员在监控中心监测输电线路。
76.该基于北斗卫星短报文通信的线缆舞动在线监测系统的适用场景主要包括：在没有公网信号覆盖的高山、戈壁、无人区等偏远地区，输电线路运行所处的自然条件较为恶
劣，监测点较为分散，可采用北斗微型短报文通信方式；以及在北斗卫星通信方式适用于低速率的数据传输，即只适用于传感器类监测装置的数据通信，不支持视频监测装置的数据传输。
77.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
78.其次，本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；
79.最后，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，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。