基于物联网电力通讯线缆的覆冰智能感知与预警方法

摘要

本发明公开了一种基于物联网电力通讯线缆的覆冰智能感知与预警方法，涉及输电线路在线监测技术领域。本发明包括中央主杆塔上搭建监测主分机；中央主杆塔两侧的副塔上搭建监测分机；监测主分机上的摄像机采集两侧输电线路图像进行压缩处理；监测主分机和监测分机上的传感器采集数据进行预处理；将预处理后的数据连同输电线图像通过GPRS上传至监控中心；监控中心将上传的数据输入至覆冰计算模型中，计算得出覆冰数据。本发明通过搭建监测主机和双监测辅机，利用多种传感监测与图像监测技术结合，将采集的数据输入覆冰计算模型得到导线覆冰厚度，避免因覆冰太重损坏输电线路，导致电网瘫痪造成的经济损失。

说明书

技术领域

本发明属于输电线路在线监测技术领域，特别是涉及一种基于物联网电力通讯线缆的覆冰智能感知与预警方法。

背景技术

在雨雪天气，输电线路的张力变大，当遇到大雪天气时，架设在野外的输电线路极容易积雪或者覆冰，从而导致线路张力进一步加大，如果不及时清除压覆的积雪，积雪冻结后再积雪，就很容易导致线路被压断等事故，造成大面积停电现象，给社会生产和生活带来极大不便，同时也造成了巨大的经济损失；因此需要实时监测输电线路的覆冰雪的情况，目前大多是通过人工巡视监控，对于复杂地形无法实现全天候的监测，因此急需一种可以全天候、全体形监测输电线路覆冰雪情况的装置或系统通过输电线路在线监测系统，工作人员能够及时了解输电线路的现场状况，以便在输电线路上覆冰过厚时，及时采取除冰措施，防止电网大面积瘫痪对国民经济造成重大损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物联网电力通讯线缆的覆冰智能感知与预警方法，通过搭建监测主机和双监测辅机，利用多种传感监测与图像监测技术结合，将采集的数据输入覆冰计算模型得到导线覆冰厚度，解决了现有的输电线路冬天覆冰过厚导致电网瘫痪的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于物联网电力通讯线缆的覆冰智能感知与预警方法，所述线缆的覆冰智能感知与预警方法应用于线缆覆冰监控预警系统；所述方法包括如下步骤：

步骤S1：中央主杆塔上搭建监测主分机；

步骤S2：中央主杆塔两侧的副塔上搭建监测分机；

步骤S3：监测主分机上的摄像机采集两侧输电线路图像进行压缩处理；

步骤S4：监测主分机和监测分机上的传感器采集数据进行预处理；

步骤S5：将预处理后的数据连同输电线图像通过GPRS上传至监控中心；

步骤S6：监控中心将上传的数据输入至覆冰计算模型中，计算得出覆冰数据；

步骤S7：当覆冰数据超出预设的阀值，则进行预警。

优选地，所述线缆覆冰监控预警系统包括监控中心、传感器单元、监测主分机、监测分机和图像监测单元；所述监控中心为监控中心主机；所述监控中心主机，用于根据上传的数据计算出导线的覆冰情况，并及时给出冰后预警信息；所述监测分主机安装在中央主杆塔上，用于完成对现场图像、微气象、中央主杆塔导线覆冰载荷、绝缘子串倾角的监测，并对数据进行处理；所述监测分机安装在中央主杆两侧塔杆上，用于对两侧塔杆导线覆冰载荷、绝缘子串倾角、温度进行监测，并通过ZigBee网络将监测信息传输至监测分主机；所述传感器单元，用于通过RS485通信线与监测分机连接。

优选地，所述监测主分机包括MCU主控单元、无线通信单元、数据存储模块、电源模块、传感器监测单元和图像监测单元；所述无线通信单元包括GPRS通信模块和ZigBee通信模块；所述图像监测单元为摄像机；所述摄像机通过图像压缩模块与MCU主控单元连接；所述图像压缩模块对摄像机采集的覆冰现场图像进行压缩处理，通过RS485实时传输至监测主分机；所述MCU主控单元用于接收数据并进行计算，并将有效数值存储与数据存储模块，再通过GPRS通信模块将监控信息传输至监控中心。

优选地，所述传感器监测单元包括拉力传感器、倾角传感器、温湿度传感器、风速风向传感器、气压传感器和雨量传感器；所述拉力传感器、倾角传感器、温湿度传感器、风速风向传感器、气压传感器和雨量传感器均通过信号处理模块与MCU主控单元连接；所述信号处理模块用于对传感器采集的数据依次进行放大、滤波和A/D转换处理后，通过RS485传输到MCU主控单元。

优选地，所述监测分机包括主控电源、电源模块、ZigBee通信模块、导线温度监测单元、倾角传感器和拉力传感器；所述导线温度监测单元用于对导线温度进行监测；所述导线温度监测单元包括MCU模型、电源模块、导线温度传感器；所述导线温度监测单元采集导线温度通过ZigBee通信模块发送给监测分机，由监测分机对数据进行处理，并根据预先设定的时间，将处理后的数据通过ZigBee通信模块发送给检测主机。

优选地，所述步骤S3中，摄像机采集两侧输电线路图像包括未覆冰的输电线路图像和覆冰的输电线路图像；所述输电线路图像进行压缩处理后，上传至监控中心。

优选地，所述步骤S5中，监控中心对压缩后的输电线路图像进行预处理；所述预处理包括对未覆冰的输电线路图像预处理和对覆冰的输电线路图像预处理；

所述未覆冰的输电线路图像预处理包括灰度处理得到未覆冰的灰度图像和滤波处理得到未覆冰的滤波图像；

所述覆冰的输电线路图像预处理包括灰度处理得到覆冰的灰度图像和滤波处理得到覆冰的滤波图像。

优选地，所述步骤S6中，设中央主杆塔柱为A，两侧副塔分别为B和C，由中央主杆塔柱绝缘子串竖直方向的拉力T

得到冰、风综合载荷集度q：

优选地，所述步骤S8中，覆冰计算模型为：

设覆冰形成为均匀圆柱，则等效覆冰厚度为：

式中，r

本发明具有以下有益效果：

本发明通过搭建监测主机和双监测辅机，利用多种传感监测与图像监测技术结合，将采集的数据输入覆冰计算模型得到导线覆冰厚度，覆冰厚度达到警戒值时，及时发出警报通知工作人员前去清理，避免因覆冰太重损坏输电线路，导致电网瘫痪造成的经济损失。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种基于物联网电力通讯线缆的覆冰智能感知与预警方法步骤图；

图2为线缆覆冰监控预警系统结构示意图；

图3为监测主分机结构示意图；

图4为监测分机结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2所示，本发明为一种基于物联网电力通讯线缆的覆冰智能感知与预警方法，线缆的覆冰智能感知与预警方法应用于线缆覆冰监控预警系统；方法包括如下步骤：

步骤S1：中央主杆塔上搭建监测主分机；

步骤S2：中央主杆塔两侧的副塔上搭建监测分机；

步骤S3：监测主分机上的摄像机采集两侧输电线路图像进行压缩处理；

步骤S4：监测主分机和监测分机上的传感器采集数据进行预处理；

步骤S5：将预处理后的数据连同输电线图像通过GPRS上传至监控中心；

步骤S6：监控中心将上传的数据输入至覆冰计算模型中，计算得出覆冰数据；

步骤S7：当覆冰数据超出预设的阀值，则进行预警。

其中，线缆覆冰监控预警系统包括监控中心、传感器单元、监测主分机、监测分机和图像监测单元；监控中心为监控中心主机；监控中心主机，用于根据上传的数据计算出导线的覆冰情况，并及时给出冰后预警信息；监测分主机安装在中央主杆塔上，用于完成对现场图像、微气象、中央主杆塔导线覆冰载荷、绝缘子串倾角的监测，并对数据进行处理；监测分机安装在中央主杆两侧塔杆上，用于对两侧塔杆导线覆冰载荷、绝缘子串倾角、温度进行监测，并通过ZigBee网络将监测信息传输至监测分主机；传感器单元，用于通过RS485通信线与监测分机连接。

其中，步骤S3中，摄像机采集两侧输电线路图像包括未覆冰的输电线路图像和覆冰的输电线路图像；输电线路图像进行压缩处理后，上传至监控中心。

其中，步骤S5中，监控中心对压缩后的输电线路图像进行预处理；预处理包括对未覆冰的输电线路图像预处理和对覆冰的输电线路图像预处理；

未覆冰的输电线路图像预处理包括灰度处理得到未覆冰的灰度图像和滤波处理得到未覆冰的滤波图像；

覆冰的输电线路图像预处理包括灰度处理得到覆冰的灰度图像和滤波处理得到覆冰的滤波图像。

其中，步骤S6中，设中央主杆塔柱为A，两侧副塔分别为B和C，由中央主杆塔柱绝缘子串竖直方向的拉力T

得到冰、风综合载荷集度q：

其中，步骤S8中，覆冰计算模型为：

设覆冰形成为均匀圆柱，则等效覆冰厚度为：

式中，r

当覆冰厚度超过预设的阀值，则通知工作人员前往该覆冰的导线路段，进行覆冰的铲除，避免覆冰压断输电线路。

请参阅图3所示，监测主分机包括MCU主控单元、无线通信单元、数据存储模块、电源模块、传感器监测单元和图像监测单元；无线通信单元包括GPRS通信模块和ZigBee通信模块；图像监测单元为摄像机；摄像机通过图像压缩模块与MCU主控单元连接；图像压缩模块对摄像机采集的覆冰现场图像进行压缩处理，通过RS485实时传输至监测主分机；MCU主控单元用于接收数据并进行计算，并将有效数值存储与数据存储模块，再通过GPRS通信模块将监控信息传输至监控中心。

其中，传感器监测单元包括拉力传感器、倾角传感器、温湿度传感器、风速风向传感器、气压传感器和雨量传感器；拉力传感器、倾角传感器、温湿度传感器、风速风向传感器、气压传感器和雨量传感器均通过信号处理模块与MCU主控单元连接；信号处理模块用于对传感器采集的数据依次进行放大、滤波和A/D转换处理后，通过RS485传输到MCU主控单元。

请参阅图4所示，监测分机包括主控电源、电源模块、ZigBee通信模块、导线温度监测单元、倾角传感器和拉力传感器；导线温度监测单元用于对导线温度进行监测；导线温度监测单元包括MCU模型、电源模块、导线温度传感器；导线温度监测单元采集导线温度通过ZigBee通信模块发送给监测分机，由监测分机对数据进行处理，并根据预先设定的时间，将处理后的数据通过ZigBee通信模块发送给检测主机。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。