輸電線路舞動軌跡多維度監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明型涉及輸電線路在線監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種輸電線路舞動軌跡多維度監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)線舞動是指非圓截面導(dǎo)線在風載荷作用下產(chǎn)生的一種低頻、大振幅的自激振動。當風速達到5-25m/s時，導(dǎo)線最易發(fā)生舞動。導(dǎo)線舞動可產(chǎn)生多種危害，例如跳閘、導(dǎo)線電弧燒傷、金具損壞、導(dǎo)線斷股、斷線、輸電桿倒塌等，是威脅輸電線路安全運行的重要因素。
[0003]導(dǎo)線舞動與導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)參數(shù)、風激勵等條件具有重要關(guān)系，由于導(dǎo)線所處的地形環(huán)境、氣候不同，導(dǎo)線舞動狀態(tài)和舞動軌跡具有很大的隨機性，所以對輸電線路舞動軌跡的測量就變的十分困難。
[0004]現(xiàn)有的導(dǎo)線舞動軌跡測量裝置主要有基于圖像處理技術(shù)的監(jiān)測裝置和基于加速度傳感器的監(jiān)測裝置兩種，其中，基于圖像處理技術(shù)的監(jiān)測裝置主要是通過攝像頭采集導(dǎo)線舞動畫面，通過圖像處理技術(shù)處理圖像數(shù)據(jù)，從而得出導(dǎo)線舞動特征參數(shù)，此種檢測方法只能對舞動進行定性檢測，不能準確得出導(dǎo)線的舞動軌跡；而基于加速度傳感器的檢測裝置一般是將加速度傳感器固定在導(dǎo)線表面，用加速度傳感器測量導(dǎo)線舞動時的加速度變化，從而計算出導(dǎo)線的移動距離，但是加速度傳感器直接安裝在導(dǎo)線上，容易受到電磁波的干擾，且當導(dǎo)線發(fā)生扭轉(zhuǎn)而不是舞動時，加速度傳感器仍有結(jié)果輸出，這就導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種輸電線路舞動軌跡多維度檢測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，能夠?qū)崟r準確監(jiān)測輸電線路的三維舞動軌跡。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
輸電線路舞動軌跡多維度監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個無線慣性測量單元、桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元及監(jiān)測單元，所述多個無線慣性測量單元分別設(shè)置在導(dǎo)線的各個監(jiān)測節(jié)點上，桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元設(shè)置在桿塔上，監(jiān)測單元設(shè)置在監(jiān)控站，所述多個無線慣性測量單元和桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元之間通過無線信號相連，桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元與監(jiān)測單元之間通過以太網(wǎng)相連。
[0007]所述無線慣性測量單元包括慣性測量單元、第一 Zigbee無線模塊和第一電源模塊，所述慣性測量單元與第一 Zigbee無線模塊之間為雙向通信，第一 Zigbee無線模塊采用F8913 Zigbee模塊，第一電源模塊采用太陽能電池板與蓄電池共同供電。
[0008]所述無線慣性測量單元還包括電源控制電路和第一電源管理模塊。
[0009]輸電線路舞動軌跡多維度監(jiān)測系統(tǒng)，所述桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元包括風速儀、第二Zigbee無線模塊、中央處理模塊、以太網(wǎng)通信模塊及第二電源，所述風速儀的輸出端連接中央處理模塊的輸入端，中央處理模塊的輸出端分別連接第二 Zigbee無線模塊和以太網(wǎng)模塊，第二 Zigbee無線模塊與中央處理模塊之間為雙向通信，第二 Zigbee無線模塊采用F8913 Zigbee模塊，第二電源模塊采用太陽能電池板與蓄電池共同供電。
[0010]輸電線路舞動軌跡多維度監(jiān)測系統(tǒng)，所述桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元還包括第二電源管理模塊。
[0011]輸電線路舞動軌跡多維度監(jiān)測方法，依次包括以下步驟:
(1)第一Zigbee無線模塊開始尋址，與第二 Zigbee無線模塊組成星形拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
(2)當安裝在桿塔上的風速儀檢測到風速達到導(dǎo)線舞動臨界風速時，桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令，通過第二 Zigbee無線模塊向無線慣性測量單元發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令；
(3)慣性測量單元開始采集導(dǎo)線舞動狀態(tài)信息；
(4)慣性測量單元將采集到的導(dǎo)線舞動狀態(tài)信息通過第一Zigbee無線模塊發(fā)送到桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元；
(5)桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元中的微型計算機對接收到的信息按節(jié)點進行分類、編號、存儲，并將處理后的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)通信模塊發(fā)送到監(jiān)測單元；
(6)監(jiān)測單元對接收到的數(shù)據(jù)按節(jié)點進行存儲和計算，得出導(dǎo)線舞動特征值，顯示在上位機上；
(7)重復(fù)步驟(2)至步驟(5)；
(8)當計算得到的導(dǎo)線舞動特征值達到舞動結(jié)束臨界值時，監(jiān)測單元通過桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元向無線慣性測量單元發(fā)出停止采集命令，慣性測量單元停止采集工作；
(9)當風速再次達到舞動臨界值時，重復(fù)步驟(2)至步驟(8)。
[0012]第一 Zigbee無線模塊與第二 Zigbee無線模塊組網(wǎng)成功后，第一 Zigbee無線模塊進入休眠狀態(tài)，當安裝在桿塔上的風速儀檢測到風速達到導(dǎo)線舞動臨界風速時，桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令，第二 Zigbee無線模塊向無線慣性測量單元發(fā)送采集數(shù)據(jù)命令，第一 Zigbee無線模塊觸發(fā)，開始工作；監(jiān)測單元發(fā)出“停止采集”命令后，慣性測量單元停止采集工作，同時電源控制電路控制電源給慣性測量單元供電；第一 Zigbee無線模塊進入休眠狀態(tài)，同時電源控制電路斷開慣性測量單元的電源。
[0013]本發(fā)明通過慣性測量單元來測量導(dǎo)線各個監(jiān)測節(jié)點處的運動狀態(tài)信息，并在監(jiān)測中心將測量到的運動狀態(tài)信息進行分析計算和儲存，能夠?qū)崟r監(jiān)控導(dǎo)線舞動的三維運動軌跡，為輸電線路舞動研宄提供準確的數(shù)據(jù)資料，同時可以及時發(fā)現(xiàn)存在事故隱患的輸電線路，避免經(jīng)濟損失；各個單元之間采用Zigbee技術(shù)通信，確保各測量節(jié)點間獨立工作，形成了可以遠距離輸送信號的穩(wěn)定的無線通信網(wǎng)絡(luò)，避免相互干擾；桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元與監(jiān)測單元之間采用以太網(wǎng)通信，穩(wěn)定性高、保密性好、傳輸距離遠，能夠避免依賴第三方網(wǎng)絡(luò)而造成的傳輸不穩(wěn)的現(xiàn)象；電源模塊采用太陽能電池板和蓄電池共同供電，保證裝置能夠長期穩(wěn)定地工作。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的原理圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明包括多個無線慣性測量單元、桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元及監(jiān)測單元，多個無線慣性測量單元和桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理站之間通過無線信號相連，桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元與檢測單元之間通過以太網(wǎng)相連，多個無線慣性測量單元分別設(shè)置在導(dǎo)線的各個監(jiān)測節(jié)點上，無線慣性測量單元包括慣性測量單元、第一 Zigbee無線模塊、第一電源模塊、第一電源管理模塊和電源控制電路，慣性測量單元能夠?qū)崟r測量輸電線路舞動的三軸角速度、三軸加速度和磁傾角，且功耗低、穩(wěn)定性高，慣性測量單元與第一 Zigbee無線模塊之間為雙向連接，實現(xiàn)雙向信息傳輸，第一電源模塊包括太陽能電池板和蓄電池，用來給慣性測量單元和第一Zigbee無線模塊供電，第一電源管理模塊可以調(diào)節(jié)太陽能電池板的輸出，使太陽能電池板以最大功率輸出，實現(xiàn)了恒壓均衡充電和恒壓浮充，有效延長蓄電池壽命，并具有電池的欠壓保護、過流保護和短路保護等功能，電源控制電路用來控制慣性測量單元的通電與得電，以達到節(jié)省能耗的目的；桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元設(shè)置在桿塔上，包括風速儀、第二 Zigbee無線模塊、中央處理模塊、以太網(wǎng)通信模塊、第二電源及第二電源管理模塊，風速儀的輸出端連接控制器的輸入端，控制器的輸出端分別連接第二 Zigbee無線模塊和以太網(wǎng)通信模塊，第二 Zigbee無線模塊與中央處理模塊之間為雙向連接，可實現(xiàn)雙向信息傳輸，第二電源模塊包括太陽能電池板和蓄電池，用來給風速儀、第二 Zigbee無線模塊和控制器供電，第二電源管理模塊可以調(diào)節(jié)太陽能電池板的輸出，使太陽能電池板以最大功率輸出，實現(xiàn)了恒壓均衡充電和恒壓浮充，有效延長蓄電池壽命，并具有電池的欠壓保護、過流保護和短路保護等功能；檢測單元設(shè)置在監(jiān)控站，用來對桿塔數(shù)據(jù)預(yù)處理單元傳輸?shù)男盘栠M行分析計算和存儲，并將結(jié)果在上位機上顯示出來。
[0016]第一 Zigbee無線模塊和第二 Zigbee無線模塊均采用F8913 Zigbee無線模塊，其工作頻段為2.4GHz，最低功耗2.2mA，支持RS232接口，最遠點對點傳輸距離為2000m，能夠接受和發(fā)射無線信號。利用Zigbee無線模