[发明专利]基于无线传感器网络的输电线路覆冰在线监测系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及传感器技术和无线通信技术领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络的输电线路覆冰在线监测系统，属于无线传感器网络应用领域。

背景技术

架空输电线路是电力系统的重要组成部分，其可靠性和运行状况直接关系到整个系统的安全，也决定着供电质量和供电可靠性。冰雪灾害是影响架空线路安全运行的自然灾害之一，输电线路覆冰可能引起输电线路过载、跳闸、导线舞动、绝缘子串覆冰闪络等事故，特别是我国2008年雪灾造成南方电网严重覆冰，导致输电线路多处断线、塔杆断裂倒塌等严重事故，给国民经济带来重大损失。

目前，国内外大多进行覆冰理论、冰闪机理和塔杆强度设计等方面的工作，建立了大量的观冰站、气象站进行现场观察和数据收集，研究了大量预报结冰事件、导线除冰、地线除冰等技术，但针对覆冰雪在线监测技术的研究较少，2008年的冰灾事故促进了覆冰雪在线监测技术的研发和应用。

专利号为201020141329.7，名称为“应用无线传感器网络的输电线路导线状态在线监测装置”公开了一种基于Zigbee技术的输电线路综合在线监测装置。每个传感器监测节点仅集成了加速度传感器，角度传感器和温度传感器，然而根据输电线路覆冰计算的要求，需要针对温度、湿度、风速、倾斜角度及导线受力变化等参数进行监测，因此该发明仅对输电线路状况进行大体监测，而不能针对输电线路具体的覆冰情况进行监测。同时，所有传感器节点采用电池供电方式，由于节点完全处在室外环境，大大降低了电池的可靠性，一旦电池电量耗尽，人力更换电池相对比较困难。

申请号为201110154537.X，名称为“电网输电线路监测方法和系统”，公开了一种基于传感器多维感知技术的输电线路在线监测方法和系统，有效预防和减少电网输电线路事故。该发明采用多种传感器采集输电线路各项参数,对输电线路覆冰、舞动、污秽等故障进行监测。但是该发明中数据传输采用TD一SCDMA网络或接入光纤复合架空地线(OPGW)。前一种方式完全依赖于移动通信网络，在移动信号不能覆盖的偏僻区域，数据将不能及时可靠地传输。铺架光纤复合架空地线代价过高，不易实现。

发明内容

本发明的目的在于针对以上现有技术的不足，提出了一种基于无线传感器网络的输电线覆冰监测技术，通过采集导线及周围环境的状态信息来实现对输电线路覆冰情况远程实时监测，成本较低，结构简单，数据传输相对可靠。

为达到上述目的，本发明的技术方案这样实现：

一种基于无线传感器网络的输电线路覆冰在线监测系统，包括若干终端数据采集节点，若干数据汇聚节点，一监测网关，一卫星，一远端监控中心，其特征在于：所述各终端数据采集节点可以通过Zigbee无线链路与所述数据汇聚节点通信，所述各数据采集节点之间不能相互通信。

在某一实施例中，所述系统采用层次网络结构，下层基础网络为星型结构，上层骨干网络为链状结构。

在某一实施例中，所述系统将特定区域内数个终端数据采集节点和一个数据汇聚节点划分为簇，将该区域中所述多个数据终端数据采集节点作为簇内节点，一个数据汇聚节点作为簇首节点，组建局部星型网络，作为下层基础网络；而架空输电线路通常呈队列式排列，所有数据汇聚节点则组建链状网络，作为上层骨干网络。

在某一实施例中，所述终端数据采集节点采集相关输电线路状态数据，包括环境温度和湿度、即时风速、绝缘子串倾角和绝缘子串所受拉力的数据，并将采集到的数据传输到所述数据汇聚节点。

在某一实施例中，所述终端数据采集节点包括微处理器、Zibgee通信模块，温湿度传感器、拉力传感器、倾角传感器、风速传感器和供电模块。

在某一实施例中，所述数据汇聚节点协调和收集簇内所述终端数据采集节点的工作状态和监测数据，并通过簇首转发的形式将数据传送至所述监测网关。

在某一实施例中，所述无线传感器网络所有节点均采用导线感应取能电源。

本发明还公开了一种基于无线传感器网络的输电线路覆冰在线监测系统进行监测的方法，包括：

在每个输电线塔杆的各路输电线绝缘子串上人工设置数个终端数据采集节点和一个数据汇聚节点，构成一个簇；

各终端数据采集节点上电后，进入工作模式开始进行监测点输电线路周围环境的温湿度，绝缘子串倾角、所受拉力和即时风速等相关数据的采集，并将采集到的数据发送给对应数据汇聚节点；

在完成数据采集及发送后，各终端数据采集节点关闭Zigbee通信模块再次进入休眠模式；