专利名称：输电线路覆冰监测系统及监测方法
技术领域：
本发明属于线缆监测领域，尤其涉及一种输电线路覆冰监测系统及监测方法。
背景技术：
我国气象环境多变，冰灾事故时有发生，冻结在输电线路上的冰雨或冰雪，会在导线上逐渐形成一种横截面近似于椭圆形或蛋形的冰壳。输电线路的覆冰是在特定的自然环境下才能形成，当空气的温、湿度各达到一定的条件才可能形成覆冰，而当温度和湿度满足条件以后，形成覆冰的量取决于风速，当无风或是微风时，只能形成极薄的冰，当风速达到一定速度后，线路上的冰才会越积越厚。严重的覆冰会导致输电线路的损害，甚至是输电的中断，严重影响电网的安全运行。为了保证电网的安全运行，需要对输电线路的覆冰情况进行监测并实时获取输电线路上的覆冰厚度值，以为后续的处理提供基本数据。目前，监测输电线路覆冰的方法主要有视频监测法和模拟监测法等技术，视频监测法是通过一个摄像头去获取输电线路的图像，用图像算法来取得覆冰的厚度数据；而模拟监测法则是用和输电线相同的一小段材料放在输电线附近去模拟输电线的覆冰情况， 再对这一小段材料进行各种测量以获得覆冰数据。理论上视频监测法是理想的监测方法，直观高效，但是实际运用中视频法有诸多困难，其视频监测法所用的监测系统不但质量体积大，而且摄像头位的安装角度要求苛刻且容易导致监测图像失真，并且其后期软件开发难度大，另外高清摄像头价格昂贵，要在远距的输电给路上运用，成本很高。模拟法取材简单，安装方便，只要靠近输电线路放置即可，但是难点在于要获得摸拟材料的覆冰数据还需要求助于其它的方法。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中输电线路覆冰厚度监测系统监测手段复杂、成本高的技术问题，提供一种监测手段简单、系统成本低的输电线路覆冰监测系统，该输电线路覆冰监测系统通过超声波实现对线路覆冰的监测。本发明提供一种输电线路覆冰监测系统，所述系统包括多个超声波收发器(第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器)，用于发送和接收超声波；
主控�？椋糜诳刂瞥ㄊ辗⑵鞯墓ぷ鞑⒎治黾扑闶涞缦呗返母脖穸仁荩笨刂仆ㄑ赌？榻脖穸仁莘⑺透嗫啬？椋�
通讯�？椋糜谠谥骺啬？榈目刂葡陆涞缦呗返母脖穸仁莘⑺透嗫啬？椋� 监控�？椋糜谠冻碳嗫厥涞缦呗返母脖刺�
所述超声波收发器、通讯�？榉直鹩胨鲋骺啬？榈缌樱鐾ㄑ赌？橛胨黾嗫啬？橥ㄑ叮黄渲校�
所述多个超声波收发器设置在输电线路径向截面所在的平面且位于同一圆周上，所述圆周的中心位于输电线路的轴线上，所述超声波收发器在主控�？榈目刂葡卵厮鲈仓艿木断蛳蚴涞缦呗芬徊喾⑸涑�。
优选地，每个超声波收发器包括一个用于根据主控�？榈目刂浦噶罘⑸涑ǖ某ǚ⑸淦骱鸵桓鼋邮辗瓷浠乩吹某ǖ某ń邮掌�。优选地，所述多个超声波收发器均布在所述圆周上。本发明还提供一种上述输电线路覆冰监测系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤
步骤S100，主控�？橐来慰刂泼恳桓龀ㄊ辗⑵鞣⑸涑ú⒔邮崭贸ǎ奔锹济恳桓龀ㄊ辗⑵鞔臃⒊龀ǖ浇邮盏礁贸ǖ氖奔洌�
步骤S200，主控�？楦萆鲜龅氖奔浼扑愀贸ㄊ辗⑵魉杂Φ氖涞缦呗返母脖�
度；
步骤S300，主控�？榻龈脖穸戎低üㄑ赌？榇偷郊嗫啬？�。优选地，在所述步骤SlOO具体包括
主控�？榭刂频谝怀ㄊ辗⑵鞯某ǚ⑸淦鞣⑸涑ú⒖技剖保⒓锹嫉谝怀ㄊ辗⑵鞯某ń邮掌鹘邮盏礁贸ǖ氖奔鋞l ；
停止第一超声波收发器的工作，主控�？榭刂频诙ㄊ辗⑵鞯某ǚ⑸淦鞣⑸涑ú⒖技剖保⒓锹嫉诙ㄊ辗⑵鞯某ń邮掌鹘邮盏礁贸ǖ氖奔鋞2 ； 以此类推，主控�？橐来慰刂剖Ｓ嗟某ㄊ辗⑵鞯墓ぷ鳎钡郊锹嫉贜超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tn;其中，η的取值与N对应相同，且都为自然数。优选地，所述步骤S200具体包括主控�？楦菁锹嫉氖奔鋞l、t2、……、tn，及公式Sm=R-V*tm/2，分别计算出每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值Si、 S2、……、Sn;其中，V为超声波在空气中的传播速度，R为超声波收发器到输电线路外表面的距离，m取1、2、......、n。优选地，所述主控模块内设有测绘�？椋莞脖穸戎礢1、S2、……、Sn，按照一定的绘图比例围绕输电线路进行绘图标示，标示出η个数值点，并利用平滑曲线将该η个数值点连接形成输电线路的覆冰切面图。优选地，在所述步骤SlOO之前还包括步骤所述主控�？槌跏蓟⒖刂扑械某�
声波收发器停止工作。优选地，所述步骤S300还包括，主控�？楦莞脖穸戎礢1、S2、……、Sn得到覆冰的切面图，并将该切面图通过通讯�？榇偷郊嗫啬？椤Ｒ陨纤黾际醴桨福ü贸ㄊ辗⑵鞣⑸涑ǎ⒓扑憬邮盏匠ǖ氖奔洌贸ㄊ辗⑵饔氲枷咧涞木嗬爰八锹嫉氖奔淇梢匀菀椎募扑愠鍪涞缦呗返母脖穸戎担胂钟屑际踔懈脖嗖庀低呈侄胃丛印⒊杀靖呦啾龋檬涞缦呗犯脖嗖庀低臣嗖馐侄渭虻�、系统成本低。
图1是本发明一种实施例的输电线路覆冰监测系统的结构图。图2是本发明一种实施例的超声波收发器与输电线路的位置关系图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明所提供的输电线路覆冰监测系统包括多个超声波收发器 100，主控�？�200，通讯模块300及监控�？�400 ；
所述多个超声波收发器，用于发送和接收超声波，包括第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、及第N超声波收发器，
主控�？椋糜诳刂瞥ㄊ辗⑵鞯墓ぷ鞑⒎治黾扑闶涞缦呗返母脖穸仁荩笨刂仆ㄑ赌？榻脖穸仁莘⑺透嗫啬？椋�
通讯模块，用于在主控�？榈目刂葡陆涞缦呗返母脖穸仁莘⑺透嗫啬？椋� 监控�？椋糜谠冻碳嗫厥涞缦呗返母脖刺�。所述超声波收发器、通讯�？�300分别与所述主控�？�200电连接，所述通讯�？� 300与所述监控�？�400通讯；其中，
结合图2所示，所述多个超声波收发器设置在输电线路1径向截面所在的平面且位于同一圆周3上，所述圆周的中心位于输电线路1的轴线上，所述超声波收发器在主控模块 200的控制下沿所述圆周3的径向向导线的一侧发射超声波。以上实施例中，所述输电线路 1的径向截面是指垂直于输电线路轴线即长度方向的截面。所述主控�？�200用于控制超声波收发器进行工作，即控制每个超声波收发器发射超声波并接收反射回来的超声波，优选地，所述每个超声波收发器包括一个用于在主控�？�200的控制下发射所述超声波的超声波发射器和一个用于接收反射回来的超声波的超声波接收器；所述主控�？�200还用于计算每个超声波收发器发出超声波到接收到该超声波的时间，并最终根据所得到的时间和超声波接收器到所述输电线路的距离R计算所对应的输电线路的覆冰厚度值。所述主控�？�200还用于控制所述通讯�？�300与所述监控�？�400进行通讯， 并将所述计算得出的输电线路的覆冰厚度值通过通讯�？�300传送给所述监控�？�400。 所述通讯�？�300可以通过多种通讯方式与所述监控�？�400进行通讯，如GPRS通讯，3G 通讯及有线通讯等方式。为了能够得到输电线路的覆冰切面图，优选地，所述主控�？槟谏栌胁饣婺？椋饣婺？楦莩ㄊ辗⑵鞑獾玫母脖穸戎到谢嫱急硎拘纬墒涞缦呗返母脖忻嫱�。为了能够全面的对输电线路周围的覆冰厚度进行有效监测，优选地，所述多个超声波收发器均布在该同一圆周上，并且超声波收发器的数量可设置尽量多，通过这种设置方式可以尽可能全面地监测到输电线路周围的每一点的覆冰情况。下面，详述上述输电线路覆冰监测系统的工作方法，所述工作方法包括以下步骤
步骤S100，主控�？�200依次控制每一个超声波收发器发射超声波并接收该超声波， 同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到该超声波的时间；
步骤S200，主控�？�200根据上述的时间计算该超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度；
步骤S300，主控模块200将所述覆冰厚度值通过通讯�？榇偷郊嗫啬？�。优选地，在所述步骤SlOO中，主控�？�200首先控制第一超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第一超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tl ；然后停止第一超声波收发器的工作，主控�？�200控制第二超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第二超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间t2 ；……；最后，停止第N-I超声波收发器的工作，主控�？榭刂频贜超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，记录第N超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tn。优选地，所述步骤S200具体包括，主控�？楦菁锹嫉氖奔鋞l、t2、……、tn，及公式Sm=R-V*tm/2，m取1、2、……、n，可分别计算出每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值Si、S2、……、Sn;SPdftl、t2、……、tn分别代入公式中的变量tm就可以依次得到变量Sm的值。其中，V为超声波在空气中的传播速度，R为超声波收发器到输电线路外表面的距离。该速度V及距离R在该系统的搭建或者设置过程中就已经确定并将其输入主控模块200进行保存。为了使上述技术方案更加清楚，结合图2中的实施例所示，示出了利用四个超声波收发器监测输电线路1的覆冰2的厚度值，其中，主控模块200首先控制超声波收发器 101的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录超声波收发器101的超声波接收器接收到该超声波的时间tl ；此时，主控模块200根据记录的时间tl就能得到超声波收发器 101距离覆冰2外边缘的距离L=V*tl/2，其中V为超声波在空气中的传播速度；因此可以得到超声波收发器101所对应的此处输电线路的覆冰厚度值S=R-L=R- V*tl/2。同理，通过以上计算过程，可分别得到剩余三个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值。可以看出，以上所述技术方案中，所设置的超声波收发器的个数越多，对输电线路周围覆冰厚度的监测数据越精确，得到数据范围就越全面，因此在实际操作中可以根据实际的安装环境尽可能多的设置超声波收发器的数量。进一步地，为了提高系统的工作稳定性和对输电线路覆冰厚度的监测精确性，在所述步骤SlOO之前还包括步骤所述主控�？�200初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。这样就能保证在主控�？�200控制任何一个超声波收发器工作的时候不会误接收到其他超声波收发器发射的超声波，保证了系统工作的稳定性，提高了覆冰厚度的监测精度。作为本方案更优选的一种实施例，为了能够得到输电线路的覆冰截面图，所述主控模块内还设有测绘�？椋莞脖穸戎礢1、S2、……、Sn，按照一定的绘图比例围绕输电线路进行绘图标示，标示出η个数值点，并利用平滑曲线将该η个数值点连接形成输电线路的覆冰切面图。即该切面图的绘制可通过对输电线路周围每一点的覆冰厚度值进行测量， 并通过图示的方式在输电线路1的周围按照得到的每一点的覆冰厚度值进行标示，最后将每一点通过平滑曲线连接成一个封闭的曲线，该曲线与电线1边缘之间形成的区域即为覆冰区域，这样就得到了输电线路的覆冰切面图。优选地，所述步骤S300还包括，主控模块200根据覆冰厚度值S1、S2、……、Sn得到输电线路1的覆冰2的切面图，并将该切面图通过通讯�？�300传送到监控�？�400。主控�？�200通过通讯�？�300不仅能够把覆冰厚度值传送给监控�？�400，而且可以把绘制的覆冰切面图一同传送给监控�？�400，增加了导线覆冰厚度的直观性和可视性，有利于更加方便的了解导线的覆冰状况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述系统包括多个超声波收发器(第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器)，用于发送和接收超声波；主控�？椋糜诳刂瞥ㄊ辗⑵鞯墓ぷ鞑⒎治黾扑闶涞缦呗返母脖穸仁荩笨刂仆ㄑ赌？榻脖穸仁莘⑺透嗫啬？椋煌ㄑ赌？椋糜谠谥骺啬？榈目刂葡陆涞缦呗返母脖穸仁莘⑺透嗫啬？椋患嗫啬？椋糜谠冻碳嗫厥涞缦呗返母脖刺凰龀ㄊ辗⑵�、通讯�？榉直鹩胨鲋骺啬？榈缌樱鐾ㄑ赌？橛胨黾嗫啬？橥ㄑ叮黄渲校龆喔龀ㄊ辗⑵魃柚迷谑涞缦呗肪断蚪孛嫠诘钠矫媲椅挥谕辉仓苌希鲈仓艿闹行奈挥谑涞缦呗返闹嵯呱希龀ㄊ辗⑵髟谥骺啬？榈目刂葡卵厮鲈仓艿木断蛳蚴涞缦呗芬徊喾⑸涑�。
2.根据权利要求1所述的输电线路覆冰监测系统，其特征在于，每个超声波收发器包括一个用于根据主控�？榈目刂浦噶罘⑸涑ǖ某ǚ⑸淦骱鸵桓鼋邮辗瓷浠乩吹某ǖ某ń邮掌�。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述多个超声波收发器均布在所述圆周上。
4.根据权利要求1或2所述的输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述主控�？槟谏栌胁饣婺？椋饣婺？楦莩ㄊ辗⑵鞑獾玫母脖穸戎到谢嫱急硎拘纬墒涞缦呗返母脖忻嫱�。
5.一种根据权利要求1所述的输电线路覆冰监测系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤步骤S100，主控�？橐来慰刂泼恳桓龀ㄊ辗⑵鞣⑸涑ú⒔邮崭贸ǎ奔锹济恳桓龀ㄊ辗⑵鞔臃⒊龀ǖ浇邮盏礁贸ǖ氖奔洌徊街鑃200，主控�？楦萆鲜龅氖奔浼扑愀贸ㄊ辗⑵魉杂Φ氖涞缦呗返母脖穸龋徊街鑃300，主控�？榻龈脖穸戎低üㄑ赌？榇偷郊嗫啬？�。
6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，在所述步骤SlOO具体包括主控�？榭刂频谝怀ㄊ辗⑵鞯某ǚ⑸淦鞣⑸涑ú⒖技剖保⒓锹嫉谝怀ㄊ辗⑵鞯某ń邮掌鹘邮盏礁贸ǖ氖奔鋞l ；停止第一超声波收发器的工作，主控�？榭刂频诙ㄊ辗⑵鞯某ǚ⑸淦鞣⑸涑ú⒖技剖保⒓锹嫉诙ㄊ辗⑵鞯某ń邮掌鹘邮盏礁贸ǖ氖奔鋞2 ；以此类推，主控�？橐来慰刂剖Ｓ嗟某ㄊ辗⑵鞯墓ぷ鳎钡郊锹嫉贜超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tn;其中，η的取值与N对应相同，且都为自然数。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，所述步骤S200具体包括主控�？楦菁锹嫉氖奔鋞l、t2、……、tn，及公式Sm=R-V*tm/2，分别计算出每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值Si、S2、……、Sn ；其中，V为超声波在空气中的传播速度，R 为超声波收发器到输电线路外表面的距离，m取1、2、……、n。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，所述主控�？槟谏栌胁饣婺？椋莞脖穸戎礢i、S2、……、Sn，按照一定的绘图比例围绕输电线路进行绘图标示，标示出η个数值点，并利用平滑曲线将该η个数值点连接形成输电线路的覆冰切面图。
9.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，在所述步骤SlOO之前还包括步骤 所述主控模块初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。
10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述步骤S300还包括，主控�？楦莞脖穸戎礢1、S2、……、Sn得到覆冰的切面图，并将该切面图通过通讯�？榇偷郊嗫啬？�。
全文摘要
本发明提供了一种输电线路覆冰监测系统，包括多个超声波收发器(第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器)，主控�？椋ㄑ赌？榧凹嗫啬？椋怀ㄊ辗⑵�、通讯�？榉直鹩胫骺啬？榈缌樱ㄑ赌？橛爰嗫啬？橥ㄑ叮黄渲校喔龀ㄊ辗⑵魃柚迷谑涞缦呔断蚪孛嫠诘钠矫媲椅挥谕辉仓苌希鲈仓艿闹行奈挥谑涞缦呗返闹嵯呱希ㄊ辗⑵髟谥骺啬？榈目刂葡卵厮鲈仓艿木断蛳虻枷叩囊徊喾⑸涑�。通过利用超声波收发器发射超声波，并计算接收到超声波的时间，利用超声波收发器与导线之间的距离及所记录的时间可以容易的计算出输电线路的覆冰厚度值，该输电线路覆冰监测系统监测手段简单、系统成本低。
文档编号G01B17/02GK102506778SQ20111035381
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者王羽痕 申请人:航天科工深圳(集团)有限公司
