一种架空输电线路舞动监测方法及装置转让专利
申请号 : CN200710308460.0
文献号 : CN101470013B
文献日 : 2010-10-20
发明人 : 郭志广 , 李翔 , 李红旗 , 秦小平 , 裴冠荣 , 张予 , 于钦刚 , 张倩
申请人 : 中国电力科学研究院
摘要 :
本发明提供一种架空输电线路舞动监测方法及装置，所述的方法包括：对架空输电线路导线上的多个舞动监测点的舞动加速度数据进行在线监测；由每个舞动监测点将监测到的自身的舞动加速度数据进行无线发射；由远端无线接收每个舞动监测点无线发射的舞动加速度数据，并根据接收的同一档导线的不同舞动监测点的舞动加速度数据计算生成该档导线的舞动轨迹。以定量的监测架空输电线路舞动的轨迹、幅值、舞动阶次等参数，并对架空输电线路舞动进行在线监测。
权利要求 :
1.一种架空输电线路舞动监测方法，其特征是，所述的方法包括：
根据无线传输的控制指令对架空输电线路导线上的多个舞动监测点的舞动加速度数据进行在线监测；
由每个舞动监测点将监测到的自身的舞动加速度数据进行无线发射；
由远端无线接收每个舞动监测点无线发射的舞动加速度数据，并根据接收的同一档导线的不同舞动监测点的舞动加速度数据计算生成该档导线的舞动轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据舞动监测点的舞动加速度数据计算生成舞动监测点的切面舞动轨迹，其中：如果舞动监测点的运动加速度为a，则经两次积分得到舞动监测点的位移S，即：
S＝∫∫adt+S0＝∫atdt+S0，式中S0为起始位移；
取式的离散化形式：扣除导线在舞动过程中的轴向扭动产生的向心加速度aθ，则舞动监测点的：
水平向位移为垂直向位移为式中，Δt为采样时间间隔；n为采样数据数；
由x、y合成导线监测点切面舞动轨迹。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，对所述的架空输电线路导线所处现场的风速数据、风向数据、温度数据、湿度数据、雨量数据、气压数据、光辐射数据、振动数据以及载荷数据进行监测，并将监测的数据通过无线网络发送至远端；
远端根据所述的舞动轨迹获取导线的舞动幅值信息和舞动轨迹半波数，并根据所述的加速度数据获取导线的舞动频率信息；
远端根据导线的舞动轨迹和舞动轨迹半波数、舞动幅值信息和舞动频率信息生成输电线路的舞动状况、等值覆冰厚度以及预测舞动及覆冰发展趋势，并依据预设报警值进行报警。
4.一种架空输电线路舞动监测装置，其特征是，所述的装置包括：
加速度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的舞动加速度信号进行监测；
信号调理单元，用于对所述的加速度信号进行信号调理，生成加速度标准信号；
无线收发单元，用于将所述的加速度标准信号进行无线发射，并对无线传输的控制指令进行接收；
电源，用于提供工作电能。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的装置还包括：存储单元，用于对所述的加速度标准信号进行存储。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征是，所述的装置还包括：
温度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的温度信号进行监测。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的电源包括：高压抽能单元和电源调理单元、或太阳能单元和电源调理单元；
所述的高压抽能单元用于从所述的导线中抽取电能，所述的电源调理单元用于对从导线中抽取的电能进行调理，生成所述的工作电能；
所述的太阳能单元用于将太阳能转换为电能，所述的电源调理单元用于对太阳能单元提供的电能进行调理，生成所述的工作电能。
说明书 :
技术领域
发明关于电力系统的架空输电线路监测技术，特别是关于架空输电线路的舞动监测技术，具体的讲是一种架空输电线路舞动监测方法及装置。
背景技术
在现有技术中，架空输电线路的舞动是导线产生低频率(0.1～3Hz)、大振幅(可达10m以上)的自激振动，它的形成主要取决于三方面因素，即覆冰、风的激励、线路的结构及参数。舞动产生的危害是多方面的，轻者发生闪烙、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，甚至倒塔，导致重大电网事故。
当输电线路处于易发生舞动的气象条件时，极易在导线表面形成单侧覆冰而使导线的横截面形状成为近似椭圆的翼状。当遇有风向与线路水平夹角45°以上的大风时，整档导线在强大风力和导线本身机械应力的作用下将产生整体扭转与摆动。导线整体的这种扭转和摆动随着持续风力的作用而逐渐加大，慢慢形成椭圆形的运动轨迹当扭转加剧并导致导线以较低频率进行大幅度上下跳动，即导线舞动时，导线的扭摆现象已不十分明显，整档导线的状态表现为定向的波浪式运动，平均每分钟为20次左右。整档线路弧垂处的导线舞动幅值最大可达±0.1至±1.0倍的弧垂高度。当导线舞动开始减弱时，导线将从上下跳动逐步恢复为扭转和摆动，并逐渐减弱直至停止。由于舞动的幅度大，有摆动，一次持续很长时间，因此容易引起相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤导线、拉倒杆塔、导线折断等严重事故，从而造成重大经济损失。在很多情况下，由于导线舞动的持续时间比较长，即使重合闸成功，也容易再次跳闸，发生短路，作为输电事故来讲，它是恶性事故。
随着无线通讯技术的发展，出现了微风振动、微气象、线路风偏、绝缘子在线监测等技术。中国发明专利申请，公开号为CN1963879A，公开了一种架空送电线路在线监测系统及方法。该发明专利申请所公开的技术方案利用无线传感网络及移动通信网络成功解决对电力系统中架空送电线路微风振动及导线温度、风偏角进行在线监测与故障诊断。该发明专利申请所公开的技术方案被合并于此，以作为本发明的现有技术。
中国发明专利申请，公开号为CN101038186A的发明专利公开了一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置，该发明专利申请的技术方案欲解决导线覆冰重量及导线振动的监测。该发明专利申请所公开的技术方案被合并于此，以作为本发明的现有技术。
当输电线路处于易发生舞动的气象条件时，极易在导线表面形成单侧覆冰而使导线的横截面形状成为近似椭圆的翼状。当遇有风向与线路水平夹角45°以上的大风时，整档导线在强大风力和导线本身机械应力的作用下将产生整体扭转与摆动。导线整体的这种扭转和摆动随着持续风力的作用而逐渐加大，慢慢形成椭圆形的运动轨迹当扭转加剧并导致导线以较低频率进行大幅度上下跳动，即导线舞动时，导线的扭摆现象已不十分明显，整档导线的状态表现为定向的波浪式运动，平均每分钟为20次左右。整档线路弧垂处的导线舞动幅值最大可达±0.1至±1.0倍的弧垂高度。当导线舞动开始减弱时，导线将从上下跳动逐步恢复为扭转和摆动，并逐渐减弱直至停止。由于舞动的幅度大，有摆动，一次持续很长时间，因此容易引起相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤导线、拉倒杆塔、导线折断等严重事故，从而造成重大经济损失。在很多情况下，由于导线舞动的持续时间比较长，即使重合闸成功，也容易再次跳闸，发生短路，作为输电事故来讲，它是恶性事故。
随着无线通讯技术的发展，出现了微风振动、微气象、线路风偏、绝缘子在线监测等技术。中国发明专利申请，公开号为CN1963879A，公开了一种架空送电线路在线监测系统及方法。该发明专利申请所公开的技术方案利用无线传感网络及移动通信网络成功解决对电力系统中架空送电线路微风振动及导线温度、风偏角进行在线监测与故障诊断。该发明专利申请所公开的技术方案被合并于此，以作为本发明的现有技术。
中国发明专利申请，公开号为CN101038186A的发明专利公开了一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置，该发明专利申请的技术方案欲解决导线覆冰重量及导线振动的监测。该发明专利申请所公开的技术方案被合并于此，以作为本发明的现有技术。
发明内容
本发明提供一种架空输电线路舞动监测方法及装置，以定量的监测架空输电线路舞动的轨迹、幅值、舞动阶次等参数，并对架空输电线路舞动进行在线监测。
发明的目的之一是：提供一种架空输电线路舞动监测方法，所述的方法包括：根据无线传输的控制指令对架空输电线路导线上的多个舞动监测点的舞动加速度数据进行在线监测；由每个舞动监测点将监测到的自身的舞动加速度数据进行无线发射；由远端无线接收每个舞动监测点无线发射的舞动加速度数据，并根据接收的同一档导线的不同舞动监测点的舞动加速度数据计算生成该档导线的舞动轨迹。
发明的目的之二是：提供一种架空输电线路舞动监测装置，所述的装置包括：加速度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的舞动加速度信号进行监测；信号调理单元，用于对所述的加速度信号进行信号调理，生成加速度标准信号；无线收发单元，用于将所述的加速度标准信号进行无线发射；电源，用于提供工作电能。
发明的有益效果在于：本发明通过在导线上安装多个内置加速度传感器的监测装置成功的解决了导线舞动轨迹、幅值、舞动阶次等的在线监测。
发明的目的之一是：提供一种架空输电线路舞动监测方法，所述的方法包括：根据无线传输的控制指令对架空输电线路导线上的多个舞动监测点的舞动加速度数据进行在线监测；由每个舞动监测点将监测到的自身的舞动加速度数据进行无线发射；由远端无线接收每个舞动监测点无线发射的舞动加速度数据，并根据接收的同一档导线的不同舞动监测点的舞动加速度数据计算生成该档导线的舞动轨迹。
发明的目的之二是：提供一种架空输电线路舞动监测装置，所述的装置包括：加速度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的舞动加速度信号进行监测；信号调理单元，用于对所述的加速度信号进行信号调理，生成加速度标准信号；无线收发单元，用于将所述的加速度标准信号进行无线发射；电源，用于提供工作电能。
发明的有益效果在于：本发明通过在导线上安装多个内置加速度传感器的监测装置成功的解决了导线舞动轨迹、幅值、舞动阶次等的在线监测。
附图说明
图1为本发明装置工作示意图；
图2为本发明装置结构框图；
图3为本发明装置实施例1的结构框图；
图4为本发明装置实施例2的结构框图；
图5为本发明装置实施例3的结构框图；
图6为本发明舞动轨迹监测原理图；
图7为本发明装置工作流程图；
图8为本发明装置的电路图；
图9a、b为本发明装置的2外壳示意图；
图10为本发明系统的示意图；
图11为发明实施例3的示意图。
图2为本发明装置结构框图；
图3为本发明装置实施例1的结构框图；
图4为本发明装置实施例2的结构框图；
图5为本发明装置实施例3的结构框图；
图6为本发明舞动轨迹监测原理图；
图7为本发明装置工作流程图；
图8为本发明装置的电路图；
图9a、b为本发明装置的2外壳示意图；
图10为本发明系统的示意图；
图11为发明实施例3的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明发明的具体实施方式。如图1所示，本发明具体实施方式的舞动监测装置101被安装在导线上，每根导线上可设置多个舞动监测点，每个舞动监测点对应安装一个舞动监测装置101。基站102与多个舞动监测装置101建立无线通信联接。
如图2所示，舞动监测装置101包括：加速度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的舞动加速度信号进行监测；信号调理单元，用于对所述的加速度信号进行信号调理，生成加速度标准信号；无线收发单元，用于将所述的加速度标准信号进行无线发射；电源，用于提供工作电能；存储单元，用于对所述的加速度标准信号进行存储。舞动监测装置101将监测的加速度标准信号无线发送给基站102，基站102对接收的加速度标准信号进行转发。
实施例1
如图3所示，本实施例的舞动监测装置101包括：套装在导线301上的高压抽能电感线圈和电源调理模块、加速度传感器，信号调理单元、信号控制与无线收发模块。高压抽能电感线圈从高压线获取电能，并通过电源线引入电源调理模块的输入接口；电源调理模块将波动电压转为稳定的直流电供给信号调理模块和信号控制与无线收发模块；信号调理模块对加速度传感器监测并输入的导线的加速度信号进行滤波、放大处理，并将处理后的标准加速度电压信号送入信号控制与无线收发模块的输入接口；信号控制与无线收发模块对输入标准加速度电压信号进行AD转换处理后将数据直接或通过基站102发送到远端的无线收发装置(例如其它监测装置或在线监测基站)。
如图8所示，U2加速度传感器芯片实现对加速度的测量工作，其各管角的连接方法为：1、2、4、5脚处于悬空状态，8脚接电源，3脚接地，电源与地之间接一个0.1uF的电容，6脚和7脚分别为所测加速度值的水平分量(X)和竖直分量(Y)输出；U1和U5为电路板的供电单元，给加速度传感器提供电源；U5前端的电路为整流率波电路，为整个电路提供一个稳定的电流；U3和U4构成了信号放大电路，把U2测得的数据进行放大输出；由J5、J6组成的电路是整个电路与无限模块的接口。
如图7所示，舞动监测装置101内部应用程序起动后进入运行周期，一个运行周期运行完成后进入下一个周期以至无穷。在一个运行周期内，应用程序先打开加速度传感器的控制电源，进行初始化，，然后打开信号源开关，延时一定时间后，开始高速采集加速度信号并存储到EEPROM模块中以保证数据完全，数据采集完毕后，进行时间延迟，以分别向外发送数据(避免数据发射拥塞)，之后进行时间延迟，判断是否有基站传来的控制信息包，如果有则改变自身的运行参数；如果没有则关闭各信号源开关，本装置进入休眠状态。休眠时间间隔到时，进入下一个运行周期，重复上述过程。在发送完静态数据后和高速采集之前，应用程序可以响应外部命令改变自身运行参数。经信号收发模块处理后的信号通过天线无线传送给远端的无线信号接收装置，即上位机，在上位机中对加速度信号进行分析，得出导线的舞动轨迹作为故障判断、故障预测及线路扩容的依据。
远端服务器可通过基站向舞动监测装置101发送控制指令，改变舞动监测装置101的运行状态和运行参数，可使舞动监测装置101停止工作而进入待命状态。也能向舞动监测装置101发送同步指令使多个舞动监测装置101同步采集数据。
如图9a、b所示，舞动监测装置101具有外壳901和外壳固定环902构成。外壳901内部承载有舞动监测装置101的电路板，外壳固定环902套装在导线上，以将外壳901固定。
实施例2
如图4所示，本实施例的舞动监测装置101包括：太阳能装置401、电源调理模块、加速度传感器、信号调理模块、信号控制与无线收发模块组成。太阳能装置将太阳辐射能转为电能，通过太阳能电池板上的电源线引入电源调理模块的输入接口；电源调理模块将波动电压转为稳定的直流电供给信号调理模块和信号控制与无线收发模块；信号调理模块对加速度传感器输入的加速度信号进行滤波、放大处理，并将处理后的标准加速度电压信号送入信号控制与无线收发模块的输入接口；信号控制与无线收发模块对输入信号进行AD转换处理后将数据直接发送到远端的无线收发装置(例如其它监测装置或在线监测基站)。
如图8所示，U2加速度传感器芯片实现对加速度的测量工作，其各管角的连接方法为：1、2、4、5脚处于悬空状态，8脚接电源，3脚接地，电源与地之间接一个0.1uF的电容，6脚和7脚分别为所测加速度值的水平分量(X)和竖直分量(Y)输出；U1和U5为电路板的供电单元，给加速度传感器提供电源；U5前端的电路为整流率波电路，为整个电路提供一个稳定的电流；U3和U4构成了信号放大电路，把U2测得的数据进行放大输出；由J5、J6组成的电路是整个电路与无限模块的接口。
如图7所示，舞动监测装置101内部应用程序起动后进入运行周期，一个运行周期运行完成后进入下一个周期以至无穷。在一个运行周期内，应用程序先打开加速度传感器的控制电源，进行初始化，，然后打开信号源开关，延时一定时间后，开始高速采集加速度信号并存储到EEPROM模块中以保证数据完全，数据采集完毕后，进行时间延迟，以分别向外发送数据(避免数据发射拥塞)，之后进行时间延迟，判断是否有基站传来的控制信息包，如果有则改变自身的运行参数；如果没有则关闭各信号源开关，本装置进入休眠状态。休眠时间间隔到时，进入下一个运行周期，重复上述过程。在发送完静态数据后和高速采集之前，应用程序可以响应外部命令改变自身运行参数。经信号收发模块处理后的信号通过天线无线传送给远端的无线信号接收装置，即上位机，在上位机中对加速度信号进行分析，得出导线的舞动轨迹作为故障判断、故障预测及线路扩容的依据。
远端服务器可通过基站向舞动监测装置101发送控制指令，改变舞动监测装置101的运行状态和运行参数，可使舞动监测装置101停止工作而进入待命状态。也能向舞动监测装置101发送同步指令使多个舞动监测装置101同步采集数据。
如图9a、b所示，舞动监测装置101具有外壳901和外壳固定环902构成。外壳901内部承载有舞动监测装置101的电路板，外壳固定环902套装在导线上，以将外壳901固定。
如图10所示，本发明的架空输电线路舞动监测系统包括：多个舞动监测装置101、基站102和远端服务器103，管理终端104；其中，所述的舞动监测装置包括：加速度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的舞动加速度信号进行监测；信号调理单元，用于对所述的加速度信号进行信号调理，生成加速度标准信号；无线收发单元，用于将所述的加速度标准信号进行无线发射；电源，用于提供工作电能；所述的基站用于接收所述的加速度标准信号，并将接收的加速度标准信号进行转发；所述的远端服务器包括：无线接收单元，用于接收基站转发的加速度标准信号；舞动轨迹生成单元，用于根据接收的同一档导线的不同舞动监测点的舞动加速度数据进行计算，生成该档导线的舞动轨迹，并在管理终端104上进行显示输出。
如图5所示，所述的舞动监测装置101还包括：温度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的温度信号进行监测；还可包括风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、气压传感器和光辐射传感器，用于对所述的架空输电线路导线所处现场的风速数据、风向数据、温度数据、湿度数据、雨量数据、气压数据和光辐射数据等气象数据进行监测。所述的远端服务器根据接收的加速度数据和气象数据生成输电线路的舞动状况、等值覆冰厚度以及预测舞动及覆冰发展趋势，并依据预设报警值进行报警。
实施例3
线路舞动在线监测系统包括数据监测装置、基站和监测支持系统。通过在导线上安装舞动在线监测装置，采集现场导线舞动的轨迹、幅值、频率等；通过在塔上安装综合气象监测装置及载荷振动传感器，采集现场温度、湿度、风速、风向、气压、雨量、光辐射以及导线综合载荷等参数；通过GPRS/CDMA无线通讯网络将有效参数传往远端监控中心；远端后台软件分析系统利用趋势分析技术、人工智能、模糊判断、叠代技术等手段对数据和杆塔的固有参数进行分析处理，推断出输电线路的舞动状况以及等值覆冰厚度；再根据现场气象条件和近期气象预报，预测舞动及覆冰发展趋势；依据运行经验和设计标准设定预、报警值，采用多种方式预、报警。
远端服务器可通过基站向舞动监测装置101发送控制指令，改变舞动监测装置101的运行状态和运行参数，可使舞动监测装置101停止工作而进入待命状态。也能向舞动监测装置101发送同步指令使多个舞动监测装置101同步采集数据。
数据监测装置101与基站102之间采用短距离无线传感器网络。在每一现场，只需安装一台基站，就可以实现多参数的信息监测和融合，扩展性强、智能化程度高。在无线传感器网络内用广播数据报进行上下报文传递，信息上传约在1秒钟内即可完成；基站与中心站之间利用移动通信网络用数据报进行上下报文传递，信息上传约在3秒钟左右即可完成。
风速、风向、温度、湿度、雨量、气压、光辐射的监测采用气象监测装置来完成，通过无线传感器网络将采集到的数据发送至基站。
如图6所示，舞动在线监测主要是对舞动轨迹相关的监测，利用加速度传感器二次积分进行分析监测点处的舞动幅值，通过线扭转角传感器分析导线的扭转。通过将多个带有内置加速度传感器及线扭转角传感器的监测仪放置于一档导线内的不同位置，判断各监测仪振动信号可判断出舞动的阶次以及振动的频率，从而计算出其运动轨迹。
其原理如下，根据运动学定律，运动质点的位移S的一次微分为质点的运动速度v，两次微分为质点的运动加速度a。反之，若已知质点的加速度a，则经两次积分可得质点的位移S，即：
S＝∫∫adt+S0＝∫atdt+S0，式中S0——起始位移
取式的离散化形式：
由于导线在舞动过程中会伴随有轴向扭动，因此，需扣除由此而产生的向心加速度aθ，
故水平向位移为
垂直向位移为
式中Δt——采样时间间隔；
n——采样数据数；
由x、y向位移合成导线监测点切面运动轨迹。
在输电线路上同一档距内安装多个加速度传感器，每一个加速度传感器都可以测出其所在点的加速度，分为垂直方向和水平方向，对所测加速度利用上述方法进行二次积分得出其切面运动轨迹，把多个点处的加速度传感器数据通过无线传感器模块发送到基站，基站无线收发模块完成对经过信号调理模块调理后信号的AD转换、数据处理和处理后信号的无线发送，并通过其上单片机引脚控制信号调理模块的电源通断，从而实现后端监测中心根据舞动预警系统对线路舞动半波数情况进行计算和分析。
如图11所示，本发明的架空输电线路舞动监测系统包括：舞动监测装置101、气象监测装置105、基站102和远端服务器103，管理终端104；其中，所述的舞动监测装置包括：加速度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的舞动加速度信号进行监测；信号调理单元，用于对所述的加速度信号进行信号调理，生成加速度标准信号；无线收发单元，用于将所述的加速度标准信号通过GPRS/CDMA无线通讯网络进行无线发射；电源，用于提供工作电能。
所述的气象监测装置105用于对所述导线所处环境的气象数据进行监测，并将监测的气象数据通过GPRS/CDMA无线通讯网络发送给所述的基站102。如图8所示，U2加速度传感器芯片实现对加速度的测量工作，其各管角的连接方法为：1、2、4、5脚处于悬空状态，8脚接电源，3脚接地，电源与地之间接一个0.1uF的电容，6脚和7脚分别为所测加速度值的水平分量(X)和竖直分量(Y)输出；U1和U5为电路板的供电单元，给加速度传感器提供电源；U5前端的电路为整流率波电路，为整个电路提供一个稳定的电流；U3和U4构成了信号放大电路，把U2测得的数据进行放大输出；由J5、J6组成的电路是整个电路与无限模块的接口。
所述的基站102用于接收所述的加速度标准信号和气象数据，并将接收的加速度标准信号和气象数据进行转发。
所述的远端服务器103包括：无线接收单元，用于接收基站转发的加速度标准信号；舞动轨迹生成单元，所述的舞动轨迹生成单元包括：舞动加速度算法模块，用于对动监测点的运动加速度a进行两次积分，运算出舞动监测点的位移S，运算式为：
S＝∫∫adt+S0＝∫atdt+S0，式中S0为起始位移；
取式的离散化形式：
扣除导线在舞动过程中的轴向扭动产生的向心加速度aθ，则舞动监测点的：
水平向位移为
垂直向位移为
式中，Δt为采样时间间隔；n为采样数据数；
由x、y合成导线监测点切面舞动轨迹。
根据同一档导线的不同舞动监测点的切面舞动轨迹，行计算该档导线的舞动轨迹，并在管理终端104上进行显示输出。
气象数据监测装置包括：风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、气压传感器和光辐射传感器，用于对所述的架空输电线路导线所处现场的风速数据、风向数据、温度数据、湿度数据、雨量数据、气压数据和光辐射数据进行监测。
所述的远端服务器根据所述的舞动轨迹获取导线的舞动幅值信息和舞动轨迹半波数，并根据所述的加速度数据获取导线的舞动频率信息；
所述的远端服务器根据导线的舞动轨迹和舞动轨迹半波数、舞动幅值信息和舞动频率信息生成输电线路的舞动状况、等值覆冰厚度以及预测舞动及覆冰发展趋势，并依据预设报警值进行报警。
本发明通过对输电线路舞动轨迹相关参数的实时在线监测，能及时发现线路舞动的发生，使运行部门及时采取措施，有效预防其引起的相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤导线、拉倒杆塔、导线折断等严重事故造成的线路破坏。舞动在线监测系统应用后，可逐步建立起全国输电线路舞动信息数据库，不但可以丰富线路设计基础数据库，为覆冰舞动地区线路的设计提供依据，更可以减少舞动造成的损失，保障电网安全稳定的运行。
以上具体实施方式仅用于说明发明，而非用于限定发明。
如图2所示，舞动监测装置101包括：加速度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的舞动加速度信号进行监测；信号调理单元，用于对所述的加速度信号进行信号调理，生成加速度标准信号；无线收发单元，用于将所述的加速度标准信号进行无线发射；电源，用于提供工作电能；存储单元，用于对所述的加速度标准信号进行存储。舞动监测装置101将监测的加速度标准信号无线发送给基站102，基站102对接收的加速度标准信号进行转发。
实施例1
如图3所示，本实施例的舞动监测装置101包括：套装在导线301上的高压抽能电感线圈和电源调理模块、加速度传感器，信号调理单元、信号控制与无线收发模块。高压抽能电感线圈从高压线获取电能，并通过电源线引入电源调理模块的输入接口；电源调理模块将波动电压转为稳定的直流电供给信号调理模块和信号控制与无线收发模块；信号调理模块对加速度传感器监测并输入的导线的加速度信号进行滤波、放大处理，并将处理后的标准加速度电压信号送入信号控制与无线收发模块的输入接口；信号控制与无线收发模块对输入标准加速度电压信号进行AD转换处理后将数据直接或通过基站102发送到远端的无线收发装置(例如其它监测装置或在线监测基站)。
如图8所示，U2加速度传感器芯片实现对加速度的测量工作，其各管角的连接方法为：1、2、4、5脚处于悬空状态，8脚接电源，3脚接地，电源与地之间接一个0.1uF的电容，6脚和7脚分别为所测加速度值的水平分量(X)和竖直分量(Y)输出；U1和U5为电路板的供电单元，给加速度传感器提供电源；U5前端的电路为整流率波电路，为整个电路提供一个稳定的电流；U3和U4构成了信号放大电路，把U2测得的数据进行放大输出；由J5、J6组成的电路是整个电路与无限模块的接口。
如图7所示，舞动监测装置101内部应用程序起动后进入运行周期，一个运行周期运行完成后进入下一个周期以至无穷。在一个运行周期内，应用程序先打开加速度传感器的控制电源，进行初始化，，然后打开信号源开关，延时一定时间后，开始高速采集加速度信号并存储到EEPROM模块中以保证数据完全，数据采集完毕后，进行时间延迟，以分别向外发送数据(避免数据发射拥塞)，之后进行时间延迟，判断是否有基站传来的控制信息包，如果有则改变自身的运行参数；如果没有则关闭各信号源开关，本装置进入休眠状态。休眠时间间隔到时，进入下一个运行周期，重复上述过程。在发送完静态数据后和高速采集之前，应用程序可以响应外部命令改变自身运行参数。经信号收发模块处理后的信号通过天线无线传送给远端的无线信号接收装置，即上位机，在上位机中对加速度信号进行分析，得出导线的舞动轨迹作为故障判断、故障预测及线路扩容的依据。
远端服务器可通过基站向舞动监测装置101发送控制指令，改变舞动监测装置101的运行状态和运行参数，可使舞动监测装置101停止工作而进入待命状态。也能向舞动监测装置101发送同步指令使多个舞动监测装置101同步采集数据。
如图9a、b所示，舞动监测装置101具有外壳901和外壳固定环902构成。外壳901内部承载有舞动监测装置101的电路板，外壳固定环902套装在导线上，以将外壳901固定。
实施例2
如图4所示，本实施例的舞动监测装置101包括：太阳能装置401、电源调理模块、加速度传感器、信号调理模块、信号控制与无线收发模块组成。太阳能装置将太阳辐射能转为电能，通过太阳能电池板上的电源线引入电源调理模块的输入接口；电源调理模块将波动电压转为稳定的直流电供给信号调理模块和信号控制与无线收发模块；信号调理模块对加速度传感器输入的加速度信号进行滤波、放大处理，并将处理后的标准加速度电压信号送入信号控制与无线收发模块的输入接口；信号控制与无线收发模块对输入信号进行AD转换处理后将数据直接发送到远端的无线收发装置(例如其它监测装置或在线监测基站)。
如图8所示，U2加速度传感器芯片实现对加速度的测量工作，其各管角的连接方法为：1、2、4、5脚处于悬空状态，8脚接电源，3脚接地，电源与地之间接一个0.1uF的电容，6脚和7脚分别为所测加速度值的水平分量(X)和竖直分量(Y)输出；U1和U5为电路板的供电单元，给加速度传感器提供电源；U5前端的电路为整流率波电路，为整个电路提供一个稳定的电流；U3和U4构成了信号放大电路，把U2测得的数据进行放大输出；由J5、J6组成的电路是整个电路与无限模块的接口。
如图7所示，舞动监测装置101内部应用程序起动后进入运行周期，一个运行周期运行完成后进入下一个周期以至无穷。在一个运行周期内，应用程序先打开加速度传感器的控制电源，进行初始化，，然后打开信号源开关，延时一定时间后，开始高速采集加速度信号并存储到EEPROM模块中以保证数据完全，数据采集完毕后，进行时间延迟，以分别向外发送数据(避免数据发射拥塞)，之后进行时间延迟，判断是否有基站传来的控制信息包，如果有则改变自身的运行参数；如果没有则关闭各信号源开关，本装置进入休眠状态。休眠时间间隔到时，进入下一个运行周期，重复上述过程。在发送完静态数据后和高速采集之前，应用程序可以响应外部命令改变自身运行参数。经信号收发模块处理后的信号通过天线无线传送给远端的无线信号接收装置，即上位机，在上位机中对加速度信号进行分析，得出导线的舞动轨迹作为故障判断、故障预测及线路扩容的依据。
远端服务器可通过基站向舞动监测装置101发送控制指令，改变舞动监测装置101的运行状态和运行参数，可使舞动监测装置101停止工作而进入待命状态。也能向舞动监测装置101发送同步指令使多个舞动监测装置101同步采集数据。
如图9a、b所示，舞动监测装置101具有外壳901和外壳固定环902构成。外壳901内部承载有舞动监测装置101的电路板，外壳固定环902套装在导线上，以将外壳901固定。
如图10所示，本发明的架空输电线路舞动监测系统包括：多个舞动监测装置101、基站102和远端服务器103，管理终端104；其中，所述的舞动监测装置包括：加速度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的舞动加速度信号进行监测；信号调理单元，用于对所述的加速度信号进行信号调理，生成加速度标准信号；无线收发单元，用于将所述的加速度标准信号进行无线发射；电源，用于提供工作电能；所述的基站用于接收所述的加速度标准信号，并将接收的加速度标准信号进行转发；所述的远端服务器包括：无线接收单元，用于接收基站转发的加速度标准信号；舞动轨迹生成单元，用于根据接收的同一档导线的不同舞动监测点的舞动加速度数据进行计算，生成该档导线的舞动轨迹，并在管理终端104上进行显示输出。
如图5所示，所述的舞动监测装置101还包括：温度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的温度信号进行监测；还可包括风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、气压传感器和光辐射传感器，用于对所述的架空输电线路导线所处现场的风速数据、风向数据、温度数据、湿度数据、雨量数据、气压数据和光辐射数据等气象数据进行监测。所述的远端服务器根据接收的加速度数据和气象数据生成输电线路的舞动状况、等值覆冰厚度以及预测舞动及覆冰发展趋势，并依据预设报警值进行报警。
实施例3
线路舞动在线监测系统包括数据监测装置、基站和监测支持系统。通过在导线上安装舞动在线监测装置，采集现场导线舞动的轨迹、幅值、频率等；通过在塔上安装综合气象监测装置及载荷振动传感器，采集现场温度、湿度、风速、风向、气压、雨量、光辐射以及导线综合载荷等参数；通过GPRS/CDMA无线通讯网络将有效参数传往远端监控中心；远端后台软件分析系统利用趋势分析技术、人工智能、模糊判断、叠代技术等手段对数据和杆塔的固有参数进行分析处理，推断出输电线路的舞动状况以及等值覆冰厚度；再根据现场气象条件和近期气象预报，预测舞动及覆冰发展趋势；依据运行经验和设计标准设定预、报警值，采用多种方式预、报警。
远端服务器可通过基站向舞动监测装置101发送控制指令，改变舞动监测装置101的运行状态和运行参数，可使舞动监测装置101停止工作而进入待命状态。也能向舞动监测装置101发送同步指令使多个舞动监测装置101同步采集数据。
数据监测装置101与基站102之间采用短距离无线传感器网络。在每一现场，只需安装一台基站，就可以实现多参数的信息监测和融合，扩展性强、智能化程度高。在无线传感器网络内用广播数据报进行上下报文传递，信息上传约在1秒钟内即可完成；基站与中心站之间利用移动通信网络用数据报进行上下报文传递，信息上传约在3秒钟左右即可完成。
风速、风向、温度、湿度、雨量、气压、光辐射的监测采用气象监测装置来完成，通过无线传感器网络将采集到的数据发送至基站。
如图6所示，舞动在线监测主要是对舞动轨迹相关的监测，利用加速度传感器二次积分进行分析监测点处的舞动幅值，通过线扭转角传感器分析导线的扭转。通过将多个带有内置加速度传感器及线扭转角传感器的监测仪放置于一档导线内的不同位置，判断各监测仪振动信号可判断出舞动的阶次以及振动的频率，从而计算出其运动轨迹。
其原理如下，根据运动学定律，运动质点的位移S的一次微分为质点的运动速度v，两次微分为质点的运动加速度a。反之，若已知质点的加速度a，则经两次积分可得质点的位移S，即：
S＝∫∫adt+S0＝∫atdt+S0，式中S0——起始位移
取式的离散化形式：
由于导线在舞动过程中会伴随有轴向扭动，因此，需扣除由此而产生的向心加速度aθ，
故水平向位移为
垂直向位移为
式中Δt——采样时间间隔；
n——采样数据数；
由x、y向位移合成导线监测点切面运动轨迹。
在输电线路上同一档距内安装多个加速度传感器，每一个加速度传感器都可以测出其所在点的加速度，分为垂直方向和水平方向，对所测加速度利用上述方法进行二次积分得出其切面运动轨迹，把多个点处的加速度传感器数据通过无线传感器模块发送到基站，基站无线收发模块完成对经过信号调理模块调理后信号的AD转换、数据处理和处理后信号的无线发送，并通过其上单片机引脚控制信号调理模块的电源通断，从而实现后端监测中心根据舞动预警系统对线路舞动半波数情况进行计算和分析。
如图11所示，本发明的架空输电线路舞动监测系统包括：舞动监测装置101、气象监测装置105、基站102和远端服务器103，管理终端104；其中，所述的舞动监测装置包括：加速度传感器，用于对架空输电线路导线上的舞动监测点的舞动加速度信号进行监测；信号调理单元，用于对所述的加速度信号进行信号调理，生成加速度标准信号；无线收发单元，用于将所述的加速度标准信号通过GPRS/CDMA无线通讯网络进行无线发射；电源，用于提供工作电能。
所述的气象监测装置105用于对所述导线所处环境的气象数据进行监测，并将监测的气象数据通过GPRS/CDMA无线通讯网络发送给所述的基站102。如图8所示，U2加速度传感器芯片实现对加速度的测量工作，其各管角的连接方法为：1、2、4、5脚处于悬空状态，8脚接电源，3脚接地，电源与地之间接一个0.1uF的电容，6脚和7脚分别为所测加速度值的水平分量(X)和竖直分量(Y)输出；U1和U5为电路板的供电单元，给加速度传感器提供电源；U5前端的电路为整流率波电路，为整个电路提供一个稳定的电流；U3和U4构成了信号放大电路，把U2测得的数据进行放大输出；由J5、J6组成的电路是整个电路与无限模块的接口。
所述的基站102用于接收所述的加速度标准信号和气象数据，并将接收的加速度标准信号和气象数据进行转发。
所述的远端服务器103包括：无线接收单元，用于接收基站转发的加速度标准信号；舞动轨迹生成单元，所述的舞动轨迹生成单元包括：舞动加速度算法模块，用于对动监测点的运动加速度a进行两次积分，运算出舞动监测点的位移S，运算式为：
S＝∫∫adt+S0＝∫atdt+S0，式中S0为起始位移；
取式的离散化形式：
扣除导线在舞动过程中的轴向扭动产生的向心加速度aθ，则舞动监测点的：
水平向位移为
垂直向位移为
式中，Δt为采样时间间隔；n为采样数据数；
由x、y合成导线监测点切面舞动轨迹。
根据同一档导线的不同舞动监测点的切面舞动轨迹，行计算该档导线的舞动轨迹，并在管理终端104上进行显示输出。
气象数据监测装置包括：风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、气压传感器和光辐射传感器，用于对所述的架空输电线路导线所处现场的风速数据、风向数据、温度数据、湿度数据、雨量数据、气压数据和光辐射数据进行监测。
所述的远端服务器根据所述的舞动轨迹获取导线的舞动幅值信息和舞动轨迹半波数，并根据所述的加速度数据获取导线的舞动频率信息；
所述的远端服务器根据导线的舞动轨迹和舞动轨迹半波数、舞动幅值信息和舞动频率信息生成输电线路的舞动状况、等值覆冰厚度以及预测舞动及覆冰发展趋势，并依据预设报警值进行报警。
本发明通过对输电线路舞动轨迹相关参数的实时在线监测，能及时发现线路舞动的发生，使运行部门及时采取措施，有效预防其引起的相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤导线、拉倒杆塔、导线折断等严重事故造成的线路破坏。舞动在线监测系统应用后，可逐步建立起全国输电线路舞动信息数据库，不但可以丰富线路设计基础数据库，为覆冰舞动地区线路的设计提供依据，更可以减少舞动造成的损失，保障电网安全稳定的运行。
以上具体实施方式仅用于说明发明，而非用于限定发明。