武汉风河高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

发布时间：2024-10-11

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

输电线路覆冰在线监测系统技术方案书

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

一、前言 ............................................................................................................................................... 3 二、系统概况 ......................................................................................................................................... 3 三、系统功能 ....................................................................................................................................... 4

3.1系统组成 .................................................................................................................................. 4 3.2技术性能参数 .......................................................................................................................... 5 3.3产品特性 .................................................................................................................................. 6 四、硬件技术参数要求 ......................................................................................................................... 8

4.1拉力采集单元 .................................................................................................................. 8 4.4电池供电单元 .................................................................................................................. 9 4.5充放电保护单元 .............................................................................................................. 9 4.6箱体、安装夹具及辅材单元........................................................................................... 9

五、监控中心管理平台要求 ................................................................................................................. 9

5.1硬件环境要求 ................................................................................................................ 10 5.2网络要求 ........................................................................................................................ 10

六、无线通信网络解决方案 ............................................................................................................... 10 七、远程数据采集处理单元 ............................................................................................................... 11 八、硬件性能 ....................................................................................................................................... 12

8.1倾角探测器 ............................................................................................................................. 12 8.2 高压线塔专用拉力传感器 .................................................................................................... 12 8.3微气象监测单元 ..................................................................................................................... 13 九、系统供电解决方案 ....................................................................................................................... 14

9.1 太阳能供电单元 ................................................................................................................... 15 9.2 电池供电单元 ....................................................................................................................... 16 9.3 充放电保护单元 ................................................................................................................... 16 十二、安装与配置 ............................................................................................................................... 17

1、风速风向传感器安装 ............................................................................................................. 17 2、微气象采集单元安装 ............................................................................................................. 18 3. 雨量传感器安装 ...................................................................................................................... 19 4. 日照传感器安装 ...................................................................................................................... 20 5. 倾角拉力传感器安装 ............................................................................................................ 20 6. 监测子站主机安装 .................................................................................................................. 21 7.太阳能电池板安装 .................................................................................................................... 22 8. 数据线的固定与多余电缆的固定......................................................................................... 23 十三、安装和运输 ............................................................................................................................... 25

附件系统配置表 ......................................................................................................................... 26

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

高压输电线路覆冰在线监测系统技术解决方案

第 2 页共 41 页手册 V1.01

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

一、前言

高压输电线路覆冰在线监测系统采用线路图像实时监视及检测导线拉力综合方法来监测架空线路覆冰，可以对线路覆冰形成的气象条件、覆冰形成过程和覆冰的严重程度进行全过程的实时监测。此方案基于公网无线GPRS/3G的数据通道，以此作为传输手段，从而实现对高压输变电线路覆冰情况进行在线实时监测。此装置具备强大的监控中心，不仅能支持告警实时抓拍图片、传输实时视频，也能监测线路拉力数据。

该系统支持感应取电和太阳能电池板+蓄电池供电两种方式，安装方便。投入运行后，可全天候工作，达到实时监控的效果。运营部门能及时掌握导线覆冰状况状态及发展趋势，据此科学安排除冰检修，有效预防导线“鞭击”、崩断，杆塔压垮等事故，减少经济损失，提高线路安全运行及信息化管理水平。

二、系统概况

此方案多元、组网简单、实用可靠，将传统的分散式监测集中为智能一体，技术上的协调使得设备成本下降，在操作和成本上得到了很好的控制。可归纳以下特点：

1、系统的可靠性、稳定性：系统可集中在线监测所有类别于一体，核心技术稳

定统一，并且建立在GPRS/3G通信平台上，设备具备在恶劣环境（狂风、暴雨、冰雪）下持续正常工作的能力。

2、系统的可操作性：产品操作简单，使用方便，无须记忆复杂的操作方法或指令，

在初次安装时进行相关的设置，而全部的初次设置由专业人员完成.

3、系统的可扩展性:系统设计留有充分的余地，以便日后比较方便地进行系统扩

容。

4、系统的先进性:设备集无线通信、嵌入式系统、图像压缩等多种先进技术于一

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

身，用户可以通过各种途径查看现场的实时照片，无论用户身处何方，都可以随时随地获取所关切的监控现场信息。

5、系统的可维护性：

设备可以通过授权用户进行远程控制、管理、维护，只需

短信就可以配置设备的各种参数，无需人员到基站进行现场设置，节约时间和运输成本。

6、系统的性价比：成本造价低，技术更先进，功能更强，技术延续性和可升级性更强。

三、系统功能

3.1系统组成

图1 系统组成

监测子站：

监测子站内置GSM/CDMA/GPR/3G/无线传感器网络通信模块、蓄电池充电管理电路等，与前端数据采集单元组成监测子站，其中前端数据采集单元由拉力、倾角采集单元、微气象采集

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

单元等组成，融合传感器、数据采集、无线传感器网络和新电源等技术。监测子站具以下功能：

（1）主动按设定周期上传现场架空线路前端数据采集单元采集的相关数据；（2）实时响应服务器指令，上传实时数据和一定范围内的历史数据；（3）具有休眠、唤醒功能，以节省电源。休眠期间支持短信；（4）具有失电数据保护功能；（5）具有故障自诊断及自恢复功能；（6）支持报警及报警阈值设定；（7）支持远程复位；

（8）支持联网参数设定（更改及查询服务器IP、端口）；（9）支持密码设定、子站编号设定；（10）支持校时及时间查询；

（11）支持对设备供电电压的监测功能。

服务器：

中心站可位于供电单位某机房内，能够远程集中显示所辖各高压输电线路杆塔周围的现场导线覆冰状况，并能对各监测子站进行远程操作。在中心站上主要运行服务器软件、数据库，需要配备的设备包括防火墙、宽带连接、短信发送装置等。

监控中心站能够给每个高压杆塔所在监测点设置上下限值，对导线在覆冰环境过程中实时采集数据，并传回指控中心。

（1）具有实时自动接收监测子站采集的监测数据的功能；（2）具有显示数据，并能向监测子站发送控制命令的功能；

（3）具有远程监视功能，可通过GPRS/3G无线通信网络通道，将被监视的目标实时传输及报警信号上传到监控中心。

（4）可以对所采集的数据进行分析，从而可以判断目标环境负荷情况并报警；（5）支持数据的数据库的存储，支持数据库的备份、恢复等；（6）支持监测子站数量的方便扩展。

3.2技术性能参数

倾角测量角度范围：双轴，-60°～+60°；准确度：≤±0.2°；分辨力：0.1°. 拉力传感器测量范围： 0～30kg；测量误差：≤0.1kg；测量分辨率：0.1kg；

（其他测量范围可根据现场具体情况配置不同规格拉力传感器）

微气象传感器测量范围：温度-40℃～+125℃；相对湿度0～100％；风速：

0～60m/s，风向：0°～360°；测量误差：温度≤0.5℃；相对湿度≤5％；风

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

速≤1m/s；风向≤2°；测量分辨率：温度：0.1℃；相对湿度：1%；风速：0.1m/s；风向：0.1°；雨量：0～4mm/min，分辨率：0.2mm，准确度：0.4mm（<10mm时），±4%（>10mm时）；气压测量范围：300～1200hPa，分辨率：0.1hPa，准确度：±0.3hPa；日照测量范围：0～1400W/m2,分辨率：：1W/m2,准确度：≤5％。

工作环境：温度：-40℃～+85℃；相对湿度：≤100％；大气压力：550hPa～

1060hPa；防护等级：IP65；

供电方式：太阳能+蓄电池，输入电压＋12V；

电池使用寿命：≥5年，无外部充电时可连续供电30天以上； MTBF：≥80000小时；重量：≈30kg；

适用对象：10KV~500KV高压输电线路。

3.3产品特性

通信方式灵活，支持ZIGBEE/WIFI/GSM/CDMA/GPRS和3G网络；采用进口传感器，测量精度高；

采用太阳能供电系统供电，安装维护方便；

为工业级产品，采用防水金属外壳，抗电磁干扰，适用于各种恶劣的气候

环境；

系统采用低功耗设计，采用动态电源管理策略以满足节电要求；

配备完善的后台软件，支持数据存储、查询、报表、打印、曲线图表绘制

等；

支持受控采集和自动采集，可设置报警阈值、采样间隔（10分钟~24小时）

等参数；

具有数据智能分析及报警提示功能。

满足国家电网公司企业标准《输电线路状态监测装置通用技术规范》（Q /

GDW 242 – 2010）。

3.4功能需求

3.4.1 数据采集要求

a) 具备传感、采集功能。能完成绝缘子串拉力、绝缘子串角度及温、湿度、

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

风速、风向数据的采集、测量，通过网络将测量结果传输到状态监测代理装置或状态监测主站系统。

b) 具备自动采集功能。按设定时间间隔自动采集绝缘子串拉力、绝缘子串角度及温度、湿度、风速及风向数据，最小采集间隔宜大于10 分钟，最大采样间隔应不大于40分钟，默认采样间隔为20分钟。在监测到存在覆冰可能的情况下，具备加密采集拉力及绝缘子串角度的功能；

c) 具备受控采集功能，能响应远程指令，按设置采集方式、自动采集时间、采集时间间隔启动采集；

d) 宜具备电池电压等采集功能；

e) 应具备良好的同步机制，保证各参数采集时刻的同步性。 3.4.2 数据处理与判别

a）具备数据合理性检查分析功能，对采集数据进行预处理，自动识别并剔除干扰数据；

b）具备对原始采集量的一次计算功能，得出拉力、绝缘子串角度的状态量数据。 3.4.3 数据存储

应能循环存储至少30天的等值覆冰厚度等状态量数据。

3.4.4 数据输出

输出的信息包括：等值覆冰厚度状态量数据、气温、湿度、风速及风向状态量数据，及电源电压、工作温度、心跳包等工作状态数据，数据输出要求符合Q/GDW 554-2010 输电线路等值覆冰厚度监测装置技术规范附录A。 3.4.5通信接口

通信接口和应用层数据传输规约应满足Q/GDW 242-2010 输电线路状态监测装置通用技术规范相关要求。 3.4.6 硬件与软件

a) 具备对装置自身工作状态包括采集、存储、处理、通信等的管理与自检测功能；

b) 当判断装置出现运行故障时，能启动相应措施恢复装置的正常运行状态。 3.4.7 远程更新、配置与调试

a) 应具备身份认证功能；

b) 应具备按远程指令修改采集频率、采样时间间隔、网络适配器地址等参数

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

的能力；

c) 应具备动态响应远程时间查询/设置、数据请求、复位等指令的能力；

四、硬件技术参数要求

4.1拉力采集单元

（1）量程：7~50t（根据实际需要定制）（2）测量范围：5％～100％FS（线性工作区间）（3）准确度级别（FS）：0.3 （4）技术指标：分度数n≥1000。

Zr回零误差（％FS）：±0.25。

示值误差（％FS）：±0.30。重复性R（％FS）：±0.30。

滞后H（％FS）：±0.15（根据用户需要给出）。

Sb长期稳定性（％FS）：±0.30。

线性度≤3.0％。

（5）零点与最大方位偏差：拉力传感器的示值指示装置应有零点（或作为零点）

的调节功能，调节范围应大于由自带附件重力引起的零点变化及不同工作方向引起的最大零点方位偏差。 4.2倾角传感器 4.2.1基本要求

角度传感器应耐低温、抗干扰并能在冰雪天气正常工作； 4.2.2技术参数

倾角测量角度范围：双轴≥±60°；倾角测量精度：≤±0.1°；倾角测量分辨力：±0.01°。 4.3微气象参数

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

4.3.1温度测量范围：－40℃～+50℃；分辨力：0.01℃；准确度：≤±0.5℃ 4.3.2相对湿度：测量范围：0～100%RH；分辨力：0.03%RH；准确度：≤±4.5%RH； 4.3.4风向，测量范围：0～360°；分辨力：3°；准确度：±5°；

4.3.5风速，0～60m/s；分辨力：0.1m/s；准确度：±（0.5+0.03V）m/s，V为标准风速值

4.3.7雨量，0～4mm/min,分辨率：0.2mm,准确度：0.4mm(<10mm时)，±4%(>10mm时)

4.3.8气压测量范围：300hPa～1200hPa,分辨率：0.1hPa,准确度：±0.3hPa 4.3.9日照测量范围：0～1400W/m2,，分辨力：1W/m2,准确度：≤5％ 4.4电池供电单元

4.4.1蓄电池：容量50AH

4.4.2工作温度：-30℃-60℃ 4.4.3寿命：3-5年 4.5充放电保护单元

4.5.1具有稳定的充放电过压，过流保护功能；

4.5.2具有充电保护、放电保护功能 4.5.3工作温度：-40℃-60℃ 4.6箱体、安装夹具及辅材单元

4.6.1所用附件、配件、结构件、固定件都需采用防水、防腐、防锈、防污处理。

4.6.2具有防水、防高磁高压、防腐蚀等特性，保护内置设备；

4.6.3箱体、安装夹具及辅材要设计合理，安装方便，具有多种规格的卡具，便于各种电力铁塔的安装。 4.6.4线材防老化特性 4.6.5工作温度：-40℃-60℃

五、监控中心管理平台要求

控制中心的设计主要包括微机（或工作站、工控机）、网络接入设备（ADSL宽

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

带及静态IP地址）、中心处理处理器等。控制中心的设计开发主要集中在用软件的设计开发上，一般是基于Windows操作系统的。当前用于此类软件开始、调试的工具较多，且功能强大，给控制中心软件的设计带来便利。

本项目是具有联网中的平台，软件技术是核心，包括智能视频管理操作平台、微气象管理操作平台、拉力、倾角管理操作平台等等，为本项目的实现奠定了基础。 5.1硬件环境要求

（1） CPU：双核（2）内存：1G

（3）显示卡：Nvidia Geforce FX5200 或者 ATI RADEON 7000(9000) 系列128M

显存，显卡需支持硬件缩放功能

（4）操作系统：32位简体中文\英文Windows2000、WindowsXP、Windows2003、

Windows Vista和64位简体中\英文Windows2003、WindowsXP、Windwos Vista等操作系统

（5）软件环境：IE 6.0以上版本，DirectX8.0以上版本，TCP／IP网络协议（6）系统需求：安装本软件的PC显卡需支持图像的颜色转换及缩放，目前已

测试的有Nvidia Tnt/Tnt2、Geforce Mx200/400/420/440 Fx5200/5600等系列，ATI Radeon 7000/7200/7500/8500\9000/9200/9500/9600等系列，MatroxG450/550，INTEL845G/865G等系列显卡。注意显卡的驱动必须支持硬件缩放功能。

5.2网络要求

（1）要求2M-4M以上ADSL宽带；（2）具有静态公网IP地址；

（3）开通服务器及相应客户端的端口（如3000、3001等）；（4）设置防火墙的端口映射。

六、无线通信网络解决方案

高压输电线路监控系统采用目前先进的3G无线公网数据传输技术解决视频数据传输和报警信号传输。

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

3G无线公网数据传输技术是第三代移动通信技术的简称是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，包括TD-SCDMA、W-CDMA、CDMA2000，目前在在南方一般采用中国电信的CDMA2000(3G-EVDO)网络，在北方一般采用中国联通的WCDMA网络，若考虑偏远地区信号若得问题，可以采用中国移动

的TD-SCDMA/EDGE网络。是一项全新的网络技术，可以为治安防控提供视频图像和声音，同步实现数据的远程采集、传输、储存和处理功能，具有传输距离远、速度快、抗干扰能力强、无需铺设电缆、投资成本低等优势。数据传输原理如下图所示，在移动3G信号覆盖区域内，充分利用3G公共网络通信平台，实现中心对多点的数据传输；在无移动信号覆盖区域内，可以借助无线数传电台，通过无线与无线的接力，实现数据传输。

数据传输原理图

七、远程数据采集处理单元

远程数据采集处理单元是一套数据采集处理系统，通过GPRS/3G等3G无线网络实现远程数据采集和处理。支持接入微气象数据、拉力数据、倾角数据的数据探测设备，为输电线路的安全运行提供有理数据保证；

（1）支持接入微气象数据、拉力数据、倾角数据的数据探测设备；（2）支持双向测控数据复用，内置3G网络通讯控制协议及TCP/IP协议（3）支持动态或固定IP地址方式，支持域名解析，多种触发启动模式

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

（4）内置3G网络通讯控制协议及TCP/IP协议

（5）支持动态或固定IP地址方式，支持域名解析，多种触发启动模式

八、硬件性能

8.1倾角探测器

倾角探测器具有信接口，用来与综合分析软件系统进行数据通信。探测器能自检、采集、测量，并将测量结果传输到综合分析软件系统。技术指标：

（1） IP 65防护等级（2）高分辨率0.001° （3）宽温工作-40～+85℃

（4）线路垂直方向角度范围：-60°~60°，线路方向角度范围：-60°~60°；（5）可靠性：平均无故障连续工作时间大于6300h，年故障次数不大于2次。（

6）具有数据采集、测量和通信功能，通过通信网络将测量结果传输到后端综

合分析软件系统；（7）具有在线自诊断功能； 8.2 高压线塔专用拉力传感器

采用电阻应变片组成惠斯顿电桥，通过检测弹性体应变测量出传感器所受的应力，其结构紧凑，测量精度高，抗偏能力强。本系统将柱式拉力传感器做成球头挂环的形式，取代球头挂环，安装在绝缘子串与横梁之间，测量导线的综合载荷力。

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

主要技术指标

（1）最大量程：50吨（2）输出：0～5V （3）非线性：0.1 % F S （4）滞后：0.1 % F S （5）不重复性：0.1 % F S （6）温漂：0.01 % F S/℃ （7）零位输出：≤2 % F S （8）激励电压：12V DC （9）工作温度：-30~80℃ （10）过载能力：150% F S 8.3微气象监测单元

前端监测终端主要由多参数测量气象传感器，它集成了风速，风向，温度，湿度、大气压力、日照等参数的测量，它具有结构紧凑，没有任何移动部件，坚固耐用的特点，而且不需维护和现场校准。 1、（1）测量原理：超声波（2）测量范围：0－60 米/秒（3）分辨率：0.1 m/s

（4）测量精度：±0.2 米/秒 (当风速在 0～5 米/秒范围内) 2、（1）测量原理：超声波

（2）测量范围：0 ～ 359.9°全方位，无盲区（3）分辨率：0.1° 度（4）精确度：±3° 度 3、（1）测量原理：二极管结电压测温度（2）测量范围：-40～+123.8℃

武汉风河J科技高压输电线路覆冰监测装置技术方案书

（3）分辨率：0.1℃

（4）测量精度：±0.5℃ 典型值 4、（1）测量原理：电容式（2）测量范围：0－100% RH （3）分辨率：0.05%

（4）测量精度：±2% RH 典型值 5、气压

（1）测量范围：10－1100 HPa （2）测量精度：± 0.5HPa （25℃）（3）分辨率：0.1HPa 6、（4）测量范围：0～1400W/m2

（5）准确度：≤5％（6）分辨力：1W/m2

九、系统供电解决方案

一般情况下安装输电线路野外现场的监测装置没有可供使用的交流电源，为此必须借助能量收集技术，开发独立的供电装置。目前在高压输电线路监控项目主要利用太阳能电源装置，以此解决监测装置的供电问题。

太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感发电和光生物发电。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多