一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统

1.本发明涉及输电线路监测技术领域，具体为一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统。


背景技术：

2.垭口地区是山脉中长条形低洼地带，常年处于低温高湿的气象环境，又因地形原因，该地区也是气流加速通过区域，这意味着该地区输电线路极易受到低温高湿强风三种微气象因素影响发生覆冰过载、脱冰跳跃等故障。相关研究表明，当垭口地区风速超过当地平地风速10％及以上，且遇上低温(0℃及以下)、高湿(湿度超过85％及以上)气候时，流经垭口的风将携带大量冷却水滴与输电导线相撞，从而在导线上冷凝形成覆冰，大量覆冰与强风共同作用，最终易导致输电线路出现断线故障，给该地区的电网稳定运行带来极大危害。
3.目前传统输电线路检测仍旧依靠大量维护人员进行定期人工巡检，虽然能够发现设备故障及隐患，但由于这种输电线路检测方式具有一定自身局限性，且人工巡检的空窗期容易发生故障不能及时发现等问题。因此面对垭口地区特殊复杂的微气象环境易造成的故障问题，人工巡检无法有针对性地提前预警异常气象信息，从而降低输电线路损失至最小甚至零损失。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提出一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，以解决上述背景中提到的人工巡检无法及时发现故障隐患，无法针对性地预警垭口地区异常气象信息等问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，包括以下部分：第一部分，采集层，该部分包含输电线路微气象预警系统的终端硬件，可通过不同的传感器对所需监测的微气象数据进行实时采集。第二部分，传输层，该部分为基站，主要负责对采集层已采集到的微气象数据进行传输，送至云平台。第三部分，云平台层，云平台层中的云平台可用于接收基站传输来的微气象数据信息，并对其进行存储、处理。第四部分，应用层，应用层所含监测中心与云平台通过api接口连接以传输微气象数据，监测中心负责对数据进行分析，并对超过气象数据限制线的异常数据发出警报。
6.所述的终端硬件，包括传感器、mcu主控芯片、nb-iot模组、电源模块，主要负责实时采集所需监测的温度、湿度、风速三种微气象数据。
7.所述的基站，主要负责对采集层已采集到的微气象数据进行传输，送至云平台。
8.所述的云平台采用中国移动onenet平台，该平台可适配nb-iot网络接入方式，能实现该系统设备的数据获取,数据存储,数据展现。
9.所述的监测中心通过api接口向云平台下载所需的微气象数据，通过对微气象数据进行分析，比对设定的气象数据限制线，对超过气象数据限制线的异常数据发出警报，没
超过气象数据限制线的数据进行存储。
10.所述的传感器包括温湿度传感器和风速传感器，其中温湿度传感器采用光栅光纤温湿度传感器，负责温度与湿度的两种气象数据的采集；风速传感器采用光栅光纤风速传感器，负责风速的气象数据采集。
11.优选的，传感器包括温湿度传感器和风速传感器，其中温湿度传感器采用光栅光纤温湿度传感器，负责温度与湿度的两种气象数据的采集，具有抗污性、抗干扰能力强、使用寿命长等特点，更适合野外复杂环境作业；风速传感器采用光栅光纤风速传感器，负责风速的气象数据采集，可实时测量风速。
12.优选的，mcu主控芯片采用stm32f103c8t6芯片，mcu对nb-iot模组之间的控制及数据传输是采集层的控制核心。
13.优选的，nb-iot模组选用其bc26模块，负责系统通信，可将传感器采集的数据发送至运营商基站。
14.本发明的优点在于：面对垭口地区低温高湿强风的典型微气象环境，本系统可以实时监测三种极易造成输电线路故障的微气象数据，先由采集层的温湿度传感器和风速传感器采集温度、湿度、风速的气象信息，再通过nb-iot技术将全部气象数据传输至云平台，当监测中心需要处理分析气象数据时，经过api接口从云平台下载所需气象数据，并分析处理后，可以及时对超过气象数据限制线的异常数据进行预警提醒，达到对该垭口地区输电线路微气象有针对性的监测预警，相对于人工巡检，可以做到输电线路由微气象引起故障的少损失甚至零损失。
附图说明
15.图1为本发明的系统结构示意图；
16.图2为本系统采集层输电线路微气象预警系统的终端硬件结构图；
17.图3为本系统监测中心处理数据的流程图。
具体实施方式
18.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明中的实施例,本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例,都属于本发明保护的范围。
19.如图1所示，本发明的一实施例提出的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，包括如下部分：
20.第一部分，采集层，该部分包含输电线路微气象预警系统的终端硬件，可通过不同的传感器对所需监测的微气象数据进行实时采集。
21.第二部分，传输层，该部分为基站，主要负责对采集层已采集到的微气象数据进行传输，送至云平台。
22.第三部分，云平台层，云平台层中的云平台可用于接收基站传输来的微气象数据信息，并对其进行存储、处理。
23.第四部分，应用层，应用层所含监测中心与云平台通过api接口连接以传输微气象
数据，监测中心负责对数据进行分析，并对超过气象数据限制线的异常数据发出警报。
24.光栅光纤传感器属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格(bragg)波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。运用在微气象信息采集领域，它可以采集多种气象信息的数据，可以满足本系统对温度、湿度、风速的采集需求。且光纤光栅传感器灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰，可以适应垭口低温高湿强风的野外作业环境，具有良好的长期稳定性和耐久性。
25.nb-iot指宽窄物联网(narrow band-internet of things)技术,是一个新兴的技术，具有覆盖广、大连接、低功耗、低成本等特点，对于输电线路的监测系统是一种适用性高的数据传输手段，可以高效传输采集层采集到的气象信息供监测中心分析处理。
26.基于上述优点，本发明架构出了一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，首先由采集层的温湿度传感器和风速传感器实时采集该垭口地区的温度、湿度、风速三种典型气象信息数据；其次采集到的全部气象数据由mcu进行微气象数据的封装和解析等过程；再利用nb-iot作为传输技术将气象数据通过基站发送至云平台进行中转存储。当监测中心需要进行微气象数据分析处理时，可通过api接口由云平台处下载获取所需的微气象数据信息，并对微气象数据进行分析处理后，对异常气象数据发出预警。
27.采集层输电线路微气象预警系统的终端硬件结构图如图2所示，终端硬件包括传感器、mcu主控芯片、nb-iot模组、电源模块，主要负责采集所需监测的温度、湿度、风速三种微气象数据。气象传感器包括温湿度传感器和风速传感器，其中温湿度传感器采用光栅光纤温湿度传感器，负责温度与湿度的两种气象数据的采集，具有抗污性、抗干扰能力强、使用寿命长等特点，更适合野外复杂环境作业；风速传感器采用光栅光纤风速传感器，负责风速的气象数据采集，可实时测量风速。mcu主控芯片采用stm32f103c8t6芯片，mcu对nb-iot模组之间的控制及数据传输是采集层的控制核心。nb-iot模组选用其bc26模块，负责系统通信，可将传感器采集的数据发送至运营商基站。电源模块负责为采集层的其他部分供电。
28.监测中心对微气象数据处理流程如图3所示，首先根据不同垭口地区的微气象特点，有针对性地设定该垭口地区的气象数据限制线；其次通过采集层的各气象传感器采集所需的温度、湿度、风速三种气象数据；然后利用nb-iot作为传输技术将气象数据通过基站传输至云平台进行中转存储；接着监测中心可通过api接口由云平台处下载各传感器采集到的微气象数据；下一步通过对微气象数据的分析处理，判断是否有异常气象数据超过设定气象数据限制线；若有异常气象数据出现，监测中心将立刻发出警报，提醒监测人员进一步检查分析输电线路发生故障的可能性；若无异常气象数据出现，则进入下一步流程，对微气象数据进行存储留档，方便日后调查分析该垭口地区不同时期微气象变化对输电线路的影响。
29.综上所述，本发明公开的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，有针对性地实时监测易造成输电线路故障的气象数据，利用光栅光纤技术采集气象数据，利用低功耗的nb-iot技术传输数据，在监测中心对气象数据进行分析判断，实现了对垭口地区输电线路异常气象的预警和监测系统，减少了因人工巡检的局限性带来的故障检测不及时所造成的损失。

技术特征：
1.一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，其特征在于，所述监测系统包括以下部分：第一部分，采集层，该部分包含输电线路微气象预警系统的终端硬件，可通过不同的传感器对所需监测的微气象数据进行实时采集。第二部分，传输层，该部分为基站，主要负责对采集层已采集到的微气象数据进行传输，送至云平台。第三部分，云平台层，云平台层中的云平台可用于接收基站传输来的微气象数据信息，并对其进行存储、处理。第四部分，应用层，应用层所含监测中心与云平台通过api接口连接以传输微气象数据，监测中心负责对数据进行分析，并对超过气象数据限制线的异常数据发出警报。2.根据权利要求1所述的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，其特征在于：第一部分所述的终端硬件，包括传感器、mcu主控芯片、nb-iot模组、电源模块，主要负责实时采集所需监测的温度、湿度、风速三种微气象数据。3.根据权利要求1所述的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，其特征在于：第二部分所述的基站，主要负责对采集层已采集到的微气象数据进行传输，送至云平台。4.根据权利要求1所述的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，其特征在于：第三部分所述的云平台采用中国移动onenet平台，该平台可适配nb-iot网络接入方式，能实现该系统设备的数据获取,数据存储,数据展现。5.根据权利要求1所述的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，其特征在于：第四部分所述的监测中心通过api接口向云平台下载所需的微气象数据，通过对微气象数据进行分析，比对设定的气象数据限制线，对超过气象数据限制线的异常数据发出警报，没超过气象数据限制线的数据进行存储。6.根据权利要求2所述的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，其特征在于：所述的传感器包括温湿度传感器和风速传感器，其中温湿度传感器采用光栅光纤温湿度传感器，负责温度与湿度的两种气象数据的采集；风速传感器采用光栅光纤风速传感器，负责风速的气象数据采集。7.根据权利要求2所述的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，其特征在于：所述的mcu主控芯片采用stm32f103c8t6芯片，mcu对nb-iot模组之间的控制及数据传输是采集层的控制核心。8.根据权利要求2所述的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，其特征在于：所述的nb-iot模组选用其bc26模块，负责系统通信，可将传感器采集的数据发送至运营商基站。9.根据权利要求2所述的一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，其特征在于：所述的电源模块，负责为采集层的其他部分供电。

技术总结
本发明公开了一种适用于垭口地区的输电线路微气象监测系统，包括以下部分：第一部分，采集层，该部分包含输电线路微气象预警系统的终端硬件，可通过不同的传感器对所需监测的微气象数据进行实时采集。第二部分，传输层，该部分为基站，主要负责对采集层已采集到的微气象数据进行传输，送至云平台。第三部分，云平台层，云平台层中的云平台可用于接收基站传输来的微气象数据信息，并对其进行存储、处理。第四部分，应用层，应用层所含监测中心与云平台通过API接口连接以传输微气象数据，监测中心负责对数据进行分析，并对超过气象数据限制线的异常数据发出警报。该监测系统可通过实时采集的微气象数据与提前设置的气象数据限制线进行对比，协助工作人员及时发现垭口地区的异常气象信息，提前预警可能发生输电线路故障，避免人工巡检因时间差导致的漏检误检。免人工巡检因时间差导致的漏检误检。免人工巡检因时间差导致的漏检误检。


技术研发人员：陈静 王玥 李海洋 蔡金
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/16