基于LoRa技术的覆冰区杆塔倾斜在线监测系统设计

一、  监测的必要性

随着我国经济的快速发展，电能已成为经济增长中不可或缺的重要能源，电力系统一旦遭受破坏，将对人们的日常生产生活产生巨大的影响。尤其是近年来随着构建智能电网战略的提出，人们对坚强、智能电网的要求越来越高。湖南，云南，贵州，广西等省份的部分地区由于独特的气候条件，在冬季极易发生线路覆冰现象。 尤其是在山区，由于地势起伏大，极易出现杆塔两侧线路覆冰不均衡，进而造成杆塔两侧拉力不平衡引发杆塔倾斜。如果杆塔倾斜不能被及时发现将会导致严重的输电杆塔倒塌（以下简称“倒塔”）事故 ，造成重大经济损失。

目前对输电杆塔倾斜的检查主要采用人工巡视、视频监控等方法 。人工巡视时电力工人采用经纬仪对输电杆塔倾斜程度进行测量，工作效率低，工人劳动强度大，无法避免由于人为因素造成的测量误差，而且在有些山区由于地势险峻，无法架设经纬仪进行测量。采用视频监控时存在投资成本高，供电困难等问题。最关键的是这些检测方式只能在杆塔发生倾斜后才能够检测出来，运行人员无法实时掌握每个杆塔的运行参数，不利于运行人员及时采取有效措施对潜在的危险进行处理。

针对该问题，建立了一套覆冰区输电杆塔倾斜在线监测系统。本系统采用倾角传感器作为检测及预警杆塔倾斜的依据，使用LoRa 无线技术进行被检测区段内的数据交互，使用ＧＰＲＳ 技术进行数据的远程传输，使用太阳能电池板提供能源。该系统实现了覆冰区输电杆塔倾斜的在线检测及预警等功能，对输电杆塔倾斜情况的在线监测及预防倒塔事故的发生有一定促进作用。

二、  系统简介

按照各部分功能不同，本系统可划分为现场控制层、集中控制层和远程控制层三个层次设计。 现场控制层是指安装在输电杆塔处的无线倾角传感器。主要负责输电杆塔倾斜状况的实时检测。 集中控制层就是安装在输电杆塔处的采集器和太阳能板等设备。 主要负责汇总各无线倾角传感器发送来的输电杆塔的倾斜及拉力信息，并在LoRa数据帧和ＧＰＲＳ数据帧之间进行帧格式转换。远程控制层是指安装在远程监控中心的远程监控终端，主要负责对集中器发送的各个杆塔的状态信息进行处理和存储，并根据测量值向运行人员提出建议。 系统结构框图如下图所示。

三、  系统组成

1、无线倾角传感器

wuxiiot传感的无线倾角传感器采用最先进的无线物联网技术——LORA技术，同时具有低功耗和长距离通信的特性，通信距离可达5km，传感器内置单/双通道地球引力倾斜单元，通过测量静态重力加速度，转换成倾角变化。从而可以测量传感器输出相对于水平面的倾斜角度。能实时输出当前的姿态倾角。无线倾角传感器使用简单，是角度物理量检测和监测的理想选择，抗外界电磁干扰能力强、可适应在工业恶劣环境中长期工作。

产品特点

●  超低功耗，使用寿命＞10年@每小时采集并发送一组数据

●  长距离通信，相邻通信节点距离可达5km以上

●  无线自组网功能，传感器能够与LORA数据接收器自动完成组网，网络连通率高

●  外形小巧，重量轻，方便安装

 产品参数

2、LoRa数据接收器

wuxiiot传感的MMS-F-1000型LoRa数据接收器能为各种LoRa无线传感器提供网络路由，接收网络范围内所有传感器发送的数据，同时把接收到数据进行打包并通过USB接口传输给后台的解调软件，MMS-F-1000型LoRa数据接收器采用USB供电，使用方便，配合笔记本电脑和解调软件，非常适用于工程现场的临时数据采集和分析。

产品特点

●  长距离通信，网络覆盖半径可达5km以上

●  自动组网，无需现场配置

●  外形小巧，重量轻，使用方便

产品参数

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