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1、(10)申请公布号 CN 102422138 A (43)申请公布日 2012.04.18 CN 102422138 A *CN102422138A* (21)申请号 201080019246.3 (22)申请日 2010.04.29 61/174,228 2009.04.30 US G01L 1/22(2006.01) (71)申请人 地下交通系统股份有限公司 地址 美国纽约 (72)发明人 PA亚历克斯 D布里斯 L菲施 C里帕斯 许春川 (74)专利代理机构 北京林达刘知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 11277 代理人 刘新宇 (54) 发明名称 架空电力线监视器 (57) 摘要。
2、 用于监视和测量电力导线的电参数和机械参 数的装置。该装置的传感器测量导线温度、 架空 导线的倾斜角、 导线中流动的电流以及到地的电 压。该装置具有不测量电力导线的参数的低功率 模式。在检测到电力导线的电参数值或机械参数 值的变化时， 该装置在返回低功率模式之前、 在预 定长度的时间内测量电力导线的参数。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.10.31 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2010/033009 2010.04.29 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/127145 EN 2010.11.04 (51)Int.Cl. (19)中华人民共。
3、和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 8 页 CN 102422150 A1/2 页 2 1. 一种监视设备， 用于监视电力导线的运行， 所述监视设备包括 ： 一个或多个传感器， 用于测量与所述电力导线相关联的各个参数 ； 水平传感器， 用于检测所述电力导线的一个或多个参数的变化， 并且响应于检测到参 数的变化而使所述监视设备从第一运行模式切换至第二运行模式 ； 以及 电源， 其独立于所述电力导线， 其中 在所述监视设备处于所述第二运行模式时， 所述一个或多个传感器在预定长度的时间 内测量与所述电力导线相关联的各个参数， 以及 在所述第一运行模式下。
4、， 所述一个或多个传感器不测量所述各个参数。 2. 根据权利要求 1 所述的监视设备， 其特征在于， 所述参数的变化是指该参数跨越了 预定阈值。 3. 根据权利要求 2 所述的监视设备， 其特征在于， 所述参数是电特性值。 4. 根据权利要求 3 所述的监视设备， 其特征在于， 所述电特性值是所述电力导线中的 电流的变化。 5.根据权利要求4所述的监视设备， 其特征在于， 所述预定阈值是至少为0.1安培的电 流。 6. 根据权利要求 4 所述的监视设备， 其特征在于， 所述电特性值是所述电力导线的电 压的变化。 7. 根据权利要求 6 所述的监视设备， 其特征在于， 所述预定阈值是至少为 0.。
5、01 千伏的 电压。 8. 根据权利要求 1 所述的监视设备， 其特征在于， 所述参数的变化是指该参数的值的 变化达到了预定量。 9. 根据权利要求 8 所述的监视设备， 其特征在于， 所述参数的值的变化是指所述电力 导线中的电流的变化。 10. 根据权利要求 9 所述的监视设备， 其特征在于， 所述电流的变化是指至少增长了 0.1 安培。 11. 根据权利要求 8 所述的监视设备， 其特征在于， 所述参数的值的变化是指所述电力 导线的电压的变化。 12. 根据权利要求 11 所述的监视设备， 其特征在于， 所述电压的变化是指大于 0.01 千 伏。 13. 根据权利要求 2 所述的监视设备，。
6、 其特征在于， 所述电力导线的一个或多个参数的 变化是机械变化。 14. 根据权利要求 13 所述的监视设备， 其特征在于， 所述机械变化是指所述电力导线 的大于零且小于预定频率的连续振动持续了预定长度的时间。 15.根据权利要求14所述的监视设备， 其特征在于， 所述预定频率在0.1Hz1Hz的范 围内， 并且所述预定长度的时间大于 0.1 秒。 16.根据权利要求14所述的监视设备， 其特征在于， 所述预定频率在1Hz150Hz的范 围内， 并且所述预定长度的时间大于 0.1 秒。 17. 根据权利要求 13 所述的监视设备， 其特征在于， 所述机械变化是指所述电力导线 的温度的预定变化。。
7、 权 利 要 求 书 CN 102422138 A CN 102422150 A2/2 页 3 18. 根据权利要求 13 所述的监视设备， 其特征在于， 所述机械变化是指所述电力导线 的预定倾角。 19. 根据权利要求 8 所述的监视设备， 其特征在于， 所述参数是温度， 并且所述电力导 线的温度的变化是指温度变化了至少 0.1 摄氏度。 20. 根据权利要求 8 所述的监视设备， 其特征在于， 所述参数是倾角， 并且所述电力导 线的倾角的变化是指倾角变化了至少 0.1 度。 21. 根据权利要求 1 所述的监视设备， 其特征在于， 还包括通信装置， 所述通信装置接 收外部控制信号， 并且响。
8、应于接收到所述外部控制信号而根据预定的安排使所述监视设备 在所述第二运行模式下运行。 22. 根据权利要求 21 所述的监视设备， 其特征在于， 所述通信装置能够从所述电力导 线上的第一监视设备接收信息， 并且向所述电力导线上的第二监视设备发送信息。 23. 根据权利要求 1 所述的监视设备， 其特征在于， 所述电力导线是直流电力导线。 24. 根据权利要求 1 所述的监视设备， 其特征在于， 还包括壳体， 所述壳体能够以可拆 卸的方式连接至有源电力导线。 25. 一种监视方法， 用于通过电力线监视器来监视电力导线的运行， 所述监视方法包 括 ： 从独立于所述电力导线的电源对所述电力线监视器供。
9、电 ； 检测所述电力导线的参数的变化 ； 响应于检测到所述变化， 使所述电力线监视器从第一运行模式切换至第二运行模式 ； 以及 当所述电力线监视器处于所述第二运行模式时， 测量与所述电力导线相关联的参数， 其中 当所述设备处于所述第二运行模式时， 所述电力线监视器在预定长度的时间内测量与 所述电力导线相关联的参数， 以及 当所述设备处于所述第一运行模式时， 所述电力线监视器不测量所述参数。 权 利 要 求 书 CN 102422138 A CN 102422150 A1/9 页 4 架空电力线监视器 0001 本申请要求 2009 年 4 月 30 日提交的美国临时申请 61/174,228 。
10、的优先权， 该临时 申请的全部内容通过引用包含于此。 技术领域 0002 本发明大体涉及用于监视和测量电力导线的运行参数的设备。更特别地， 可以将 该设备安装在架空电力传输线上， 以监视AC或DC电力系统的电运行、 热运行和机械运行的 状态。 背景技术 0003 可以将用于测量电力线参数的仪器安装在电力线上。 这种电力线监视器包括传感 器以感测电力线的电特性及机械特性。 某些电力线监视器包括用于分析架空电力导线的特 定参数的性能的能力。典型地， 这些仪器对完整分析电力系统所需的众多参数的子集进行 测量。 0004 电力线对人可能有危险， 并且通常被架高到地面上方不容易到达的安全距离处。 由于电。
11、力线监视器通常位于架空电力线上， 可能难以提取感测到的参数。 典型地， 将来自各 电力线监视器的感测到的参数和分析结果无线传送至各地面站。即， 各仪器收集数据以经 由本地地面接收站进行传输， 相应地， 本地地面接收站将原始数据和分析后的数据再传送 至中央控制站以进行进一步的相关和分析。 0005 由于架空电力线上的电力线监视器的位置不便， 因而可能难以向电力线监视器提 供例如电力和数据通信的服务。特别地， 需要向监视器中的电子元件供电。典型地， 一些电 力线监视器从通电电力线周围的电场吸取电力以向电子元件供电。在此情况下， 电力线中 的电流使得在电力线周围建立了磁场。该磁场在监视器内部的线圈中。
12、感应出电流， 随后利 用该电流向电子元件供电。 发明内容 0006 本申请公开了用于监视电力导线的运行的设备和方法。 该设备包括用于测量与电 力导线相关联的各个参数的一个或多个传感器。 设置水平传感器以检测电力导线的一个或 多个参数的变化并且响应于检测到的变化而使该设备从第一运行模式切换至第二运行模 式。该设备的电源独立于电力导线。当该设备处于第二运行模式时， 所述一个或多个传感 器在预定长度的时间内测量与电力导线相关联的各个参数， 并且在第一运行模式下， 所述 一个或多个传感器不测量各个参数。 附图说明 0007 图 1 是安装在悬链 (catenary) 电力导线上的本发明的设备 ； 00。
13、08 图 2 是本发明的设备的外部示意图 ； 0009 图 3 是本发明的设备的部分剖面图 ； 说 明 书 CN 102422138 A CN 102422150 A2/9 页 5 0010 图 4 是本发明的设备的实施例的内部部件的示意图 ； 0011 图 5 是电子部件的实施例的外部示意图 ； 0012 图 6 是电子部件的实施例的内部示意图 ； 0013 图 7 是本发明的设备中的电子框图 ； 0014 图 8A 和 8B 是主控制器的框图。 具体实施方式 0015 图 1 示出与电力导线 110 一起使用的架空电力线系统 100 的特定应用， 其可以是 例如向电动列车、 电车或其它交通。
14、工具供电的类型。本发明的电力线监视器用于感测或测 量向交通工具供电的电力导线的参数。针对电动列车系统， 电力线监视器可以用于监视电 力线的诸如电流、 温度、 电压、 倾角和振动等的参数。 在本应用中， 将电力线监视器安装在被 示出为悬链线的导线 110 上， 并且电力线监视器包括接受从用于监视滑接线 120 的温度的 温度测量装置 150 所输入的外部温度的能力。电动列车与滑接线电接触， 其中， 滑接线提供 来自架空电力导线的电力以提供使交通工具运行的电力。 0016 电动列车吸取由馈电站 ( 未示出 ) 提供给架空电力线系统中的电力导线 110 和 120 的电流。有源电力导线是承载电流的导。
15、线。可以利用列车上的诸如集电弓、 弓形集电 器、 集电杆或其它装置等的集电器抵接架空电力线系统100的滑接线或接触线120。 集电器 是导电性的， 并且集电器使得电流能够经由集电器流到列车马达和列车的其它电气装置并 经由例如列车的钢轮和轨道的一侧或两侧的运行轨返回到馈电站。 0017 通过电力导线 110 从上方支撑滑接线 120， 这里， 电力导线 110 还称为 “悬链线” 、 “电力导线” 、“吊线” 、“电力线” 、“传输线” 和 “导线” 。悬链线跟随悬挂在两点之间的线的自 然路径， 从而形成悬链曲线。以规律的间隔通过引下线 (drop wire) 将悬链线 110 连接至 滑接线1。
16、20。 悬链线自身由诸如塔等的机械结构(未示出)规律地支撑， 从而创建多个悬链 线段。当电动列车进入悬链线支撑件之间的悬链线段时， 对该特定悬链线段供电。 0018 以下说明的电力线监视器 140 位于悬链线 110 上。可以利用诸如电阻温度检测器 (RTD) 等的温度测量装置 150 来监视悬链线 110 的温度和滑接线 120 的温度。电力线监视 器包括用于感测与悬链线相关联的电参数和机械参数的传感器。 传感器可以包括用于测量 导线电压、 导线电流、 导线温度、 导线振动和导线倾角的装置。 0019 电力线监视器包括水平传感器以感测电力导线的一个或多个机械参数和电参数 的变化。 水平传感器。
17、可以感测跨越了预定阈值的参数或者相对于先前值变化了预定量的参 数。相应地， 水平传感器提供信号以改变电力线监视器的运行模式。例如， 当导线中的电流 达到预定阈值时， 水平传感器提供信号。 在特定实施例中， 当来自电流传感器的信号表示导 线电流的升高大于预设安培水平时， 水平传感器提供信号。 在一个实现中， 用于产生信号的 导线电流的升高在10安培以下的范围内， 例如0.1安培。 或者， 水平传感器可以将来自垂度 (sag) 传感器、 振动传感器或温度传感器的信号与预定阈值相比较， 并且如果该信号达到阈 值则提供输出。在一个实现中， 导线倾角增大 0.1 度以上 ( 例如 0.5 度 ) 将使得。
18、监视器切 换至激活模式。在另一实现中， 温度升高 0.1 摄氏度以上 ( 例如 5 摄氏度 ) 将使得监视器 切换至激活模式。以下提供合适的水平传感器的例子。 0020 在另一实施例中， 当检测到导线的 “驰振(galloping)” 状态时， 水平传感器提供信 说 明 书 CN 102422138 A CN 102422150 A3/9 页 6 号。将 “驰振” 状态定义为导线的在约 0.1Hz 1Hz 范围内的低频振动持续了预定长度的时 间， 例如持续了 0.1 秒以上、 持续了五分钟以上或者持续了好几个周期。可选地或附加地， 当检测到风成 (Aeolian) 振动时， 水平传感器提供信号。
19、。风成振动是电力导线的约 1Hz 150Hz 的振动持续了很少的几个周期。 0021 可以采用外部地面站或中继站160作为安装在架空导线上的电力线监视器140的 配套物。 可以利用地面站来实现与一个或多个架空导线监视装置通信的双向远程通信信道 170。地面站获取与诸如以下的电力线运行参数相关的数据 ： 能够影响电力线监视器所测 量到的导线温度的环境温度以及太阳辐射强度。 地面站还可以用于存储从监视器收集到的 数据， 并且通过第二通信信道 180 将所存储的数据转发至远程计算机。第二通信信道包括 GSM/GPRS 无线数据服务、“普通老式电话系统” 地面线、 因特网或其它无线连接。地面站可 以由。
20、电池、 光伏电池以及 AC 或 DC 电源中的任意一个或者结合来供电。 0022 电力线监视器的电源优选独立于电力导线。 可以利用板上电源、 自身包含的电源， 并整合电池电力、 光伏电力以及超级电容器 / 超电容器以向监视器长期供电。即， 在一个实 现中， 电源不从电力导线吸取电力。电力线监视器包括无线通信技术以将数据远程通信至 用户设备、 地面站 160 或安装在电力线上的其它设备。 0023 电力线监视器优选具有以下更详细说明的两个运行模式。在第一运行 (“待机” ) 模式中， 电力线监视器不对电力导线进行测量。在第二运行 (“激活” ) 模式中， 电力线监视 器在预定长度的时间内对电力导。
21、线进行测量。测量结果可以存储在电力线监视器中， 并且 远程通信至用户设备、 地面站 160 或安装在电力线上的其它设备。电力线监视器可以基于 来自水平传感器的信号在第一运行模式和第二运行模式之间切换。即， 当水平传感器针对 电力导线参数检测到一个或多个预先选择的水平变化时， 电力线监视器从待机模式切换至 激活模式。 0024 图 2 示出电力线监视器 200 的实现。电力线监视器可以是无论电力导线是否承载 电流都能够以可拆卸的方式安装在该导线周围的 “面包圈形” 装置。将传感器和监视器的 电子元件置于外壳或壳体 230 中。在一个实现中， 将监视器分割开以使其能够围绕电力导 线配置。外壳围绕铰。
22、链 210 转动， 从而打开外壳中的裂口 240。电力导线穿过面包圈形监视 器中的开口 250。设计电力线监视器的其它围绕物以围绕有源电力线安装监视器。 0025 电池开关 220 可在壳体上操作。电池开关 220 可以是瞬时接触推式按钮开关。当 开关220致动时， 开关220使电池不能向系统供给电力， 从而使例如从电力导线移除监视器 的情况下的内部电池的消耗最小化。 0026 使电力线监视器的电源独立于电力导线的一个优点是， 使得线供电装置运行所需 的被监视导线中的电流阈值最小。此外， 该线电流必须是 AC 电流。即， 有时， 电力导线承载 的电流可能不足以对监视器提供能量。在其它时候， 导。
23、线可能具有 DC 电流。 0027 作为另一优点， 电力线监视器的独立电源不需要用于从被监视的电力线导出电力 的磁芯。 对于成束的导线、 悬链状的悬挂导线和其它复杂几何形状的导线， 当在监视器中利 用磁芯来将与导线中流动的电流相关联的场转换为装置的运行电力时， 该磁芯用作滤波扼 流圈并且使得导线组件中安装有该装置的导线部分的阻抗相对于其它部分的阻抗增大了。 电力导线的阻抗变化可能减小或者影响流经导线的一部分的电流， 并且由此影响流经电力 线监视器自身的电流。在导线束中， 磁芯具有使一根导线中的电流相对于束内其它导线中 说 明 书 CN 102422138 A CN 102422150 A4/9。
24、 页 7 的电流减小的作用。 0028 在另一应用中， 由于电力线监视器不需要从导线吸取电力， 因而该监视器可以在 直流 (DC) 电力导线上使用。 0029 电力线监视器可以利用无线网状网络以进行数据远程通信。 从一个电力线监视器 向安装在电力线上的其它设备远程通信数据的优点是， 以 “菊花链” 方式将感测到的数据传 送至中央位置， 减少了从电力线监视器收集数据所需的地面站的数量。 0030 本发明的电力线监视器还可以用于监视诸如风力发电机等的分布式发电系统， 在 风力发电机中， 系统中的电流可能来自各个方向 - 流入风力发电机或者从风力发电机流 出。 有时该电流可能低， 使得用于从导线吸取。
25、电力以向电力线监视器提供能量的电流不足。 0031 电压监视 0032 电力线监视器可以包括电压传感器以利用例如监视器和地面之间的容性漏电流 的主成分来测量导线电压。基于测量出的漏电流， 可以将输入电压自动确定为从 1kV 1100kV 以上。 0033 除导线电压之外， 可以根据电力导线的容性漏电流信号来确定电压波形。在一个 实施例中， 以每秒至少10个样本、 例如每秒600个样本的速率对波形进行采样， 并且根据容 性漏电流每秒测量一次 RMS 电压。样本可以存储在电力线监视器中并且用于检测和分析电 力导线的变化。 0034 电流监视 0035 电力线监视器可以包括诸如 Rogowski 线。
26、圈等的电流传感器以测量电力导线中的 电流。Rogowski 电流感测线圈的输出是与输入电流成比例的电压。在一个实施例中， 电力 线监视器以每秒至少 10 个样本、 例如每秒 600 个样本的速率对 ( 从电流感测线圈导出的 ) 电压波形进行采样。微控制器对采样到的波形每秒进行一次 RMS 计算。样本可以存储在电 力线监视器中并且用于对干扰进行检测和分析。在一个实施例中， 电流传感器在室温下以 0.2的读取精度来检测 0 3000 安培的电流。在另一实施例中， 电流传感器在室温下以 0.2的读取精度来检测 0 300 安培的电流。 0036 温度监视 0037 电力线监视器可以通过例如诸如 AE。
27、MC 的型号为 6250 的微欧姆计或 OMEGA 白金 pt100 RTD 温度探测传感器等的电阻温度传感器 (RTD) 探测器来测量导线温度。 0038 图 3 示出电力线监视器 140 的部分剖面图。可以将两个温度感测探测器 410 安装 至监视器 140。当监视器安装在电力导线上时， 各温度探测器的端部 412 与该电力导线接 触。 温度探测器410应当与电力线监视器的壳体电绝缘和热绝缘。 在此实施例中， 温度探测 器测量从 -50 摄氏度 +300 摄氏度的导线温度， 并且产生表示测量出的温度的输出信号。 上文参照图 1 说明的第三和第四温度探测器 150 在电力线监视器壳体的外部，。
28、 用于监视电 动列车系统用的滑接线的温度。 0039 在一个实施例中， 当电力线监视器处于激活模式时， 每秒对表示导线温度的 RTD 的输出信号采样一次， 并且维护最近十秒内的滑动平均 (running average)， 以使得在任意 时刻所传送的温度是在紧前十秒内采到的样本的平均值。 0040 倾角监视 0041 电力线监视器可以包括诸如倾斜计或倾斜传感器等的传感器以测量导线的倾角， 说 明 书 CN 102422138 A CN 102422150 A5/9 页 8 倾斜计的例子有 Reiker 液体电容性倾斜计或 Spectron 仪器 Spectrotilt 倾斜计等。在一 个实现中。
29、， 倾斜计能够以约 0.02 度的精度和约 0.01 度的分辨率测量导线相对于水平面的 在 -13 +13 度之间的倾角。在激活模式下， 电力线监视器维护最近三十秒内的倾角测量 的滑动平均， 从而使该监视器在任意时刻传送作为在紧前三十秒内感测到的倾角测量的平 均倾角测量值。 0042 振动监视 0043 电力线监视器可以包括诸如 Analog Devices 加速度计等的传感器以测量导线的 振动。在一个实现中， 加速度计可以测量导线的在 0.1 150Hz 之间的振动。例如， 测量在 0.1 1Hz 范围内的振动、 在 0.1 2Hz 范围内的振动、 在 1 150Hz 范围内的振动或者在 1。
30、0 150Hz 范围内的振动。在激活模式下， 电力线监视器传送作为在紧前三十秒内感测到 的振动测量的平均振动测量值。 0044 数据通信 0045 在一个实施例中， 电力线监视器具有至少两个适合同时通信的通信端口。第一通 信端口可以用于与地面站、 其它电力线监视器或其它外部源进行数据收发。 例如， 第一通信 端口可以是低功率 XBEE IEEE 802.15.4 规格的无线电收发器等。第二通信端口可以用于 现场更新 (field update) 电力线监视器的固件 / 软件。可以在监视器壳体的外部对第二 通信端口进行访问。现场更新端口可以是有线 RS-232 通信接口， 该接口允许与电力线监视。
31、 器直接连接以进行制造以及在从电力导线上移除单元时进行诊断。 当进行了针对现场更新 端口的直接连接时， 可以经由第二通信端口从外部源提供电力线监视器的电力。 0046 当电力线监视器经由如图3所示放置在监视器壳体外部的天线420利用外部电力 运行时， 该监视器能够异步通信。 0047 运行模式和模式切换 0048 电力线监视器能够在待机模式和激活模式下运行。在待机模式下， 电力线监视器 仅运行所选择的部分以节省电力。例如， 在待机模式下， 监视通信端口的输入信号， 但不从 监视器进行传输。此外， 在待机模式下， 通过水平传感器监视所选择的传感器的输出信号， 以确定来自这些传感器的输出信号何时超。
32、过预定阈值。 然而， 在待机模式下， 既不采集也不 记录电力导线参数的测量值。 当电力线监视器处于激活模式时， 采集并记录电力线参数。 待 机模式是用于在电池供电的监视器中节省电力的超低功率模式。 通过减少到地的漏电流而 部分节省了电力。例如在一个实施例中， 来自电池的耗用电流小于 1 微安。 0049 当处于待机模式时， 在导线参数值跨越了预定阈值或导线参数值相对于先前值变 化了预定量的情况下， 水平传感器提供输出。 在一个实施例中， 水平传感器是将来自电力线 监视器中的一个或多个传感器的输出信号与输出信号各自的预定阈值进行比较的比较器。 例如， 比较器包括用于接收来自各个传感器的传感器输出。
33、信号的一个或多个输入端， 并且 当传感器输出信号跨越了预定阈值时提供指示信号。 该指示信号使电力线监视器的控制器 将电力线监视器在待机模式和激活模式之间切换。 比较器可以用来响应于来自电力线监视 器的电传感器或机械传感器的输出而提供指示信号。 0050 在一个实现中， 电力线监视器用于感测诸如列车等的电动交通工具的悬链线的参 数。当列车进入电力线的悬链线段时， 由于列车从滑接线吸取电力并且因而从悬链线吸取 电力， 悬链线中的电流增加。因此， 当悬链线中的电流出现预定的增长时， 可以检测到列车 说 明 书 CN 102422138 A CN 102422150 A6/9 页 9 的存在。 005。
34、1 水平传感器可以将电流传感器的输出信号与预定阈值进行比较。 当电流传感器的 输出信号超过阈值从而表示列车存在时， 水平传感器提供指示信号以使得电力线监视器切 换至激活模式。 例如， 当电力导线中的电流上升到高于预设的安培水平时， 水平传感器可以 使电力线监视器切换至激活模式。 当电流传感器感测到的导线中的电流降低到小于预定阈 值、 并且已完成这里所述的激活模式中进行的参数测量时， 电力线监视器返回待机模式。 0052 在另一实现中， 当检测到机械变化时， 水平传感器使电力线监视器切换至激活模 式。 例如， 当来自倾斜角或垂度传感器的输出信号超过预定阈值时， 可以将电力线监视器切 换至激活模式。
35、以进行参数测量。水平传感器可以响应于参数传感器的输出变化。在一个实 现中， 水平传感器可以是如下的倾角开关， 其中， 当导线倾角超过阈值时将电力线监视器切 换至激活模式， 并且当导线倾角返回到阈值以下时将电力线监视器切换至待机模式。在另 一实现中， 水平传感器是热电偶， 热电偶关闭(或开启)以在导线温度超过阈值时将电力线 监视器切换至激活模式、 并且在导线温度返回到阈值以下时将电力线监视器切换至待机模 式。其它这样的水平传感器被设计为单独使用或者与比较器或其它电路结合使用。 0053 在另一实现中， 当检测到电力导线的诸如 “驰振” 状态等的反常特性时， 水平传感 器可以促成转变至激活模式。如。
36、上所述， 可以通过诸如离散电子加速度计元件等的加速度 计、 倾斜计和倾斜传感器等来检测振动。 0054 还设计了其它的机械触发模式和电触发模式。 0055 运行 0056 待机和激活模式 0057 如上所述， 只要水平传感器未检测到跨越了预定阈值的参数， 电力线监视器就处 于低功率待机模式。在另一实施例中， 由例如现场技术员进行的外部电源安装使得电力线 监视器转变至激活模式。 0058 例如， 当在电流感测线圈处感测到的电流等于或超过预定阈值时， 以下说明的微 控制器使电力线监视器在诸如 500 毫秒等的预定时间内切换至激活模式。 0059 在激活模式下， 电力线监视器消耗的电力量比在待机模式。
37、下的大。 在待机模式下， 既不记录也不传送参数， 而在激活模式下， 电力线监视器中的控制器使监视器开始对诸如 电流、 电压、 温度和倾角等的导线参数进行采样， 并且将采样到的参数传送到用户设备、 地 面站 160 或安装在电力线上的其它设备。在一个实施例中， 存储采样到的参数， 之后传送这 些参数。 0060 在一个实现中， 在激活模式下， 电力线监视器在电力线上对电流和电压值进行十 个交流电周期的采样。然后， 通过微控制器和计算单元等计算 RMS 电压和电流。可以利用 诸如离散运算放大器比较器等的过零检测器， 以通过检测从电压和电流传感器所输出的电 压和电流波形过零之间的时刻差异来对 I-V。
38、 相位角进行采样。在下一秒开始时初始化四个 周期的采样 / 计算模式， 并且重复该模式总共十秒。在第一个十秒之后， 可以以三十秒的间 隔重复十个周期的处理， 并且可以持续该处理额外的四分半钟， 即十次。 0061 在另一实现中， 在激活模式下， 电力线监视器对直流电流和电压值进行 100 毫秒 的采样。电流和电压样本分别用于计算 DC 电流的 RMS 值和 DC 电压的 RMS 值。在此情况下， 电流和电压根据定义为同相， 因此 I-V 相位角为 0。 说 明 书 CN 102422138 A CN 102422150 A7/9 页 10 0062 可以每秒对温度和倾角值采样一次。然后计算十秒。
39、内采样值的平均。在第一个十 秒之后， 以三十秒的间隔重复进行另一个十秒的采样值的平均， 并且该处理持续额外的四 分半钟， 即十次。 0063 当电流感测线圈中的电流小于无论是 AC、 DC 或某种结合的预设触发水平时， 模式 切换触发水平检测器使得电力线监视器转变至待机模式。 0064 工厂模式 ： 0065 电力线监视器还可以具有工厂模式。当对外部的现场更新端口施加外部电力时， 电力线监视器在工厂模式下运行， 其中， 工厂模式是没有上述的激活模式采样限制的激活 模式。在工厂模式下， 电力线监视器总是处于激活模式， 并且使待机模式无效。 0066 例如， 每秒对来自各传感器的温度和倾角值采样一。
40、次。然后计算十秒内读出的平 均。在第一个十秒之后， 以三十秒的间隔重复进行另一个十秒的采样值的平均。继续该处 理直到关闭了监视器或者移除了外部电力为止。 0067 系统状态模式 ： 0068 例如， 可以以预定间隔将电力线监视器的状态传送至地面站160。 电力线监视器中 的看门狗定时器 ( 未示出 ) 以预定间隔生成信号， 以使得电力线监视器的控制器初始化系 统状态模式。例如， 该预定间隔可以在 5 分钟 480 分钟之间。控制器生成包括例如实时 RMS 电压、 RMS 电流和导线温度的系统状态消息。这些状态可以以 “菊花链” 方式传送至其 它电力线监视器， 以传送至中央位置或者直接传送至地面。
41、站。 0069 电力线监视器已处于待机模式达例如一小时的用户可选择的报告间隔之后， 控制 器将电力线监视器切换至对电力导线的特定参数进行例如十秒的预定时间段的采样的激 活模式。将采样到的参数发送至地面站。 0070 在一个实现中， 电力线监视器在第一通信端口接收来自地面站的信号， 该信号指 定可以在一段时间内覆盖用户设置的临时报告间隔， 在该段时间之后， 报告间隔恢复为用 户所选择的间隔。 0071 电子装配 0072 图 4 示出本发明的实施例的内部图。电力线监视器的电子元件配置在两个电子部 件 520、 530 中。部件 520 如图 5 所示。电源 510 对部件 520、 530 中的。
42、电子元件供电。将电 源 510( 以下说明 ) 示出为位于电子部件的外部。然而， 也可以将电源配置在其中一个部件 内。 0073 图 6 示出电子部件 520 的内部图。电子部件 520 包括主控制器 610， 主控制器 610 是其上安装有电子元件的印刷电路板， 并且以下将更详细说明。主控制器 610 具有安装在 其上并用于控制电力线监视器的整体功能的微控制器 620。 0074 图 7 示出本发明的电力线监视器 800 的一个实施例的结构。电力线监视器 800 包 括控制电力线监视器的整体运行的主控制器 810。电力线监视器具有电源 805、 主控制器 810、 具有天线 870 的通信收。
43、发器 850 以及具有传感器 820a 820e 的电力导线部分。 0075 电源 805 对监视器的电路供电。电源 805 可以是独立于电力导线的电池、 超高电 容、 光伏或自身包含的其它电源。光伏是将光能转换为电能的电源。将电源 805 示出为主 控制器 810 的一部分， 但作为替代、 电源 805 可以与主控制器分开。特别地， 电源不从围绕 通电电力导线的电场吸取电力。 说 明 书 CN 102422138 A CN 102422150 A8/9 页 11 0076 电力线监视器包括用于提供表示电力导线的参数的信号的电传感器和机械传感 器。电传感器的例子包括诸如电场电容或容性泄漏检测器。
44、等的电压感测电路 820e 以及诸 如 Rogowski 线圈等的电流传感器。过零检测器 ( 未示出 ) 可以用于检测电压波形和电流 波形的过零， 其中， 微控制器或其它处理器根据检测到的过零来确定各过零的时刻差异并 且确定 V-I 相位偏移。机械传感器的例子包括用于提供表示导线的垂度的信号的倾斜计 820c 以及用于提供表示电力导线的振动的信号的诸如加速度计等的振动检测器 820d。诸 如 RTD 等的温度传感器 820a 提供表示电力导线的温度的信号。用于产生温度测量输出信 号的 RTD 配置的一个实施例在图 3 中作为项 410 示出。 0077 经由一个或多个传感器输入连接器830对主。
45、控制器810提供来自电传感器和机械 传感器 820a 820e 的输出信号。通过信号调节器电路 835 将传感器输出信号调整为用于 进行数字转换的适当形式。 例如， 信号调节器电路用于按照进行数字转换的需要， 减小瞬时 尖峰对传感器输出信号的影响或者调整模拟电压水平。通过 A/D 转换器 840( 图 7) 将所得 到的调节后信号从模拟转换为数字格式、 并且提供至微控制器 860 和模式切换触发器水平 检测器 845， 以下将更详细说明。当电力线监视器处于待机模式时， 检测器 845 将一个或多 个调节后的传感器输出 ( 例如来自传感器 820a 820e 的输出 ) 与针对各传感器输出的预 。
46、定阈值进行比较。当其中一个传感器输出超过预定阈值时， 检测器将信号提供至微控制器 860， 微控制器 860 相应地将电力线监视器切换至激活模式。或者， 检测器 845 检测调节后 的传感器输出何时变化了预定量， 例如何时导线温度上升了 0.1 摄氏度。 0078 主控制器810包括用于经由天线870将信号发送至电力线监视器或者从电力线监 视器接收信号的收发器电路850。 如上所述， 在激活模式下， 电力线监视器传送电力线参数。 此外， 例如， 电力线监视器可以从地面站接收外部信号， 以使得微控制器在排定的时刻进入 激活模式。 0079 图8A和8B示出本发明的电力线监视器的另一实施例的框图1。
47、100。 监视器具有位 于监视器内部的主控制器部件。主控制器包括诸如德州仪器 MSP430LF5 等的低功率微控制 器 1110、 无线电模块 1120、 数据存储器 1130、 本地电源 1140a 和 1140b 以及外部接口连接 器1150a-1150d。 向监视器电子元件提供调节后电压的电压调节器1145对本地电源进行调 节。 0080 在主控制器部件内部包括两个通信接口 ； 这些接口包括可以是 RS232 异步串行端 口的现场更新端口 1160a 以及在 2.4GHz 的发送 / 接收频率运行的短距离无线无线电模块 1160b。 0081 例如， 主控制器部件包括用于从诸如电流感测线。
48、器 1165a 等的传感器以及从电阻 温度检测器 1165b、 1165c 接收信号的输入端 1150a、 1150b。将接收到的信号提供至信号调 节器 1170a-1170c。将倾斜计和用于电流 - 电压 (I-V) 相位定时 ( 未示出 ) 的时刻输入端 ( 未示出 ) 耦接至主控制器部件。 0082 现场更新端口 (“FUP” ) 可以是如下的有线 RS-232 通信接口， 该接口允许外部输 入端直接连接至电力线监视器以进行制造以及在从电力线移除单元时以工厂模式进行诊 断。FUP 包括针对电力和通信信号的输入端， 并且提供对微控制器 1110 的访问以对电力线 监视器软件进行现场和工厂更。
49、新。 0083 主控制器部件包括用于记录由主控制器获取的数据和波形的长期数据存储器 说 明 书 CN 102422138 A CN 102422150 A9/9 页 12 1130。 当经由其中一个通信接口进行通信时， 可以将所存储的数据传送至地面站、 其它电力 线监视器设备或其它外部设备。 0084 主控制器 1100 对电力线监视器的传感器输出信号提供系统级的组合和排序。在 外部接口连接器 1150a 处从电流感测线圈 1165a 接收输出信号。调节器 1170a 对电流感测 线圈的模拟信号进行处理， 以能够接受通过微控制器 1110 的模数转换器 (ADC) 进行的转 换。 0085 其它实现在所附权利要求书的范围之内。 说 明 书 CN 102422138 A CN 102422150 A1/8 页 13 图 1 说 明 书 附 图 CN 102422138 A 。