[0001] 本实用新型涉及输电线路监测技术领域，更具体地，涉及一种输电线路灾害预警装置。

[0002] 目前的电网系统仍在发展上升阶段，由于空间区域的限制，配电网的众多电力设备、设施和组件大部分都分布在复杂的外部环境中，在这种外部环境中可能随时都会出现故障，进一步地造成局部地区大规模且长时间停电的严重后果。而这种大规模且长时间的停电状况一旦出现，不仅会极大地影响当地居民的日常生活，还会给当地的发展造成巨大的经济损失。因此，当电力设备受到外界不稳定因素的波及而被破坏时，一是要求预警系统能够及时发出监测预警，二是要求电力部门在电网系统中的设施设备发生故障之后能够及时、高效地抢修，这两种情况都非常重要且越来越多地引起了电力公司的重视和关注。

[0003] 尤其是暴雨、雷电天气等自然灾害导致的电力设备故障，由于灾害预警的信息来源较少，电力公司无法实时掌握灾情，也无法有效地对灾害进行预警，给受到灾害影响的地区带来了巨大的经济损失。实用新型内容

[0004] 针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种输电线路灾害预警装置和系统，能够提高输电线路杆塔受到的灾害的预测准确度。

[0005] 为实现上述目的，按照本实用新型的第一个方面，提供了一种输电线路灾害预警装置，该装置安装在输电线路杆塔上，包括第一采集模块，第一采集模块包括：

[0006] 大气电场传感器，安装在第一采集模块的中部内侧位置，用于采集大气电场强度；

[0007] 微气象传感器，安装在第一采集模块的中部外侧位置，用于采集输电线路杆塔监控范围内的气象信息，气象信息包括气温、大气压强、湿度、累计降雨量、风速和风向；

[0008] 工业相机，用于拍摄输电线路杆塔监控范围内的环境图像；

[0009] 装置控制板，安装在第一采集模块的中部，分别与大气电场传感器、微气象传感器和工业相机电性连接，用于将大气电场强度、气象信息和环境图像传输至服务器，服务器和装置网络连接。

[0010] 进一步地，装置控制板还用于将雷电识别置信度超过预设阈值的环境图像上传至服务器。

[0011] 进一步地，该装置还包括第二采集模块，第二采集模块与第一采集模块网络连接，包括两个杆塔倾斜传感器，分别安装在输电线路杆塔的底部横梁和顶部横梁，用于采集杆塔倾斜角度。

[0012] 进一步地，第一采集模块还包括第一电源模块，第一电源模块包括太阳能电池板和航插接头，航插接头安装在第一采集模块的底部，分别连接太阳能电池板和装置控制板。

[0013] 按照本实用新型的第二个方面，还提供了一种输电线路灾害预警系统，其包括：

[0014] 服务器；

[0015] 如上所述的输电线路灾害预警装置。

[0016] 进一步地，服务器用于根据大气电场强度、环境图像、杆塔倾斜角度和气象信息，发出灾害预警信息，灾害预警信息包括雷电预警信息、杆塔倾斜预警信息、杆塔应力预警信息、暴雨洪涝灾害预警信息和山体滑坡预警信息中的至少一种。

[0017] 进一步地，雷电预警信息包括雷电黄色预警信息和雷电红色预警信息，服务器还用于在大气电场强度的绝对值超过第一预设值的情况下，发出雷电黄色预警信息；在大气电场强度的绝对值超过第二预设值的情况下，发出雷电红色预警信息。

[0018] 进一步地，雷电预警信息包括雷电类型，服务器还用于根据雷电识别置信度超过预设阈值的环境图像，确定雷电类型为云闪雷电或地闪雷电。

[0019] 进一步地，服务器还用于在杆塔倾斜角度在预设时间段内持续增大的情况下，发出杆塔倾斜预警信息。

[0020] 进一步地，服务器还用于根据风速、风向、大气压强和输电线路杆塔的受力标准，发出杆塔应力预警信息；根据累计降雨量，发出暴雨洪涝灾害预警信息；以及，根据杆塔附近地理高程数据、坡度和坡向，发出山体滑坡预警信息。

[0021] 总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

[0022] (1)本实用新型提供的输电线路灾害预警装置，通过第一采集模块包括大气电场传感器、微气象传感器和工业相机和装置控制板，能够实现对输电线路杆塔的监控范围内的大气电场强度、气象信息、环境图像的实时监测，扩大了灾害信息的来源，提高了灾害信息的准确性，从而有助于提高灾害预测的准确度。

[0023] (2)采用本实用新型提供的输电线路灾害预警系统，包括服务器和输电线路灾害预警装置，其中，服务器对输电线路灾害预警装置上传的大气电场强度、环境图像、杆塔倾斜角度和气象信息进行监测和分析，并在监测到情况异常时，发出灾害预警信息，以及时地对雷电、杆塔倾斜、杆塔应力、暴雨洪涝灾害和山体滑坡等极端天气进行预警，能够加快输电线路杆塔监控范围内的灾害监测预警时间，提高灾害的预测准确度，同时监测到的大气电场强度、环境图像、杆塔倾斜角度和气象信息等数据为后续杆塔检修灾害预防也提供了有力的数据支撑。

[0030] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0031] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0032] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

[0033] 应当理解的是，在本实用新型的描述中使用的“第一”、“第二”以及类似的术语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式的“一个”、“一”或者“该”等类似术语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

[0034] 图1是输电线路灾害预警装置中的第一采集模块的剖面结构示意图。该输电线路灾害预警装置包括第一采集模块，第一采集模块安装在输电线路杆塔的中部或上部。如图1所示，第一采集模块包括航插接头1、大气电场传感器2、装置控制板3、微气象传感器4和工业相机(图1中未示出)。航插接头1安装在第一采集模块的底部，大气电场传感器2安装在第一采集模块的中部内侧位置，装置控制板3安装在第一采集模块的中部，微气象传感器4安装在第一采集模块的中部外侧位置。

[0035] 其中，大气电场传感器2用于采集输电线路杆塔的监控范围内的大气层的电场参数，例如距输电线路杆塔40米之内的区域的大气电场强度。大气电场强度的大小由杆塔周围大气层的电磁场、杆塔高度、以及输电线路电磁场共同决定。为了提高灾害预测的准确度，大气电场传感器每一秒钟采集一次输电线路杆塔的监控范围内的大气电场强度。大气电场传感器采集的是快速变化的大气电场强度，从而在监测到大气电场强度超过某个范围的情况下，能够及时地将实时的大气电场强度传输至服务器，以供电力公司进行雷电灾害预警。

[0036] 微气象传感器4是气象传感器中监测范围较小的一类气象传感器，用于采集输电线路杆塔监控范围内的气象信息，气象信息包括气温、大气压强、湿度、累计降雨量(例如每10分钟的累计降雨量)、风速以及风向。为了提高灾害预测的准确度，微气象传感器每十分钟采集一次输电线路杆塔的监控范围内的气象信息。微气象传感器采集的数据为缓慢变化的气象信息，并且微气象传感器采集的是输电线路杆塔监控范围内也就是输电线路杆塔局部区域的气象信息，从而在监测到累计降雨量持续增大或风速持续增大等情况下，能够及时地将实时的气象信息传输至服务器，以供电力公司进行山体滑坡、泥石流等灾害预警。

[0037] 工业相机为高灵敏度的摄像头，安装在第一采集模块的中部，例如，可以安装在第一采集模块的中部内侧壁，镜头朝外。工业相机用于拍摄输电线路杆塔监控范围内的环境图像和环境视频。工业相机的耗电量较高，因此，默认状态为关机状态，只有在输电线路杆塔监控范围内大气电场强度持续增大的情况下才被触发开机。

[0038] 装置控制板3是单片机或集成芯片，分别与大气电场传感器2、微气象传感器4和工业相机电性连接，用于获取大气电场强度、气象信息和环境图像，并将大气电场强度、气象信息和环境图像传输至服务器，服务器和输电线路灾害预警装置网络连接。

[0039] 装置控制板3获取到大气电场强度后，还用于在大气电场强度在预设时间段内持续增大的情况下，控制工业相机开机。工业相机用于实时拍摄输电线路杆塔监控范围内的环境图像。装置控制板3获取到环境图像后，还用于对环境图像进行雷电识别，确定雷电识别置信度，并将雷电识别置信度超过预设阈值(例如70％)的环境图像上传至服务器。从而，过滤掉非雷电的环境图像，相对于将拍摄到的环境图像全部上传至服务器，能够减轻服务器的数据存储压力。

[0040] 此外，装置控制板3还用于定时控制工业相机开机，并上传工业相机所拍摄的环境图像至服务器，例如，工业相机每30分钟定时拍摄一张输电线路杆塔监控范围内的环境图像，并通过装置控制板3上传至服务器进行保存。从而，既能够延长工业相机的续航时间，也能够保证稳定地获取到输电线路杆塔监控范围内的环境图像。

[0041] 第一采集模块的供电方式为太阳能供电。具体地，第一采集模块还包括第一电源模块，第一电源模块包括太阳能电池板、蓄电池、电源开关和航插接头1。航插接头1的一端连接装置控制板3，另一端连接太阳能电池板。太阳能电池板用于将光能转换为电能，并将电能存储在蓄电池中，通过蓄电池为第一采集模块供电。电源开关用于控制蓄电池给第一采集模块供电，默认状态为开启，当无需对输电线路杆塔周围环境进行灾害监测和预警时，可以关闭电源开关，以节省电能。

[0042] 本实施例提供的输电线路灾害预警装置，通过第一采集模块包括大气电场传感器、微气象传感器和工业相机和装置控制板，能够实现对输电线路杆塔的监控范围内的大气电场强度、气象信息、环境图像的实时监测，扩大了灾害信息的来源，提高了灾害信息的准确性，从而有助于提高灾害预测的准确度。

[0043] 图2是输电线路灾害预警装置中的杆塔倾斜传感器的安装位置示意图。该输电线路灾害预警装置还包括第二采集模块，第二采集模块与第一采集模块通过网络连接和通信，例如，LORA(远距离无线电，全称为Long Range Radio)。第二采集模块包括两个杆塔倾斜传感器5和第二电源模块。如图2所示，一个杆塔倾斜传感器5安装在输电线路杆塔的底部横梁，例如，距地面10米高的横梁，另一个杆塔倾斜传感器5安装在输电线路杆塔的顶部横梁。

[0044] 杆塔倾斜传感器5是倾斜传感器，也称作倾斜角度传感器或者倾角传感器，用于采集输电线路杆塔的倾斜角度。具体地，这两个杆塔倾斜传感器5可以通过LORA将杆塔倾斜角度无线传输至服务器，也可以先通过LORA将杆塔倾斜角度传输至装置控制板3，再由装置控制板3将杆塔倾斜角度与大气电场强度、气象信息和环境图像一起传输至服务器。为了提高灾害预测的准确度，杆塔倾斜传感器每十分钟采集一次输电线路杆塔的倾斜角度。杆塔倾斜传感器采集的是杆塔倾斜角度，从而在监测到输电线路杆塔的倾斜角度超过预设角度的情况下，能够及时地将实时的倾斜角度传输至服务器，以供电力公司进行杆塔倾斜灾害预警。

[0045] 第二采集模块的供电方式为锂离子供电。具体地，第二采集模块还包括第二电源模块，第二电源模块包括内置于杆塔倾斜传感器中的锂离子。通过微功率配置，锂离子可供杆塔倾斜传感器持续工作5年及以上。

[0046] 图3为本实用新型实施例提供的输电线路灾害预警系统的结构框图。如图3所示，输电线路灾害预警系统包括输电线路灾害预警装置100和服务器200，输电线路灾害预警装置100和服务器200网络连接并通信，例如通过4G网络。服务器200用于存储大气电场强度、杆塔倾斜角度和气象信息，并根据大气电场强度、环境图像、杆塔倾斜角度和气象信息，发出灾害预警信息，灾害预警信息包括雷电预警信息、杆塔倾斜预警信息、杆塔应力预警信息、暴雨洪涝灾害预警信息和山体滑坡预警信息中的至少一种。

[0047] 雷电预警信息包括雷电黄色预警信息和雷电红色预警信息，雷电红色预警信息比雷电黄色预警信息的危险级别高。服务器200还用于在大气电场强度的绝对值超过第一预设值(例如2KV/m)的情况下，发出雷电黄色预警信息，在大气电场强度的绝对值超过第二预设值(例如5KV/m)的情况下，发出雷电红色预警信息。第一预设值和第二预设值是根据预警需求预先设定的，本实施例对此不作限定。

[0048] 服务器200还用于按照时序展示雷电识别置信度超过预设阈值的环境图像，根据多帧环境图像生成雷电生成过程，并确定雷电类型为云闪雷电或者地闪雷电。雷电识别置信度超过预设阈值的环境图像显示了雷电发生时间、雷电发生位置等信息，可以为服务器分析雷电提供直观的数据，例如结合雷电发生位置可以分析雷电对输电线路杆塔的危害风险。

[0049] 服务器200还用于根据时序展示杆塔倾斜角度，包括顺线倾斜角、横向倾斜角等，并且，在杆塔倾斜角度在预设时间段内持续增大的情况下，发出杆塔倾斜预警信息，以通知运检人员实地考察检修。

[0050] 服务器200还用于根据气象信息，生成微气象数据曲线，微气象数据曲线用于展示气温、大气压强、湿度、累计降雨量、风速以及风向等各个气象指标的动态变化情况；根据风速、风向、大气压强和输电线路杆塔的受力标准，发出杆塔应力预警信息；根据累计降雨量和历史暴雨洪涝灾害数据，确定暴雨洪涝灾害发生概率，并在暴雨洪涝灾害发生概率超过概率阈值时，发出暴雨洪涝灾害预警信息；以及，根据杆塔附近地理高程数据、坡度、坡向等因素，确定山体滑坡以及泥石流发生概率，并在山体滑坡以及泥石流发生概率超过对应的阈值时，发出山体滑坡预警信息。

[0051] 其中，杆塔受力情况的计算公式为：F(n)＝0.8λ，0.8为计算系数，λ为杆塔设计承受的受力标准。服务器200还用于根据风速、风向、大气压强和上述杆塔受力情况的计算公式，确定输电线路杆塔的受力情况，并在监测到输电线路杆塔的受力情况超过受力阈值时，发出杆塔应力预警信息。其中，受力阈值是输电线路杆塔能承受的最大应力，应力超过受力阈值可能会造成杆塔弯曲或折断。

[0052] 本实施例中提供的输电线路灾害预警系统，包括服务器和输电线路灾害预警装置，其中，服务器对输电线路灾害预警装置上传的大气电场强度、环境图像、杆塔倾斜角度和气象信息进行监测和分析，并在监测到情况异常时，发出灾害预警信息，以及时地对雷电、杆塔倾斜、杆塔应力、暴雨洪涝灾害和山体滑坡等极端天气进行预警，能够加快输电线路杆塔监控范围内的灾害监测预警时间，提高灾害的预测准确度，同时监测到的大气电场强度、环境图像、杆塔倾斜角度和气象信息等数据为后续杆塔检修灾害预防也提供了有力的数据支撑。

[0053] 以上所述，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的实施方案。本实用新型旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

[0054] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0055] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。