桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)在山西電網(wǎng)的應(yīng)用

摘 要：隨著在線監(jiān)測技術(shù)的日益成熟，桿塔傾斜監(jiān)測裝置已經(jīng)在山西電網(wǎng)開始大規(guī)模應(yīng)用。為了能更好地反映桿塔的實際傾斜情況，實現(xiàn)在線監(jiān)測系統(tǒng)的實用化，文章對山西的65套桿塔傾斜系統(tǒng)進行了初始值設(shè)置，使其數(shù)據(jù)測量準確度大幅提高，并成功地分析了山西某一桿塔的的傾斜情況。

關(guān)鍵詞：桿塔傾斜；在線監(jiān)測；輸電線路

1 概述

隨著我國工業(yè)化日趨成熟和電力設(shè)備智能升級改造的不斷深化，電網(wǎng)運行逐步向智能化、節(jié)約化的經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變，輸變電設(shè)備的智能化運行監(jiān)控管理就成為升級改造的重要環(huán)節(jié)。尤其是“狀態(tài)檢修”的提出，改變了以往電力設(shè)備定期檢修的運維方式，依靠設(shè)備的狀態(tài)評價結(jié)果作為檢修依據(jù)。輸變電在線監(jiān)測系統(tǒng)的運行，不僅可以節(jié)約了大量人力巡視設(shè)備的成本，而且可以對電力設(shè)備實時監(jiān)控，提供設(shè)備狀態(tài)評價依據(jù)，掌握故障發(fā)生的全部過程，對潛在故障進行預(yù)警分析。

山西省是全國聞名的煤炭之鄉(xiāng)，在大力開采礦產(chǎn)資源的背后，造成全省礦區(qū)內(nèi)的采空面積逐步擴大，而采空區(qū)域內(nèi)地面桿塔易形成傾斜甚至塌陷，這勢必造成電力環(huán)網(wǎng)重大安全事故的發(fā)生。由于輸電線路桿塔數(shù)量大、范圍廣，導(dǎo)致桿塔傾斜的因素多，僅靠輸電巡線人員的日常檢查很難及時和準確地發(fā)現(xiàn)桿塔的傾斜故障。此外，輸電線路桿塔傾斜多為隱性故障，常規(guī)目視巡線不易及時發(fā)現(xiàn)。因此，迅速確定桿塔傾斜或塌陷并預(yù)警就有著重大意義和必要性。

山西各地市公司應(yīng)用桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)對位于不良地質(zhì)區(qū)（采空區(qū)、滑坡區(qū)、高鹽凍土區(qū)等）的高壓輸電線路桿塔的傾斜狀態(tài)進行監(jiān)測；系統(tǒng)通過GSM/SIM方式對數(shù)據(jù)進行傳輸，后臺軟件綜合各種參數(shù)，對超標桿塔傾斜狀況及時進行多種方式預(yù)報警，指導(dǎo)線路檢修和維護工作。目前山西狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中共有65套桿塔傾斜監(jiān)測裝置，其分布在全省各個重要輸電線路上，實現(xiàn)了以上線路的實時監(jiān)測，為線路運維人員提供了大量檢修依據(jù)。

2 桿塔傾斜監(jiān)測原理及運用

2.1 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)主要部分由前端采集設(shè)備和后臺設(shè)備（接收基站和計算機）構(gòu)成。主要工作原理：前端采集設(shè)備里的傳感器將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機CPU處理，篩選后的數(shù)據(jù)整理打包下發(fā)給通信模塊，通信模塊將數(shù)據(jù)傳回后臺的接收基站；基站將數(shù)據(jù)輸入計算機，通過軟件分析，繪制出曲線圖，得出判斷。如果發(fā)現(xiàn)異常情況，可及時進行多種方式預(yù)報警。

目前桿塔傾斜監(jiān)測裝置依據(jù)其傾角傳感器可以測得順線路方向的傾斜角？茲x和橫線路方向的傾斜角？茲y。其中，X軸向設(shè)定：人面向桿塔大號側(cè)順線方向定位X軸正方向；Y軸向設(shè)定：人面向桿塔大號側(cè)橫向右方向作為Y軸正方向。

順線傾斜度Gx為桿塔沿線路方向的傾斜值與監(jiān)測點地面高度之比。橫向傾斜度Gy為桿塔在垂直于線路方向的傾斜值與監(jiān)測點地面高度之比。它們與傾斜角之間的關(guān)系如式（1）、（2）：

Gx=tan？茲x （1）

Gy=tan？茲y （2）

綜合傾斜度G為桿塔偏離中心線的傾斜值與監(jiān)測點地面高度之比。

G= （3）

根據(jù)《DLT 741-2010架空輸電線路運行規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，50m及以下桿塔綜合傾斜度不應(yīng)大于1%，即10mm/m，50m及以上桿塔綜合傾斜度不應(yīng)大于0.5%，即5mm/m。

2.2 實際應(yīng)用中存在的問題及分析

經(jīng)過大量安裝試驗，傾角傳感器安裝時很難與桿塔保持水平，因此傳感器測得數(shù)據(jù)并不準確。圖2是某在線監(jiān)測廠家設(shè)計的傳感器與桿塔連接使用的鐵片，從圖中看出傳感器與桿塔分別通過螺絲與該連接片的兩端相連，實現(xiàn)傳感器對桿塔傾斜的實時監(jiān)測。傳感器和桿塔與連接片通常不能保證絕對平行，例如不同點的螺絲受力不一樣，微小的偏差都會引起傳感器的巨大誤差。表1是山西公司高仿1線安裝時，6套桿塔傾斜裝置監(jiān)測的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)上分析，其數(shù)值都超過國家相關(guān)標準，不具有實際參考意義。

文章對涉及山西的65套桿塔傾斜裝置進行了跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)桿塔傾斜監(jiān)測裝置在未進行數(shù)據(jù)處理情況下，數(shù)值偏差大，造成大量裝置停止使用，浪費財力。

2.3 改進后的桿塔傾斜監(jiān)測效果

目前，桿塔傾斜監(jiān)測技術(shù)尚未成熟，從長期分析來看，桿塔傾斜監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)變化值相對穩(wěn)定，其傳感器監(jiān)測值能夠達到準確、持續(xù)地反映當前桿塔的實際狀態(tài)，而非實際桿塔傾斜值。為了實現(xiàn)桿塔傾斜監(jiān)測裝置的實用化，文章選取了山西10套桿塔傾斜裝置作為試點，對其進行數(shù)值處理，從而達到有效應(yīng)用。

由于在安裝時，傾角傳感器無法與桿塔橫擔保持平衡，所以，安裝后的初始值（假設(shè)這個初始值為A）不是桿塔實際的傾斜值，固然以后每次測得的值（設(shè)這個值為C）都不準確。同時文章安排當?shù)毓╇姽緦嶋H測了安裝桿塔傾斜裝置當時的桿塔傾斜值（設(shè)這個值為B）。為了準確反映桿塔實際傾斜值，真正發(fā)揮在線監(jiān)測的作用，將C-A+B作為最終數(shù)值傳給狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（C-A是桿塔傾斜監(jiān)測儀測得的桿塔傾斜變化量，B是實際測量值，B+C-A作為桿塔傾斜檢測儀測量桿塔實時數(shù)值）。

從表2看出，修改過初值的桿塔傾斜監(jiān)測值真實度大大提高。圖3為高仿1線30#塔監(jiān)測畫面，其監(jiān)測值為9.6mm/m，接近報警值10mm/m，應(yīng)引起當?shù)剡\維人員的注意。實際情況也是如此，該桿塔計劃在今年大修中進行扶正處理。

2.4 在線監(jiān)測裝置的入網(wǎng)考核

為了全面把關(guān)輸電線路在線監(jiān)測裝置的質(zhì)量，國網(wǎng)公司要求開展對新接入在線監(jiān)測系統(tǒng)的裝置進行為期6個月的入網(wǎng)考核。目前輸電線路在線監(jiān)測存在的問題主要分為三個方面：（1）電池問題，輸電線路在線監(jiān)測裝置大都處于野外，不像變電在線監(jiān)測裝置一樣可以直接獲取穩(wěn)定電源，其電源供電可靠性難以保持；（2）通信問題，野外GPRS/SIM的信號好壞直接影響數(shù)據(jù)傳輸；（3）數(shù)據(jù)準確問題，其取決于傳感器的精度、模型的精確和安裝的工藝。

對于電池和通信問題，在考核期間都可以反映在數(shù)據(jù)丟失率這一指標上。數(shù)據(jù)丟失率是指一段時間內(nèi)該監(jiān)測裝置依據(jù)采集周期采集數(shù)據(jù)缺失的次數(shù)占總次數(shù)的百分比，如式（4）。

數(shù)據(jù)丟失率=×100%（4）

其中裝置數(shù)據(jù)正常是指在主站系統(tǒng)中可根據(jù)采樣周期完整統(tǒng)計出有效數(shù)據(jù)，而未按采樣周期采集的視為數(shù)據(jù)缺失。

為了能實現(xiàn)桿塔傾斜監(jiān)測裝置準確性入網(wǎng)考核，有地市公司采取如下考核指標，數(shù)據(jù)誤差率是指一段時間內(nèi)某一監(jiān)測裝置所采集數(shù)據(jù)的偏差值與實際值的相對偏差來衡量。

數(shù)據(jù)誤差率=×100%（5）

但是采用數(shù)據(jù)誤差率來衡量桿塔傾斜在線監(jiān)測裝置的準確性并不現(xiàn)實。目前，國內(nèi)桿塔傾斜在線監(jiān)測裝置采用的傾角傳感器，其精度為0.05度，折合傾斜度為0.9mm/m。例如，對于山西公司長南1線139#塔裝設(shè)的桿塔傾斜在線監(jiān)測裝置而言，其在線監(jiān)測值為1.2mm/m，現(xiàn)場采用全站儀實測桿塔傾斜值為0.2mm/m，其數(shù)據(jù)誤差率為500%，沒有實際參考意義。文章認為桿塔傾斜在線監(jiān)測裝置目前尚未達到數(shù)值比較的水準，而我們也并非關(guān)心實際監(jiān)測值，重點在于裝置是否報警，即桿塔傾斜在線監(jiān)測裝置能否準確、持續(xù)地反映桿塔當前的運行狀態(tài)。在長南1線139#塔的例子中，1.2mm/m的監(jiān)測值遠遠小于報警值，而且與實際值存在1mm/m偏差，但它可以反映出139#塔的實際傾斜情況。

3 結(jié)束語

在當?shù)剡\維公司和桿塔傾斜監(jiān)測裝置生產(chǎn)廠家的配合下，山西狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的桿塔傾斜大部分進行了初值設(shè)定。設(shè)定后的數(shù)據(jù)準確度大大提高，實現(xiàn)了在線監(jiān)測系統(tǒng)的實用性。

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