電力桿塔傾斜在線監(jiān)測應用淺述

余立剛 / 浙江圖維科技股份有限公司

電力桿塔傾斜在線監(jiān)測應用淺述

余立剛 / 浙江圖維科技股份有限公司

電網(wǎng)用電容量和分布范圍的快速擴張，對電網(wǎng)各類安全風險的管控日益重要，電力在線監(jiān)測技術的應用在技防上提供了良好的解決方案。本文試從電纜桿塔的傾斜監(jiān)測實現(xiàn)原理、系統(tǒng)組成和建設收益進行研究分析。

在下監(jiān)測；桿塔；傾斜

一、概述

近年來隨著國家電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電網(wǎng)安全運行是社會正常運轉的重要保障，一旦出現(xiàn)電網(wǎng)事故，將對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活造成極大的影響。智能電網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)是一套針對線路及電力設施周圍施工、外力破壞、塔材被盜、火災、導線舞動、導線懸掛異物而設計的在線監(jiān)測裝置，將采集到的非正常告警信號，通過GPRS實時傳送到中心監(jiān)控分析系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)送預報警信息，提醒管理人員對報警點予以重視或采取必要的預防措施。

桿塔作為電力重要的基礎設施，在多類電網(wǎng)安全事故中，都包含桿塔的倒塌、斷線等隱患。尤其建設在沿海地區(qū)、高海拔、高濕度區(qū)域的電力線路因為氣候變化、臺風等原因導致導線斷線、桿塔倒塔等事故，給國家和社會造成巨大的經(jīng)濟損失。由于桿塔布置范圍極廣，而且數(shù)量眾多，多數(shù)位于城市周邊、山地、河流等自然環(huán)境更為復雜的區(qū)域，靠人力來完成對數(shù)量龐大的桿塔的巡檢工作效率低下，因此開發(fā)出一種能夠實時監(jiān)測桿塔狀態(tài)的傳感系統(tǒng)，以便于提前預判桿塔的受力情況，進行必要的預防措施。

桿塔傾斜無線監(jiān)測可實現(xiàn)對桿塔的橫向傾斜度和順線傾斜度等數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，結合線路設計參數(shù)給出桿塔傾斜的預警信息，為線路運行保障部門和設計部門提供實際依據(jù)并及時掌握桿塔運行安全情況，對超標桿塔傾斜狀況及時指導檢修和維護，提醒運行維護人員加固地基，以減少不必要的損失。

二、國內外在線監(jiān)測情況

國外較早開展了電力在線監(jiān)測技術的研究，美國最早開展以在線監(jiān)測為前期的狀態(tài)檢修工作，日本也是從20世紀80年代開始對電力設備實施以狀態(tài)分析和在線監(jiān)測為基礎的狀態(tài)檢修，而歐洲很多國家也采用狀態(tài)檢修來提交檢修效率。國外統(tǒng)計資料表明，在實施狀態(tài)檢修后，一般可使設備大修周期從3～5年延長到6-8年，甚至10年，并且1-2年即可收回實施狀態(tài)檢修所增加的投資。應該說國外在線檢修技術研究與實踐應用方面都已取得了顯著成績。據(jù)美國電力研究院診斷檢測中心的統(tǒng)計表明，實施狀態(tài)檢修提高社保利用率在5%以上，節(jié)約檢修費用25%-30%。

我國開展在線監(jiān)測起步較晚，國內清華大學、西安交通大學、武漢大學、武漢高壓研究所等可研單位陸續(xù)開展了輸電在線監(jiān)測技術的研究，并在2000年之后研發(fā)了具有完整功能的輸電線路在線監(jiān)測技術。尤其是針對輸電線路桿塔的狀態(tài)在線監(jiān)測，是在2008年南方冰凍災害后才引起了足夠的重視，并通過國內一些電力研究機構努力，已經(jīng)取得了初步成果。

隨著科技的發(fā)展，國內出現(xiàn)了一些專業(yè)從事在線監(jiān)測的生產(chǎn)廠家，他們立足我國電力國情，開發(fā)了一系列在線監(jiān)測技術，有效提高了輸配電運行安全水平。

三、監(jiān)測原理和構成

桿塔傾斜監(jiān)測，需要對桿塔受迫振動、傾斜狀況、桿塔周圍氣象數(shù)據(jù)、電纜溫度、塔基應力應變等數(shù)據(jù)進行全方位的監(jiān)測。從原理上是通過在桿塔以及其附屬設備上安裝傳感器來獲取桿塔運行工況狀態(tài)，通過對這些監(jiān)測量的整合分析，來對桿塔的運行工況、潛在故障、安全等級等進行評估。

桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由三部分組成，包括無線桿塔傳感器、線路監(jiān)測基站、當?shù)乇O(jiān)測中心（遠程監(jiān)測中心）。當?shù)乇O(jiān)測中心只設置一個，能同時滿足多個現(xiàn)場的不同監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和分析。

①傳感器層含塔身傾斜傳感器、塔基電阻應變片、塔身震動傳感器、塔身氣象傳感器等；②數(shù)據(jù)采集層數(shù)據(jù)采集卡板；③無線傳輸層；④現(xiàn)場區(qū)域中心基站；⑤電網(wǎng)監(jiān)控中心客戶端。

無線傾斜傳感器可實現(xiàn)重力參考系下傾斜角度的測量，它由微功耗MCU、高精度加速度傳感器、2.45GHz數(shù)字RF收發(fā)器和高溫鋰亞電池等組成。能夠對高壓運行中的桿塔進行全天候、有效地監(jiān)測。

無線桿塔傾斜傳感器以不銹鋼抱箍固定的方式安裝在桿塔上。如下圖所示：

無線桿塔傾斜傳感器采集到的桿塔傾斜角等數(shù)據(jù)發(fā)送給線路監(jiān)測基站，基站再將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程監(jiān)測中心，后臺系統(tǒng)綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷桿塔傾斜發(fā)展趨勢。當桿塔傾斜角發(fā)生異常時，及時將預/告警信息發(fā)送給線路運行負責人，使其采取相應處理措施，減少因桿塔傾斜而引發(fā)的事故，同時協(xié)助運行部門查找桿塔故障點，指導檢修和維護。

無線傾斜傳感器技術指標如下：

序號 指標名稱 技術參數(shù)1通信頻率 2.45GHz 2輻射功率 <1mW 3天線增益 0dB 4 角度測量范圍 ±30° 5 角度測量精度 0.2° 6 工作環(huán)境溫度 -40℃～+70℃7工作周期 60s(典型值) 8平均功耗 ＜10μA（3.6V）9電池容量 1800mAh 10 預期壽命 5年11 外形尺寸 48 mm×48 mm×18mm（長×寬×高）12 防護等級 IP67 13 安裝方式 支架安裝、螺栓固定

四、技術方案

電力鐵塔安全監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測終端、通信網(wǎng)絡和監(jiān)測中心構成。監(jiān)測終端主要有監(jiān)測鐵塔的各種探測器、控制主板、電源模塊及GPRS模塊構成，安裝在電力鐵塔的監(jiān)測點，各類探測器負責采集數(shù)據(jù)，經(jīng)控制主板處理后由GPRS模塊傳輸出去，監(jiān)測中心的主要設備是接警主機、服務器和P C終端等。

（1）桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結構，這種結構不僅使整套系統(tǒng)的結構非常清晰和簡潔，也使得各子系統(tǒng)功能完整獨立，任何一個測單元異常不會影響其它設備正常工作。采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口規(guī)范，大大提高了系統(tǒng)的兼容性和可擴展性。

（2）在線監(jiān)測的就地化。實現(xiàn)對電氣設備狀態(tài)參數(shù)的現(xiàn)場實時監(jiān)測，這是在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)測量高精確性和高可靠性的重要保證。

（3） 在線監(jiān)測的數(shù)字化和網(wǎng)絡化。就地智能監(jiān)測單元通過獨特的傳感器和先進的數(shù)字信號處理技術得到設備的狀態(tài)參數(shù)，采用先進的網(wǎng)絡技術傳遞數(shù)字化信息，避免了模擬小信號的距離傳輸。這是本項目實現(xiàn)高精確性和高可靠性的另一保證。

（4）系統(tǒng)的可維護性。由于采用了先進的總線網(wǎng)絡和模塊化的硬件結構設計，使得在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝、調試及維護非常簡便。

（5）使用范圍：10kV-1000 kV的運行桿塔的在線監(jiān)測；監(jiān)測數(shù)據(jù)：沿線路方向傾斜角（-30°～+30°）和垂直線路方向傾斜角（-30°～+30°）；測量精度：±0.2°；低功耗：＜10μA（3.6V）;監(jiān)測主機電源：蓄電池，使用壽命長達5年。

現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)不僅要給出各桿塔的實時運行數(shù)據(jù)，還要具備異常數(shù)據(jù)自動識別和預警功能，在監(jiān)測到桿塔傾斜數(shù)據(jù)發(fā)射管異常后進行報警；其次因桿塔數(shù)量眾多，監(jiān)測傳感器運行環(huán)境復雜，研究提高監(jiān)測系統(tǒng)的抗干擾能力，提高監(jiān)測的實時性和準確性，更為耐久可靠。

五、結語

實時監(jiān)測桿塔傾斜情況；通過現(xiàn)場在線監(jiān)測單元的管理和控制，可在辦公桌上實現(xiàn)對桿塔的實時監(jiān)測、狀態(tài)診斷和優(yōu)化決策；通過后臺顯示、分析，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析對比，及時發(fā)現(xiàn)桿塔線路運行故障，消除潛在缺陷，避免突發(fā)事故停電，保證供電更加安全可靠，實現(xiàn)設備管理自動化、科學化和智能化，節(jié)省不必要的定期計劃檢修而產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

桿塔傾斜監(jiān)測技術是通過先進的傳感、測量、通訊技術以及分析系統(tǒng)的綜合應用，在運行狀態(tài)下對桿塔位置信息進行實時監(jiān)測上傳和分析，并通過量化數(shù)據(jù)向調度、檢修部門提供評估決策依據(jù)。

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