基于北斗高精度定位技術(shù)推動特高壓變電站地基沉降監(jiān)測傳統(tǒng)模式的變革

江一帆，潛軍偉，毛銘祺

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠測繪中心，麗水 323000）

1 引言

特高壓變電站作為未來整個輸變電系統(tǒng)的重要組成部分，隨著科技的發(fā)展以及自動化程度的飛速提高，特高壓變電站必將朝著無人值守、高度自動化的方向發(fā)展。這對保障特高壓變電站的整體安全提出了更高的要求。

“十三五”期間，特高壓快速發(fā)展，但特高壓變電站地基沉降，特別是不均勻沉降，會使站內(nèi)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜，地表開裂，電纜溝錯位，以致于不能正常運(yùn)行。因此，構(gòu)建和設(shè)計一套特高壓變電站地基沉降監(jiān)測自動化系統(tǒng)的必要性和重要性愈發(fā)顯得尤為重要。

目前，特高壓變電站地基沉降監(jiān)測傳統(tǒng)方式是采用高精度電子水準(zhǔn)儀和受溫差影響較小的銦鋼水準(zhǔn)尺，采用高程測量方法，周期性的監(jiān)測地基沉降的趨勢。雖然該方法有其精度高，靈活性強(qiáng)、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也較為突出，比如觀測距離短，觀測工作效率和質(zhì)量嚴(yán)重受到天氣和環(huán)境的影響，當(dāng)有反光時觀測精度低，甚至導(dǎo)致無法測量。此外，作業(yè)周期長、效率低、工作量大、誤差來源多等原因，也倒逼特高壓變電站地基沉降監(jiān)測的傳統(tǒng)模式亟需變革。

雖然精密水準(zhǔn)儀測量精度可以達(dá)到0.3毫米，但它存在水準(zhǔn)儀基準(zhǔn)站選擇困難，要求不會沉降而且通視；觀測結(jié)果受到人、儀器等系統(tǒng)性誤差的影響，觀測結(jié)果與真實(shí)情況存在一定的偏差，導(dǎo)致事前預(yù)防、事中預(yù)警、事后控制等相關(guān)工作的開展相對滯后，這就亟需一套全天候、全自動、高精度的地基沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

當(dāng)前，利用北斗高精度定位、數(shù)據(jù)無線傳輸和數(shù)據(jù)智能處理等前沿技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)沉降觀測點(diǎn)的高精度定位、沉降觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時無線傳輸。有效解決傳統(tǒng)地基沉降觀測中費(fèi)時、費(fèi)力、自動化程度偏低等不足，具有全天候、全自動、高精度連續(xù)定位功能，具有傳統(tǒng)地基監(jiān)測技術(shù)無法比擬的適用性，對特高壓變電站地基沉降觀測工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。北斗高精度地基沉降監(jiān)測技術(shù)具有很強(qiáng)的先進(jìn)性和實(shí)用性。

2 北斗特高壓變電站地基沉降監(jiān)測實(shí)現(xiàn)方法

對于特高壓變電站地基沉降變形趨勢的監(jiān)測，通過北斗高精度定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)智能處理系統(tǒng)等，結(jié)合多頻率雙差解算模式，并基于分層置信的數(shù)據(jù)濾波算法，在優(yōu)化載波相位差分?jǐn)?shù)據(jù)處理方法的基礎(chǔ)上，大幅度減少法方程求逆時大量的模糊度，提高解算效率，并同步處理基準(zhǔn)站和觀測站載波相位等數(shù)據(jù)，最終得到監(jiān)測點(diǎn)相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的地基沉降的精確量，以實(shí)現(xiàn)特高壓變電站地基沉降實(shí)時監(jiān)測目的。

為滿足特高壓變電站地基沉降監(jiān)測的現(xiàn)實(shí)要求，必須保證關(guān)鍵區(qū)域高定位精度。一般情況下，利用RTK定位技術(shù)，采取兩臺或兩臺以上的北斗衛(wèi)星雙頻接收機(jī)，將其中一臺雙頻接收機(jī)安裝在基準(zhǔn)站上，其余的雙頻接收機(jī)則安裝在需要監(jiān)測的觀測站上，同時采用雙頻信源，同步處理B1和B2載波信號。根據(jù)兩個載波信號的不同頻段，消除測點(diǎn)定位過程中電離層、對流層造成延遲的影響，并最大程度減少誤差。通過無線數(shù)據(jù)傳送模塊將實(shí)時沉降觀測數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程觀測中心，繼而通過觀測中心數(shù)據(jù)處理軟件解算出基準(zhǔn)站和觀測點(diǎn)設(shè)備的精確位置。

3 北斗特高壓變電站地基沉降觀測數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)方案共分為三個部分：觀測點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù)和遠(yuǎn)程觀測中心。

觀測點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集：集成北斗高精度定位模塊實(shí)時采集特高壓變電站地基沉降的相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過無線通信技術(shù)將地基沉降數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程觀測中心。

數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù)：在觀測中心創(chuàng)建可靠、安全的服務(wù)器通信平臺，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，多點(diǎn)同步傳輸沉降觀測數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程觀測中心端，同時實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觀測服務(wù)器與前端無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的雙向通信。

遠(yuǎn)程觀測中心：搭建特高壓變電站地基沉降數(shù)據(jù)智能化管控平臺，對各觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、存儲。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)報表生成、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)備份等功能，以實(shí)現(xiàn)對觀測數(shù)據(jù)的快速整合、分析，提高數(shù)據(jù)處理的及時性、高效性。在數(shù)據(jù)智能管控平臺設(shè)計友好的人機(jī)交互界面，提供圖形化顯示效果和數(shù)據(jù)表格打印功能。開發(fā)圖形功能設(shè)計分析特高壓變電站地基的周期沉降量和相對位移量，提供沉降速率、自動抓取特征值等定量分析處理結(jié)果，自動生成沉降折線圖、地基三維圖直觀地反映地基沉降形變的趨勢。

4 特高壓變電站地基沉降監(jiān)測基準(zhǔn)站和觀測站的選取

北斗高精度定位沉降監(jiān)測設(shè)備包括基準(zhǔn)站和觀測站?；鶞?zhǔn)站是觀測地基沉降變形的基準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)建立在測定的已知坐標(biāo)，且不會有沉降趨勢的穩(wěn)定基巖上。一方面基準(zhǔn)站應(yīng)建設(shè)在較開闊區(qū)域，使其更大程度的獲取衛(wèi)星信號；另一方面，基準(zhǔn)站設(shè)備應(yīng)保持持續(xù)供電和穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)。合格的基準(zhǔn)站建設(shè)應(yīng)具備如下功能：一是應(yīng)從無人值守且能應(yīng)對各種復(fù)雜氣候情況的角度設(shè)計基準(zhǔn)站；二是安裝北斗雙頻接收機(jī)，以便與數(shù)據(jù)處理中心做到信息共享，如精密星歷、觀測數(shù)據(jù)、氣象參數(shù)等；三是應(yīng)裝設(shè)可靠的太陽能充電蓄電模塊，從而始終維持在工作狀態(tài)，保存北斗定位數(shù)據(jù)。四是開發(fā)裝置自檢功能，在故障出現(xiàn)時，及時向觀測中心發(fā)出警報。

觀測站則是地基沉降變形的觀測點(diǎn)。觀測點(diǎn)設(shè)備布設(shè)的原則：根據(jù)特高壓變電站現(xiàn)場勘測情況，選取站內(nèi)重要的設(shè)備承臺和構(gòu)建物，因為這些部位可以真實(shí)地反映地基變形特征。觀測點(diǎn)設(shè)備布設(shè)的方法：一方面，在沉降變化比較明顯的部位、軟基較深的電纜道、裂縫較多的路面等位置處安裝觀測點(diǎn)設(shè)備；另一方面，觀測點(diǎn)也應(yīng)布設(shè)在特高壓變電站重要的構(gòu)建物和設(shè)備的承臺上，每個觀測點(diǎn)安裝高精度北斗衛(wèi)星雙頻接收機(jī)監(jiān)測觀測點(diǎn)水平和高程的形變情況，以此反應(yīng)構(gòu)建物和承臺形變的趨勢。此外，觀測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)有效避開上方的遮擋物，以便于接收北斗定位信號。同樣應(yīng)采用太陽能充電蓄電模塊，實(shí)現(xiàn)全天候無間斷的實(shí)時在線觀測。

4 結(jié)束語

在特高壓變電站地基沉降觀測領(lǐng)域，針對傳統(tǒng)地基沉降觀測技術(shù)存在的不足以及當(dāng)前電網(wǎng)智能化生產(chǎn)安全要求的提高，本文利用北斗高精度定位技術(shù)突破了特高壓變電站地基沉降觀測傳統(tǒng)監(jiān)測模式的局限。本方案基于北斗高精度定位技術(shù)，融合數(shù)據(jù)無線傳輸和數(shù)據(jù)智能處理等多項前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)特高壓變電站區(qū)域內(nèi)地基不同部位的形變的在線觀測。通過該方案可實(shí)時掌控特高壓變電站地基沉降位移的趨勢狀況，幫助排查地基隱患并為決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，減少因地基沉降給特高壓變電站帶來危害，保證電網(wǎng)安全，對特高壓變電站地基沉降觀測工作具有重要的實(shí)際意義。

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