CN102831665B - 输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统及其预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统，包括输电铁塔强度及振动离线智能巡检仪，所述输电铁塔强度及振动离线智能巡检仪包括移动式应变传感器、加速度计、双通道信号调理仪及双通道动态信号采集处理器，所述移动式应变传感器和加速度计分别与双通道信号调理仪相连，双通道信号调理仪与双通道动态信号采集处理器相连，双通道动态信号采集处理器与数据处理装置相连。同时本发明还公开利用该系统的预警方法。本发明可以在线监测，准确性高，安全可靠，可用于输电线路日常检测，节省人力物力，用以替代目前线路巡检依靠目测的状态。

Description

输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统及其预警方法

技术领域

本发明涉及一种电力监测技术，尤其涉及一种输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统及其预警方法。

背景技术

输电塔系受强风、裹冰、地震、基础沉降、山体滑坡、采空区地质变化等因素造成应力超限或振动疲劳，在服役期内强度性能下降甚至突发倒塔事故以致产生重大经济损失。目前主要依靠线路维护人员通过目测发现铁塔的变化，铁塔的可靠性没有相应的数据库和评估方法。

中国专利ZL200820184986.2公开了一种输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统，其包括现场采集站和主站，现场采集站包括信号调理仪、采集卡、工业控制计算机和无线网卡，振动传感器通过信号调理仪与采集卡连接，风速风向传感器和温度湿度传感器分别连接在采集卡上，采集卡与工业控制极端及连接，在工业控制计算机上连接有无线网卡，主站包括无线数据接收系统和数据记录系统。

中国专利ZL200920142968.2公开了一种输电塔振动在线监测系统，包括电源供电单元，传感器单元、信号调理与采集单元、嵌入式单板计算机、无线数据传输单元、远程监测中心组成。系统使用太阳能电池板加蓄电池组联合供电，同步采集输电塔多个部位的振动信号及输电塔周围环境的气象数据，通过无线数据传输单元经CDMA移动通信网络传输至远程监测中心进行存储和显示。通过检测特征参数的变化，进而实现对输电塔安全的实时检测。

但是上述两个专利有以下缺点：

1.两者适用于在线监测，不能适用于离线巡检。振动及强度的在线监测系统目前还在研究试验阶段，成本高昂、可靠性差，尚未具备电网推广运用的可能。

2.上述两个专利只包括振动，未包括强度。

3.上述两个专利监测器采用220V交流电源供电或太阳能供电，不能用于巡检。

4.上述两个专利监测点位置只能固定在若干位置上，监测点少。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统及其预警方法，该系统可以离线监测，准确性高，安全可靠，可用于输电线路日常检测，以替代目前线路巡检依靠目测的状态。本发明具有可统计和评估分析铁塔可靠性，建立数据库保证线路供电的正常运行的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统，包括输电铁塔强度及振动离线智能巡检仪，所述输电铁塔强度及振动离线智能巡检仪包括移动式应变传感器、加速度计、双通道信号调理仪及双通道动态信号采集处理器，所述移动式应变传感器和加速度计分别与双通道信号调理仪相连，双通道信号调理仪与双通道动态信号采集处理器相连，双通道动态信号采集处理器与数据处理装置相连。

所述移动式应变传感器用磁力座固定到输电塔被测位置，移动式应变传感器包括由标准应变片组成的桥式电路，所述桥式电路固化在弹性环中，弹性环两端分别连接磁力座，由标准应变片组成的桥式电路通过导线与应变放大器相连，应变放大器通过导线与数据处理装置相连。

所述双通道信号调理仪和双通道动态信号采集处理器一体化由锂电池供电。

所述移动式应变传感器和加速度计采集的两个信号分别通过振动信号通道和应变信号通道传输给双通道信号调理仪。

所述数据处理装置为笔记本电脑。

一种利用输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统对输电铁塔强度振动可靠性预警方法：通过将某一个塔每次巡检的8个振动值a_i和应变值ε_i测量数据各自统计平均得到1个振动值a_j和1个应变值ε_j作为1次记录的样本，

$a_j=\left(\underset{1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\right)/8$ ${\mathrm{\ϵ}}_j=\left(\underset{1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ϵ}}_i\right)/8$

对定期检测点n次样本进行统计计算，n为大于等于1的整数，得到它们的振动期望值a_μ和振动标准差a_σ以及应变期望值ε_μ和应变标准差ε_σ，

$a_{\mathrm{\μ}}=\left(\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j\right)/n$ $a_{\mathrm{\σ}}=\left(\sqrt{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(a_j-a_{\mathrm{\μ}})}^2}\right)/n$

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\μ}}=\left(\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ϵ}}_j\right)/n$ ${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\σ}}=\left(\sqrt{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ϵ}}_j-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\μ}})}^2}\right)/n$

当样本数n即巡检次数超过20后得到的期望值a_μ和标准差a_σ以应变期望值ε_μ和应变标准差ε_σ作为预警值的依据，

振动预警值=a_μ+3a_σ

应变预警值=ε_μ+3ε_σ

对每次巡检测量值a_i和ε_i加权处理。

本发明中的加速度计、双通道信号调理仪及双通道动态信号采集处理器均为现有技术，在此不再赘述。

本发明的振动和应变传感器由锂电池供电。本发明具备两个信号通道，1通道为振动信号，2通道为应变信号。通过USB接口与笔记本连接。振动传感器采用加速度计。应变计预先固定安装在铁塔关键部位。维护人员定期到被检塔指定部位测量并将数据自动存储到计算机数据库中，分析指定部位振动和应力变化趋势以诊断该塔的结构健康状态。

本发明的有益效果：

1改变国内现有线路巡检能依靠目测的方法，使铁塔的可靠性有相应的数据库和评估方法。

2输电铁塔强度振动智能巡检仪采用锂电池供电，体积小、重量轻，携带方便。

3每次巡检测量点是确定的，数据具有可比性。

4该系统可以离线监测，允许在任意振动和强度敏感点上进行测量，准确性高，安全可靠。

附图说明

图1为巡检仪及传感器安装示意图；

图2为巡检仪电路原理图；

图3为被测塔基测点定位名方法；

其中，1.输电塔主柱，2.移动式应变传感器，3.低频高灵敏度加速度计，4.被测塔的横截面，如图3中8个测量面分别确定为东_北、东_南、南_东、南_西、西_南、西_北、北_西、北_东。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统，包括输电铁塔强度及振动离线智能巡检仪，所述输电铁塔强度及振动离线智能巡检仪包括移动式应变传感器2、低频高灵敏度加速度计3、双通道信号调理仪及双通道动态信号采集处理器，所述移动式应变传感器2和低频高灵敏度加速度计3分别与双通道信号调理仪相连，双通道信号调理仪与双通道动态信号采集处理器相连，双通道动态信号采集处理器与数据处理装置相连。移动式应变传感器用磁力座随时固定到输电塔被测位置。应变传感器由1个弹性元件上粘贴4个应变片组成全桥电路，封装后外壳安装2个磁座。

移动式应变传感器用磁力座固定到输电塔被测位置，移动式应变传感器包括由标准应变片组成的桥式电路，所述桥式电路固化在弹性环中，弹性环两端分别连接磁力座，由标准应变片组成的桥式电路通过导线与应变放大器相连，应变放大器通过导线与数据处理装置相连。

如图1、3所示，取被测塔的横截面4高度作为检测面，在横截面附近的4根输电塔主柱1作为监测点，每个监测点测2个相互垂直的面，分别确定为东_北、东_南、南_东、南_西、西_南、西_北、北_西、北_东总计8个测量面。测量输电塔任何部位的应变只需要将图1中应变计通过磁力座吸附到塔身钢梁上，每个面同时测量振动和应变两个参数。

如图2所示，移动式应变传感器接收信号后经应变放大器处理为低通滤波，经直流放大后进行程控放大。加速度计测量信号后经一系列滤波放大后进行程控放大，连同移动式应变传感器信号一起进行模数转换和信号处理后，转化成相应数据后导入笔记本电脑进行数据处理。

输电铁塔强度振动可靠性预警确定方法如下：通过将某一个塔每次巡检的8个振动值a_i和应变值ε_i测量数据各自统计平均得到1个振动值a_j和1个应变值ε_j作为1次记录的样本。

$a_j=\left(\underset{1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\right)/8$ ${\mathrm{\ϵ}}_j=\left(\underset{1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ϵ}}_i\right)/8$

对定期检测点n次样本进行统计计算，得到它们的期望值a_μ和标准差a_σ以应变期望值ε_μ和应变标准差ε_σ。

$a_{\mathrm{\μ}}=\left(\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j\right)/n$ $a_{\mathrm{\σ}}=\left(\sqrt{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(a_j-a_{\mathrm{\μ}})}^2}\right)/n$

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\μ}}=\left(\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ϵ}}_j\right)/n$ ${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\σ}}=\left(\sqrt{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ϵ}}_j-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\μ}})}^2}\right)/n$

当样本数n(即巡检次数)超过20后得到的期望值a_μ和标准差a_σ以应变期望值ε_μ和应变标准差ε_σ可以作为预警值的依据。

振动预警值=a_μ+3a_σ

应变预警值=ε_μ+3ε_σ

对每次巡检测量值a_i和ε_i加权处理。

Claims (1)

1.一种利用输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统对输电铁塔强度振动可靠性预警方法，所述输电铁塔强度及振动离线智能巡检系统，包括输电铁塔强度及振动离线智能巡检仪，所述输电铁塔强度及振动离线智能巡检仪包括移动式应变传感器、加速度计、双通道信号调理仪及双通道动态信号采集处理器，所述移动式应变传感器和加速度计分别与双通道信号调理仪相连，双通道信号调理仪与双通道动态信号采集处理器相连，双通道动态信号采集处理器与数据处理装置相连，其特征是，

所述方法为通过将某一个塔每次巡检的8个振动值a_i和8个应变值ε_i测量数据各自统计平均得到1个振动值a_j和1个应变值ε_j作为1次记录的样本，

$\begin{array}{cc}{a}_j=\left(\underset{1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\right)/8,& {\mathrm{\ϵ}}_j=\left(\underset{1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ϵ}}_i\right)/8,\end{array}$

对定期检测点n次样本进行统计计算，n为大于等于1的整数，得到它们的振动期望值a_μ和振动标准差a_σ以及应变期望值ε_μ和应变标准差ε_σ，

$\begin{array}{cc}{a}_{\mathrm{\μ}}=\left(\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j\right)/n,& a_{\mathrm{\σ}}=\left(\sqrt{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(a_j-a_{\mathrm{\μ}})}^2}\right)/n,\end{array}$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\μ}}=\left(\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ϵ}}_j\right)/n,& {\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\σ}}=\left(\sqrt{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ϵ}}_j-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\μ}})}^2}\right)/n,\end{array}$

当样本数n即巡检次数超过20后得到的振动期望值a_μ和振动标准差a_σ以及应变期望值ε_μ和应变标准差ε_σ作为预警值的依据，

振动预警值＝a_μ+3a_σ，

应变预警值＝ε_μ+3ε_σ，

对每次巡检的8个振动值a_i和8个应变值ε_i分别加权处理。