CN104036627A - 一种电力塔杆倾斜监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电力塔杆倾斜监测系统。所述系统包括塔杆应变采集模块、现场ARM总站系统、PC监控中心、远程通信模块和短程通信模块；所述塔杆应变采集模块利用电阻应变传感器测量塔杆的应力变化，通过无线通信方式传递监测信息。本发明系统提高了数据采集的稳定性、可靠性和准确性；不受高压输电线环境下电磁干扰，摆脱了通信电缆的束缚，减少了施工和维护量；采用基于WEB系统的设置服务器，通过IP远程登陆设置系统各项功能参数和报警阈值，更高效便捷；对加速智能化电网建设，预防和减少事故发生，提高电力系统的安全性、可靠性、稳定性具有十分重要的意义。

Description

一种电力塔杆倾斜监测系统

技术领域

本发明涉及电力领域，具体涉及一种电力塔杆倾斜监测系统。

背景技术

电力工业是国民经济的重要基础产业，安全、稳定和充足的电力供应是保障国民经济健康稳定发展的前提。铁塔/塔杆倾斜是影响电力系统安全运行的问题之一。近年来,由于一些自然现象，如雨雪、大风等,以及煤矿开采、工程施工、人为破坏等原因,造成铁塔/塔杆倾斜的情况时有发生。铁塔/塔杆倾斜经常会造成输电线路和通信网络中断,严重的将引起倒塔事件。这些都将对输电网的安全运行和通信网的正常工作造成极大威胁,对人民生命财产造成损失。

以2008年1-2月我国南方大范围冰雪灾害为例。据统计，2008年1-2月，全国电网因冰灾停运线路36740条，停运变电站2016座，563236基杆塔倒塌损坏，断线353731处，500KV变电站停运12座；5000KV输电线路停运107条，受损80条，倒塔957基，局部受损189基。云南220KV大盐线被覆冰脱冰舞动巨大拉力拉断，江西500KV南乐回路因舞动导致铁塔处左相绝缘子串底部瓷瓶钢脚球头断裂，最终使得南昌500KV变电事故报警，南乐回路断路器三项跳闸，江西500KV电网基本瘫痪。湖南，贵州，浙江电网出现了大范围冰闪跳闸和断线倒塔，造成大面积停电和部分电网和部分电网解列运行。总的来说，这次冰灾持续时间长，影响范围广，危害程度深，仅国家电网的直接损失就达到104.5亿元。为避免此类事件再度发生，应加强对电力输电线塔杆状态的监测，在灾害发生前进行及时的预警和处理，以提高电网运行的稳定性。

且高压输电线路需要穿越各种复杂的地理环境，如经过大面积水库、湖泊和崇山峻岭等，这些都给电力线路的监测带来了很多困难。特别是电力线路穿越原始森林边缘地区、高海拔、冰雪覆盖区，或沿线存在频繁滑坡、泥石流等地质灾害。这些地区大多山高坡陡，交通和通讯相对滞后，如何解决电力线路的日常监测成为困扰电力行业的一个重大难题。

传统的高压输电线路监测都是采用巡检的方式，主要有两种，即人工目测法和直升飞机航测法。

人工目测法是由巡检员在地面沿线逐塔巡视，有时候需要登上铁塔或者乘坐悬挂于线路上的滑车，这种作业方式精度低、劳动强度大、费用多、周期长、危险性高，且存在巡检盲区。

直升飞机航测法则是驾驶直升飞机沿线巡检，采用摄像机和其他非接触探测技术对线路进行巡检，这种方式的优点是灵活性强、视野开阔，但存在飞行安全隐患且巡线费用昂贵。

由于上述的巡检作业方式存在诸多的不足，电力部门迫切需要取代或辅助人力进行线路巡检的设备。使之真正成为防止电网事故大面积停电的第一道防御系统的一项关键技术。深入研究电力塔杆倾斜监测系统在线指挥、检修、巡视和监测技术，加强输电线路运行状态的智能化管理，对加速智能化电网建设，预防和减少事故发生，提高电力系统的安全性、可靠性、稳定性具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种电力塔杆倾斜监测系统。针对电力塔杆现场条件复杂，需要长时间稳定工作的需求，所述监测系统对电力塔杆实现了倾斜事故的监测和预警。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电力塔杆倾斜监测系统，包括塔杆应变采集模块、现场ARM总站系统、PC监控中心、远程通信模块和短程通信模块；

所述塔杆应变采集模块通过所诉短程通信模块与所述现场ARM总站系统相连；

所述现场ARM总站系统通过所述远程通信模块与所述PC监控中心相连；

所述塔杆应变采集模块包括电阻应变传感器、信号调理单元、A/D转换单元、放大处理单元和无线通信模块；所述电阻应变传感器、信号调理单元、A/D转换单元、放大处理单元和无线通信模块依次串联；多个所述塔杆应变采集模块分别安装在塔杆的不同位置，分别测量塔杆相应位置的应力变化，并将监测到的应力变化传送到现场ARM总站系统；

所述现场ARM总站系统包括基于FTP客户端的现场ARM监控站、基于WEB系统的设置服务器、用于视频录像的第一高速球、用于目标侦查的第二高速球、用于储存录像以及报警功能的数字硬盘录像设备DVR和用于在控制系统控制下带动第一、第二高速球转动的云台；所述设置服务器和现场ARM监控站相连；所述第一高速球、第二高速球分别与云台相连；所述第二高速球和所述数字硬盘录像设备DVR相连。

优选地，所述远程通信模块为3G、GSM和/或GPRS通信模块。

优选地，所述短程通信模块为ZigBee通信模块。

本发明的有益效果：

第一、塔杆应变采集模块、现场ARM总站系统和PC监控中心无电气连接，塔杆应变采集模块集成有无线数据收发功能，避免了模拟信号在传输过程中受到电磁场干扰的影响，提高了数据采集和发送的稳定性；

第二、采用3G、GSM和/或GPRS通信模块，很好的解决了现场ARM总站系统和PC监控中心之间的通信问题，而且不受高压输电线环境下电磁干扰，摆脱了通信电缆的束缚，减少了施工和维护量，并且可以有效的保存和向PC监控中心发送实时数据；

第三、采用电阻应变传感器可靠性高、性能稳定、精度高、寿命长，从而提高了数据采集的稳定性、可靠性和准确性；

第四、采用采用基于WEB系统的设置服务器，通过IP远程登陆设置系统各项功能参数和报警阈值，更高效便捷。

附图说明

图1为本发明的实施结构示意图。

图2为本发明的塔杆应变采集模块电气原理图。

图3为本发明的应变式传感器受力示意图。

图4为本发明的应变式传感器电路工作原理。

图5为本发明的监测流程图。附图标记说明：图1到图4中，101是PC监控中心，102是WEB系统设置服务器，103是远程通信模块，104是第一高速球，105是第二高速球，106是云台，107是现场ARM监控站，108是数字硬盘录像设备DVR，109是短程通信模块，110是塔杆应变采集模块，201是电阻应变传感器，202是信号调理单元，203是A/D转换单元，204是放大处理单元，205是无线通信模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种电力塔杆倾斜监测系统进行详细说明，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。

1、塔杆倾斜数据的传输

如图1所示，是本发明电力塔杆倾斜监测系统实施结构示意图。该电力塔杆倾斜监测系统，包括PC监控中心101，WEB系统设置服务器102，远程通信模块103，第一高速球104，第二高速球105，云台106，现场ARM监控站107，数字硬盘录像设备DVR 108，短程通信模块109，塔杆应变采集模块110。塔杆应变采集模块110通过短程通信模块109与现场ARM监控站107相连，将采集到的数据通过短程通信模块109传送到现场ARM监控站107并保存，完成数据的采集、传送、保存的功能。现场ARM监控站107将数据汇总后使用远程通信模块103通过FTP软件工具将信息向PC监控中心101传送，并以波形、图表和文字的形式显示，同时根据汇总的数据是否采取报警和通知检修人员的功能。

2、塔杆倾斜的预警与监测

如图1所示，第一高速球104和第二高速球105都通过云台106连接。第一高速球104以动态视频实时监控的方式，可实现24小时全天候的监测，如对绝缘子的污染、雷击。山火和不法分子偷盗高压铁塔等各类运行状况进行全天候、实时监控。线路管理人员可以远程查看线路的监控图像或上传的图像信息了解监控点的现场情况，减轻巡线人员的劳动强度，提高线路安全运行水平，为线路的运行提供直观可靠的线路视频图像信息。

同时根据传送来的信息决定是否启动第二高速球105，第二高速球105具有移动目标侦查和图像抓拍功能，如对视频监控范围内有不明目标移动，则会自动启动视频录像和图像抓拍功能，将监控到的信息储存在数字硬盘录像设备DVR 108中，并通过数字硬盘录像设备DVR 108进行报警。

3、塔杆倾斜的数据采集

图2为本发明电力塔杆倾斜监测系统的应变采集模块的电气原理图。应变采集模块110，由电阻应变传感器201，信号调理单元202，A/D转换单元203，放大处理单元204和无线通信模块205构成。

图3为本发明电力塔杆倾斜监测系统的应变式传感器受力示意图。将四片相同的电阻应变传感器201分别安装在水泥塔基的底端。参照图3，当电力塔杆受到外部力作用时，在物体被压时，上面两个应变片被拉伸，下面两个应变片被压缩；在物体被拉时，上面两个应变片被压缩，下面两个应变片被拉伸。电阻应变传感器201将应力的变换转成电阻值的变换。参照图4，将电阻应变传感器201结成如图所示的电桥，电桥的四个臂上电阻应变传感器201都参与机械变形，同处于一个温度场，温度影响相互抵消，电压输出灵敏度高。四个电阻应变传感器201的电阻阻值相同、材料相同，可以推导出以下公式：

根据应变片特征方程，有

其中R_1、R_2、R_3、R₄为四个电阻应变传感器电阻阻值；ΔR₁、ΔR₂、ΔR₃、ΔR₄为对应电阻应变传感器电阻阻值变化值；K为应变片的灵敏度系数；ε为应变值；U_i为激励电压；ΔU_o为电压变化值。

通过测量输出电压的变化，可以得出应变值。

参照图2，得出的电压变化值ΔU_o，经信号调理单元202，对采集的模拟信号进行处理 ，避免出现相移，保证信号的真实性。调理后的采集值经A/D转换单元203进行模数转换以便于通信之间的传输。由于采集到电压变化值ΔU_o可能较小，最后经放大处理单元204将数据成比列放大后经无线通信模块205向现场ARM监控站107传输，完成数据的采集和传输的功能。

图5是本发明一种电力塔杆倾斜监测系统具体实施方式下的监测流程。

如图5所示，在本实例中，监测流程为：

第一步，3G、GSM和/或GPRS远程通信模块103、现场ARM监控站107和ZigBee短程通信模块109初始化，以便为数据采集做准备。

第二步，监测系统进入主循环模式,判断安装在不同监测点的塔杆应变采集模块110是否采集到数据。如有,就向现场ARM监控站107传输所采集的数据并保存,完成数据的采集、传送、保存的功能。

第三步,启动3G、GSM和/或GPRS远程通信模块103,将数据传输到PC监控中心101,并以波形、图标和文字的形式进行显示,有关结果显示在人机界面上。

第四步,根据所传输的数据判断是否超过预警值,如是,并根据现场施工的情况发出预警和通知检修人员及抢险检修,即时排出故障,保证电力系统的正常运行。

第五步,将所将所测的值存入数据库，绘制变换曲线，并将这些实测数据和预测的状态演变数据进行比较,借助数学模型或者预测方法。比如神经网络、专家系统、支持向量机等预测方法。并运用计算机辅助计算功能判断是否超过允许值，如是，发出预警和通知检修人员即时排查。

第六步,系统进入下一个循环。

以上本发明所提供的一种电力塔杆倾斜监测系统进行了描述，以便于本技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对于本技术领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施的方式及应用范围上均会有改变之处，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种电力塔杆倾斜监测系统，其特征在于，包括塔杆应变采集模块，现场ARM总站系统、PC监控中心、远程通信模块和短程通信模块；

所述塔杆应变采集模块通过所述短程通信模块与所述现场ARM总站系统相连；

所述现场ARM总站系统通过所述远程通信模块与所述PC监控中心相连；

所述塔杆应变采集模块包括依次串接的电阻应变传感器、信号调理单元、A/D转换单元、放大处理单元和无线通信模块；所述塔杆应变采集模块有多个，分别安装在塔杆的不同位置，分别测量塔杆相应位置的应力变化，并将监测到的应力变化传送到现场ARM总站系统；

所述现场ARM总站系统包括基于FTP客户端的现场ARM监控站、基于WEB系统的设置服务器、用于视频录像的第一高速球、用于目标侦查的第二高速球、用于储存录像以及报警功能的数字硬盘录像设备DVR以及用于在控制系统控制下带动第一、第二高速球转动的云台；所述设置服务器和现场ARM监控站相连；所述第一高速球、第二高速球分别与云台相连；所述第二高速球和所述数字硬盘录像设备DVR相连。

2.根据权利要求1所述的一种电力塔杆倾斜监测系统，其特征在于，所述远程通信模块为3G、GSM和/或GPRS通信模块。

3.根据权利要求1所述的一种电力塔杆倾斜监测系统，其特征在于，所述短程通信模块为ZigBee通信模块。