CN104535104A - 电力系统输电塔在线监测方法及监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统输电塔在线监测方法及监测系统，监测方法包括数据采集步骤、数据传输步骤、数据显示步骤和分析预警步骤，监测系统包括现场数据采集装置、数据传输模块、数据库、数据显示模块和分析预警模块，现场数据采集装置对输电塔风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变这四个参数进行同步采集，数据传输模块将接收到的数据传输给数据显示模块，数据显示模块将接收的数据通过显示界面显示出来，同时将接收的数据传输给分析预警模块；分析预警模块将风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据与分析预警模块内预先设定的报警值进行比较，在超过报警值时发出报警信号，防止倒塔和断线事故的发生。

Description

电力系统输电塔在线监测方法及监测系统

技术领域

本发明涉及电力系统输电塔实测及数据可视化领域，具体是指电力系统输电塔在线监测方法及监测系统。

背景技术

高压输电线路一般处于在沿海或山区等偏远地区，经常遭遇飓风及台风袭击，研究输电塔极端气候下风效应十分必要。针对输电塔及输电线风致振动响应开展的现场实测，是研究其风致灾害的方法之一，能够非常直观的得到实际结构在风荷载下的响应，可以真实的反映大气风环境和结构体系实际尺寸，克服了风洞试验中模型和原型相似比之间的误差。

沿海地区由于气候、地理环境非常恶劣，设备供电及数据采集值守都无法正常进行，现有的有线采集及传输设备有一定的局限性。现开发发明一套集监测、数据无线传输和可视化显示为一体的监测系统，监测目标参数主要包括风场环境和输电塔风效应下响应。该系统可以用于输电塔的在线监测，以监测数据作为输电塔线体系极端灾害天气下运行状况的评估手段。

发明内容

本发明的目的之一是提供电力系统输电塔在线监测方法，该监测方法操作简单，能够对输电塔安全性能的预警和保护，防止倒塔和断线事故的发生。

本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的：电力系统输电塔在线监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)数据采集步骤：对输电塔风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变这四个参数进行同步采集，获得风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据；

(2)数据传输步骤：对步骤(1)采集的数据进行传输，传输至数据显示模块，同时将数据保存在数据库中；

(3)数据显示步骤：通过数据显示模块将接收的数据通过显示界面显示出来，实现了风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变的实时显示，工作人员可以通过显示界面进行远程观察，准确、实时的获得风场环境的风速、风向，判断输电塔和输电塔杆件可能发生破坏的部位，同时通过数据显示模块将接收的数据传输给分析预警模块；

(4)分析预警步骤：通过分析预警模块对接收的数据进行预警分析，分别将风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据与分析预警模块内预先设定的报警值进行比较，在超过报警值时发出报警信号，从而实现对输电塔安全性能的预警和保护，防止倒塔和断线事故的发生。

本发明的目的之二是提供电力系统输电塔在线监测系统，该监测系统结构简单，能够对输电塔在台风及常态风作用下运行安全性及稳定性进行评估，对输电塔安全性能进行预警和保护，防止倒塔和断线事故的发生。

本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的：电力系统输电塔在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括现场数据采集装置、数据传输模块、数据库、数据显示模块和分析预警模块，其中：

所述的现场数据采集装置对输电塔风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变这四个参数进行同步采集，获得风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据，并且将采集的数据通过无线传输的方式同步传输给所述的数据传输模块；

所述数据传输模块将接收到的数据传输给所述的数据显示模块，同时将数据保存在所述数据库中；

所述的数据显示模块接收数据传输模块传输来的数据，将接收的数据通过显示界面显示出来，实现了风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变的实时显示，工作人员可以通过显示界面进行远程观察，准确、实时的获得风场环境的风速、风向，判断输电塔和输电塔杆件可能发生破坏的部位，同时所述的数据显示模块将接收的数据传输给所述的分析预警模块；

所述分析预警模块接收传输来的数据，分别将风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据与分析预警模块内预先设定的报警值进行比较，在超过报警值时发出报警信号，从而实现对输电塔安全性能的预警和保护，防止倒塔和断线事故的发生。

本发明中，所述的现场数据采集装置包括风速风向仪、加速度传感器和应变传感器，其中，风速风向仪用于测量输电塔风场环境的风速、风向，加速度传感器用于测量输电塔振动加速度，应变传感器用于测量输电塔杆件应变。

本发明的监测系统能够监测到输电塔所在位置处台风及常态风风速、风向，通过界面显示对应台风的级别，监控过程中同时对于超过本地区历史灾害台风时，开启预警功能，当地电力运营及设备部门接到预警后，对正常运营的输电线路采取一些安全及断电措施，尽最大可能避免台风造成的灾害事故和经济损失。

本发明中，除了对风场进行监测，最重要的目的就是设置传感器监测输电塔结构在台风作用下动态振动响应及杆件力学应变。处于大气边界层的构筑物，由于近地面干扰的影响，不仅受到平均风的静力风荷载作用，也受到脉动风作用产生结构振动，如果结构风振响应过大，可能造成输电塔倒塌、绝缘子串风偏闪络、断线等振动破坏，如果结构静力风荷载过大，杆件应力超过极限值，可能造成塔体结构严重破坏。本发明的监测系统为了实现这一功能，同时设置加速度响应和应变响应数据接口，对电力系统运营过程中的输电塔动力及静力性能进行监测。如此可以实现同时同步监测台风作用下的输电塔结构振动加速度和杆件应变，通过实测的数据结果，加以分析，为台风灾害天气下输电塔结构的安全性把脉问诊。

本发明中，太阳能电池板和铅酸蓄电池为传感器和子工作站提供电源。供电系统包括一个40W的太阳能电池和一个120AH，12V的铅酸蓄电池，正常情况下，太阳能电池板不仅可以为整个仪器设备供电，而且还可以将多余的电量储存在蓄电池中，在无日照的情况下，铅酸蓄电池可以连续工作120小时以上。这样通过太阳能电池板和铅酸蓄电池对整个设备系统进行供电，克服了边远地区无法正常供电及可能断电的弊端，并且依托设置的电源模块，可以实现不同功耗传感器及子工作站用电量的需求。

本发明中，传感器接口通过串口线与子工作站进行数据通信，子工作站配置GPRS/3G模块，可通过无线网路接入远程服务器，服务器作为系统的中心，可与子工作站和客户端机器进行即时通信。这样通过自行开发程序，实现数据本地采集打包并在线传输的同步进行，避免了数据量过大挤占主机工作站空间，也实现了远程数据人机交互可视化。

本发明中，风场数据及风作用下的输电塔响应数据通过无线通信传输到远程操作平台上。为了便于实时的查看和监测数据，本套系统采用VC6.0语言编程开发，实时显示监测位置处风速、风向，输电塔不同位置振动加速度和杆件的应力应变，并且可以实现客户端窗口的人机交互。程序对显示的风速、风向进行自动识别和判定，归并到相应的台风级别中，对超过该地区历史台风记录时，马上预警，电力运营部门工作人员接到预警后可以对设施进行进一步加固及加强处理，降低台风灾害对输电塔线体系破坏。对于输电塔关键受力杆件应变超过一定的预警值时，标记出相应杆件，并采取安全措施，防止倒塔和断线事故的发生。

本发明中，预警机制可以很好的让运营安全部门提前做好安全防范措施，减少台风灾害带来的经济损失及人员伤亡。实现了人机互动操作，工作人员可以远程通过电脑界面窗口观察到输电塔振动及杆件的应变，准确、实时的判断可能发生破坏的部位甚至杆件进行判别。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)本发明可以最大真实的采集输电塔风场数据及风致振动响应数据，而且测试内容和测试时间远程控制，保证了测试结果的准确性和实时性。

(2)本发明中所有数据采用无线传输，避免了目前采用有线设备及仪器进行数据采集时，场地、供电及值守带来的限制。

(3)本发明中实现了输电塔输入参数(风速)和输出参数(加速度、杆件应变)的同步采集和显示，可以实时对数据的完整性和可靠性进行准确判断和分析。

(4)本发明中实现了监测数据的预警功能，建立输电塔在灾害性天气条件下的预警功能，能将台风对输电塔线体系的灾害破坏降低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明电力系统输电塔在线监测方法的流程框图；

图2是本发明电力系统输电塔在线监测系统的整体框架图；

图3是本发明电力系统输电塔在线监测系统的使用状态图。

具体实施方式

如图1所示，本发明电力系统输电塔在线监测方法，包括如下步骤：

(1)数据采集步骤：对输电塔风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变这四个参数进行同步采集，获得风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据；

(2)数据传输步骤：对步骤(1)采集的数据进行传输，传输至数据显示模块，同时将数据保存在数据库中；

(3)数据显示步骤：通过数据显示模块将接收的数据通过显示界面显示出来，实现了风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变的实时显示，工作人员可以通过显示界面进行远程观察，准确、实时的获得风场环境的风速、风向，判断输电塔和输电塔杆件可能发生破坏的部位，同时通过数据显示模块将接收的数据传输给分析预警模块；

(4)分析预警步骤：通过分析预警模块对接收的数据进行预警分析，分别将风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据与分析预警模块内预先设定的报警值进行比较，在超过报警值时发出报警信号，从而实现对输电塔安全性能的预警和保护，防止倒塔和断线事故的发生。

本发明同时提供了实现上述监测方法的监测系统，如图2、图3所示，本发明电力系统输电塔在线监测系统包括现场数据采集装置、数据传输模块、数据库、数据显示模块和分析预警模块，其中：

现场数据采集装置对输电塔风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变这四个参数进行同步采集，获得风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据，并且将采集的数据通过无线传输的方式同步传输给数据传输模块，该现场数据采集装置包括风速风向仪、加速度传感器和应变传感器，其中，风速风向仪用于测量输电塔风场环境的风速、风向，加速度传感器用于测量输电塔振动加速度，应变传感器用于测量输电塔杆件应变。

该现场数据采集装置中的风速风向仪、加速度传感器和应变传感器作为传感器采集单元，传感器采集单元的电源通过电源供应单元供给，电源供应单元包括太阳能电池板、铅酸电池。

风速风向仪采用美国YOUNG公司生产的型号为85000的超声风速风向仪或者锦州阳光公司生产的QTS-2风速风向仪，85000超声风速风向仪采用超声测量原理，能够同时测量风速风向等参数，安装方便、精度高及自检功能，QTS-2风速风向仪检测精度高、功耗低、抗光老化、抗强磁干扰、防水、防腐蚀、体积小、携带方便。加速度传感器采用北京泰泽科技公司生产的TG-1加速度传感器，根据输电塔结构振动特点，在输电塔不同高度处布置加速度传感器对输电塔结构振动响应特性进行测量。应变传感器采用美国基康公司生产的BGK-4000应变传感器，对结构主受力杆件进行应变监测。

数据传输模块将接收到的数据传输给数据显示模块，同时将数据保存在数据库中。

本实施例中，现场数据采集装置将采集的数据通过无线传输的方式同步传输给数据传输模块是通过无线传输系统来实现的。通过无线传输系统，实现监测数据无线发送、接收和存储。无线发送模块采用深圳宏电公司型号为H7920的3G无线数据传输模块。现场数据采集装置完成监测数据的采集后，经过移动通信网络将数据发送到输电塔安全远程监测中心，数据传输模块完成接收数据后，将数据保存在数据库中，同时可以对现场数据采集装置进行远程控制，调整现场数据采集装置中的采集参数和无线传输参数。

无线数据传输系统采用VC6.0进行开发，发送流程如下：系统上电后，程序自动启动，首先读取采集配置参数文件、初始化数据采集开，打开串口资源，启动定时器和数据采集线程采集数据，采集完成后通知主线程可以发送数据，采集线程进入休眠状态。主线程对数据线程可以发送数据，采集线程进入休眠状态。主线程对数据进行压缩处理，打包后检查无线网络是否已经建立连接，若已经连接则向无线网络传输至远程监测中心。若未连接则将数据保存在计算机硬盘中，待连接建立后网络空闲时再向监测中心发送数据。

无线数据接收流程如下设计：系统启动后在指定端口进行侦听，收到接送请求后将其加入连接列表中，接到对方发送的数据后，将接收到的数据传输给数据显示模块，同时将数据保存在数据库中。

数据显示模块接收数据传输模块传输来的数据，将接收的数据通过显示界面显示出来，实现了风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变的实时显示，工作人员可以通过显示界面进行远程观察，准确、实时的获得风场环境的风速、风向，判断输电塔和输电塔杆件可能发生破坏的部位，同时数据显示模块将接收的数据传输给分析预警模块。

分析预警模块接收传输来的数据，分别将风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据与分析预警模块内预先设定的报警值进行比较，在超过报警值时发出报警信号，从而实现对输电塔安全性能的预警和保护，防止倒塔和断线事故的发生。

本实施例中的数据显示模块和本实施例中的数据显示模块通过可视化的操作界面实现风速风向的实时显示，并在电脑界面上显示风速对应台风级别，对观测位置处风速设定预警值，风速超过预警风速，通知相应运营部门，做好安全措施，减少台风灾害损失。同时对输电塔和输电塔杆件实现构造物监测数据的实时显示和分析功能，实现了输电塔振动加速度、输电塔杆件应变的实时显示，工作人员可以远程通过电脑界面窗口观察到输电塔加速度响应及杆件的变形，准确、实时的判断可能发生破坏的部位甚至杆件。

本发明的监测系统可以实现监测数据的自动采集和无线传输，克服了现有数据有线传输和采集的壁垒，能适应较恶劣的环境；该系统实现了输电塔如风速、风向等输入参数和输电塔振动加速度、输电塔杆件应变输出参数的同步采集和显示，可以准确实时的对数据的完整性和可靠性进行判断和分析；本实施例能够实现监测数据的预警，建立输电塔在灾害性天气下的预警功能，将台风对输电塔线体系的灾害性破坏降低。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.电力系统输电塔在线监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)数据采集步骤：对输电塔风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变这四个参数进行同步采集，获得风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据；

(2)数据传输步骤：对步骤(1)采集的数据进行传输，传输至数据显示模块，同时将数据保存在数据库中；

(3)数据显示步骤：通过数据显示模块将接收的数据通过显示界面显示出来，实现了风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变的实时显示，工作人员可以通过显示界面进行远程观察，准确、实时的获得风场环境的风速、风向，判断输电塔和输电塔杆件可能发生破坏的部位，同时通过数据显示模块将接收的数据传输给分析预警模块；

(4)分析预警步骤：通过分析预警模块对接收的数据进行预警分析，分别将风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据与分析预警模块内预先设定的报警值进行比较，在超过报警值时发出报警信号，从而实现对输电塔安全性能的预警和保护，防止倒塔和断线事故的发生。

2.电力系统输电塔在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括现场数据采集装置、数据传输模块、数据库、数据显示模块和分析预警模块，其中：

所述的现场数据采集装置对输电塔风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变这四个参数进行同步采集，获得风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据，并且将采集的数据通过无线传输的方式同步传输给所述的数据传输模块；

所述数据传输模块将接收到的数据传输给所述的数据显示模块，同时将数据保存在所述数据库中；

所述的数据显示模块接收数据传输模块传输来的数据，将接收的数据通过显示界面显示出来，实现了风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变的实时显示，工作人员可以通过显示界面进行远程观察，准确、实时的获得风场环境的风速、风向，判断输电塔和输电塔杆件可能发生破坏的部位，同时所述的数据显示模块将接收的数据传输给所述的分析预警模块；

所述分析预警模块接收传输来的数据，分别将风场环境的风速、风向、输电塔振动加速度、输电塔杆件应变数据与分析预警模块内预先设定的报警值进行比较，在超过报警值时发出报警信号，从而实现对输电塔安全性能的预警和保护，防止倒塔和断线事故的发生。

3.根据权利要求2所述的电力系统输电塔在线监测系统，其特征在于，所述的现场数据采集装置包括风速风向仪、加速度传感器和应变传感器，其中，风速风向仪用于测量输电塔风场环境的风速、风向，加速度传感器用于测量输电塔振动加速度，应变传感器用于测量输电塔杆件应变。