CN105843151A - 一种输电杆塔的远程安全监测系统 - Google Patents

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李成钢
张廼龙
刘建军
陈大兵
胡鹏
朱洪斌
张晓琴
张研
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Abstract

本发明公开了一种输电杆塔的远程安全监测系统，它涉及电力技术领域。它包括供电模块、数据采集模块、通讯模块和远程分析模块，供电模块、数据采集模块、通讯模块均安装在输电杆塔上，供电模块分别与数据采集模块、通讯模块连接，数据采集模块接通讯模块，通讯模块通过无线信号与远程分析模块连接，所述数据采集模块由位移传感器、风速传感器和主控机组成，用于采集和存储位移和风速数据，位移传感器、风速传感器均与主控机连接，主控机接至通讯模块。本发明通过位移采集并换算为应力值对输电杆塔的安全性进行监测，监测结果直观稳定，易于判断，可靠性高。

Description

一种输电杆塔的远程安全监测系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种输电杆塔的远程安全监测系统。
背景技术
随着我国输电线路的不断增加、输电电压等级的不断提高，输电杆塔的安全成为有效保障电力输送的关键问题。当遭遇雷雨大风、龙卷风、冰雹和飑线风等灾害性天气时，输电杆塔常发生倒塔或横担损毁事故，造成重大经济损失和社会影响，因此，掌握和监控输电杆塔的安全性能对于电网可靠运行极为重要。
目前对于输电杆塔的安全监测主要基于对于杆塔倾斜角度的监测报警，这类方法存在一定局限性：铁质杆塔的安全变形常在数十厘米范围，因此安全的倾斜角度往往也会较大；现有的系统对变形的收集处理主要是通过建立应变和倾斜角之间实现的，建立过程常由经验主观确定；与此同时，如何正确确定临界倾斜角度难度较大。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种输电杆塔的远程安全监测系统。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种输电杆塔的远程安全监测系统，结构设计合理，通过位移采集并换算为应力值对输电杆塔的安全性进行监测，监测结果直观稳定，易于判断，可靠性高，易于推广使用。
为实现上述目的，本发明提供了一种输电杆塔的远程安全监测系统，包括供电模块、数据采集模块、通讯模块和远程分析模块，供电模块、数据采集模块、通讯模块均安装在输电杆塔上，供电模块分别与数据采集模块、通讯模块连接，数据采集模块接通讯模块，通讯模块通过无线信号与远程分析模块连接，所述数据采集模块由位移传感器、风速传感器和主控机组成，用于采集和存储位移和风速数据，位移传感器、风速传感器均与主控机连接，主控机接至通讯模块。
作为优选，所述的供电模块由太阳能电池板、太阳能逆变控制器、风力发电机、风力逆变控制器及蓄电池组组成，供电模块风光互补发电现场供电，提供系统运行所需电力，太阳能电池板连接太阳能逆变控制器至蓄电池组，风力发电机连接风力逆变控制器至蓄电池组，蓄电池组分别与数据采集模块、通讯模块连接。
作为优选，所述的位移传感器共设置有四个，位移传感器分布在输电杆塔上的主材中部、横担与塔头交界处的两个移位测量点上，每个测量点布置有两个位移传感器，每个位移传感器均连接至主控机；通过位移传感器布置在输电杆塔的主材和横担等不同位置，实现杆塔全身结构的安全监测；所述位移传感器采用DH610型磁电式加速度拾振器。
作为优选，所述的风速传感器安装在输电杆塔距地面20m高度处，风速传感器采用PHWYT型风速传感器。
作为优选，所述的通讯模块采用4G无线路由器，用于实时传输采集到的位移和风速数据到远程控制端；远程分析模块包括位移-应力转换模块，对接收到的位移信号进行分析并处理为应力数据，通过分析杆塔的应力状况实现输电杆塔的远程安全监测；该系统通过无线通信网络将输电杆塔的位移、风、温度数据实施传送到远端监控中心，进行位移-应力转换，最终通过应力特征实现对输电杆塔安全的远程监测。
本发明的有益效果是：(1)通过在杆塔横担和主材布置位移传感器，实现主材和横担安全性能的共同监测，监测范围广；
(2)本系统通过对杆塔关键位置的位移进行监测，换算成应力，比较应力值与材料强度的大小，通过关键部位应力与钢塔材料的强度特征来分析判断杆塔是否安全，克服现今杆塔安全监测领域中用杆塔倾斜角度等进行监测预警的不足，可靠性高，结果直观稳定，易于判断。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明供电模块的系统框图；
图3是本发明数据采集模块在输电杆塔上布置的示意图。
具体实施方式
参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：一种输电杆塔的远程安全监测系统，包括供电模块1、数据采集模块2、通讯模块3和远程分析模块4，供电模块1、数据采集模块2、通讯模块3均安装在输电杆塔5上，供电模块1分别与数据采集模块2、通讯模块3连接，数据采集模块2接通讯模块3，通讯模块3通过无线信号与远程分析模块4连接，所述数据采集模块2由位移传感器201、风速传感器202和主控机203组成，用于采集和存储位移和风速数据，主控机203采用DH5966型主控机，具有防水、防尘与抗电磁干扰能力，可以在恶劣环境下持续工作，主控机203与位移传感器201、风速传感器202连接，用于接收监控点的移位信号和风速信号，存储并实时将信号传输至通讯模块3。
值得注意的是，所述的通讯模块3采用4G模式的无线路由器，与所述主控机203连接，用于将测定的位移信号和风速信号输出到远程分析模块。
此外，所述的远程分析模块4包括位移-应力转换模块，对接收到的位移信号进行分析并处理为应力数据，通过分析杆塔的应力状况实现输电杆塔的远程安全监测；该系统通过无线通信网络将输电杆塔的位移、风、温度数据实施传送到远端监控中心，进行位移-应力转换，最终通过应力特征实现对输电杆塔安全的远程监测。
本具体实施方式采用风光互补的供电方式为系统运行提供电力支持，供电模块1由太阳能电池板101、太阳能逆变控制器102、风力发电机103、风力逆变控制器104及蓄电池组105组成，太阳能电池板101连接太阳能逆变控制器102至蓄电池组105，风力发电机103连接风力逆变控制器104至蓄电池组105，蓄电池组105分别与数据采集模块2、通讯模块3连接；太阳能电池板101将太阳能转化为电能，通过太阳能逆变控制器102将太阳能直流电转化成交流电，最终将电能送往蓄电池组105中存储起来；风力发电机103将风能转化为电能，通过风力逆变控制器104对其电压进行调整，最终将电能送往蓄电池组105中存储，蓄电池组105输出12vDC的电能，为数据采集模块2和通讯模块3提供电力支持；该供电模块通过风光互补的方式对系统供电，保障性能高。
本具体实施方式通过位移传感器201布置在输电杆塔5等不同位置，实现杆塔全身结构的安全监测，位移传感器201分布在输电杆塔5上的主材501中部、横担502与塔头交界处的两个移位测量点上，每个测量点布置有两个位移传感器201，每个测点监测两个水平方向的位移，共计四个位移传感器，每个位移传感器201均连接至主控机203，位移传感器201采用DH610型磁电式加速度拾振器，通过对其测得的加速度值进行积分获得测点动态位移。风速传感器202安装在输电杆塔5距地面20m高度处，风速传感器202采用PHWYT型风速传感器。
本具体实施方式远程分析模块4用于接收、处理收到的位移和风速数据，在远程分析模块，通过结构有限元计算获得位移分布图和与之对应的应力分布图，在此基础上将获得的位移值代入已获得位移和应力关系转换为应力值，通过应力值与输电杆塔材料强度大小比较，判断确定输电杆塔是否安全。其具体过程如下：
(1)首先建立该输电杆塔的三维有限元模型，设定相关的材料属性和边界条件；将风速等效转换为施加在整个输电杆塔的风荷载，同时考虑杆塔自重和导线张力等荷载，用弹性力学理论计算获得输电杆塔整体的应力分布图和对应的位移分布图；
(2)将接收到的位移数据、位移点坐标放入上一步获得的位移分布图中，在此基础上查找对应的应力分布图上的对应点的应力值，将查找出来的应力值除以输电杆塔所在杆件的压杆稳定系数得到实际应力值；
(3)将实际应力值与输电杆塔所用材料的强度值进行对比，如实际应力值小于材料强度值，则输电杆塔安全，反之，输电杆塔不安全；比对接收到的风速数据，对信号进行二次确认；反馈分析结果，实现输电杆塔的远程安全监测。
本具体实施方式通过远程分析模块将实测的位移转换为应力，通过输电杆塔材料是否能够承受这个应力来监测输电杆塔安全性，系统根据材料强度特征对输电杆塔安全性能进行监测，无需人为设置其他安全评判条件，监测结果直观稳定，易于判断，可靠实用，具有广阔的市场应用前景。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种输电杆塔的远程安全监测系统，其特征在于：包括供电模块(1)、数据采集模块(2)、通讯模块(3)和远程分析模块(4)，供电模块(1)、数据采集模块(2)、通讯模块(3)均安装在输电杆塔(5)上，供电模块(1)分别与数据采集模块(2)、通讯模块(3)连接，数据采集模块(2)接通讯模块(3)，通讯模块(3)通过无线信号与远程分析模块(4)连接，所述数据采集模块(2)由位移传感器(201)、风速传感器(202)和主控机(203)组成，位移传感器(201)、风速传感器(202)均与主控机(203)连接，主控机(203)接至通讯模块(3)；所述的供电模块(1)由太阳能电池板(101)、太阳能逆变控制器(102)、风力发电机(103)、风力逆变控制器(104)及蓄电池组(105)组成，太阳能电池板(101)连接太阳能逆变控制器(102)至蓄电池组(105)，风力发电机(103)连接风力逆变控制器(104)至蓄电池组(105)，蓄电池组(105)分别与数据采集模块(2)、通讯模块(3)连接。
2.如权利要求1所述的一种输电杆塔的远程安全监测系统，其特征在于：所述的位移传感器(201)共设置有四个，位移传感器(201)分布在输电杆塔(5)上的主材(501)中部、横担(502)与塔头交界处的两个移位测量点上，每个测量点布置有两个位移传感器(201)，每个位移传感器(201)均连接至主控机(203)。
3.如权利要求1或2所述的一种输电杆塔的远程安全监测系统，其特征在于：所述的位移传感器(201)采用DH610型磁电式加速度拾振器。
4.如权利要求1所述的一种输电杆塔的远程安全监测系统，其特征在于：所述的风速传感器(202)安装在输电杆塔(5)距地面20m高度处，风速传感器(202)采用PHWYT型风速传感器。
5.如权利要求1所述的一种输电杆塔的远程安全监测系统，其特征在于：所述的通讯模块(3)采用4G无线路由器。
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