CN107012883A - 一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法及系统，所述方法包括：步骤1：对山区高压输电铁塔塔基进行试验，获得影响塔基稳定性的影响因子；步骤2：运用层次分析法，分析各个影响因子在输电铁塔稳定性中的权重；步骤3：分别对每个影响因子进行分级和量化；步骤4：计算出塔基的不稳定指数S，并进行比较获得塔基稳定性判断结果。

Description

一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法及系统

技术领域

本发明涉及电力设备安全检测领域，具体地，涉及一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法及系统。

背景技术

山区高压输电塔是我国电力系统的基础设施，高压输电线路作为电力系统的重要组成部分，它不仅仅担负着分配与输送电能的任务，同时还联络着各个变电站和发电厂使之能并列运行，塔基基础又是高压输电塔线路的根本，它属于地下隐蔽工程，其稳定性是输电线路正常、可靠工作的前提，也关系到整体输电网络的安全。在我国，地域幅员辽阔，地势复杂，尤其是西南地区，这里地区山体岩土极其复杂，在外部因素诱发下很容易发生滑坡、崩塌、泥石流、地质沉降等自然灾害。虽然输电塔塔基在设计选址的时候考虑了地质灾害因素，但由于人类对地质灾害发生、演变规律认识有限、监测手段不足，在实际运行过程中，部分输电线路依然面临地质灾害侵袭的危险，严重危及电网运行安全。对电网工程建设而言，尤其是高压电塔塔基稳定性，没有足够的时间和人力物力去对塔基稳定性进行地质勘察和稳定性计算。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法存在效率和准确率较低的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法及系统，解决了现有的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法存在效率和准确率较低的技术问题，实现高效的对的山区高压输电铁塔塔基稳定性进行判断，且判断结果准确的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法，所述方法包括：

步骤1：对山区高压输电铁塔塔基进行试验，获得影响塔基稳定性的影响因子；

步骤2：运用多目标决策层次分析法，分析各个影响因子在输电铁塔稳定性中的权重；

步骤3：分别对每个影响因子进行分级和量化；

步骤4：计算出塔基的不稳定指数S，当S<S₁时，塔基稳定性为优；当S₁<S<S₂时，塔基稳定性为中；当S>S₂时，塔基稳定性差；其中，S₁为最小稳定性系数和最S₂为大稳定性系数；

S＝V₁W₁+V₂W₂+…+V_nW_n (1)

式1中：S为塔基不稳定指数，V_n为第n个评价指标量化值；W_n为第n个评价指标权重值。

进一步的，所述步骤1具体包括：

首先，根据采集获得的山区高压输电铁塔塔基数据，对山区高压输电铁塔塔基进行建模；

然后，根据建立的山区高压输电铁塔塔基模型进行试验，获得影响塔基稳定性的影响因子。

进一步的，所述影响因子包括：塔基所在位置的坡度、塔基所在位置的坡形、塔基的临空高度、塔基所在位置的坡体物质、塔基所在位置的岩体结构、塔基所在位置的岩体风化程度、塔基所在位置的开挖程度情况、塔基所在位置的已有防治措施。其中，塔基的临空高度为塔基所在坡面的位置到地面的垂直距离。

所述各个影响因子的权重分别为：塔基所在位置的坡度为0.2091，塔基所在位置的坡形为0.0313，塔基的临空高度为0.0701，塔基所在位置的坡体物质为0.1203，塔基所在位置的岩体结构为0.0525，塔基所在位置的岩体风化程度为0.0230，塔基所在位置的开挖程度为0.2467，塔基所在位置的已有防治措施为0.2467。

其中，本申请中的各个影响因子权重是通过运用多目标决策层次分析法获得的，具体为：

a、构建层次结构图

构建层次结构图，它是把复杂问题分解成多个小的元素，并按元素的隶属关系及其相互关系形成不同的层次，同层的元素作为准则对下一层的元素起支配作用，同时它又受上层元素的支配。目标层为铁塔塔基稳定性，方案层为塔基稳定和不稳定两类。首先建立层次结构图，建立决策目标(塔基稳定性)、总目标层(地形地貌条件、地质条件、人类工程活动)、子准则层(坡度、坡形、临空高度、坡体物质、坡体结构、风化程度、开挖程度、防治措施)。层次结构图如图2所示。

b、构造判断矩阵

对于同层的要素以上一级的要素为准则进行两两比较，建立判断矩阵。判断矩阵都是由多位经验丰富的专家填写调查问卷之后形成的，专家在填写调查问卷前，必须全面深入地分析每个影响因素的地位和作用。

c、判断矩阵的一致性检验和权重的计算

调整矩阵，判断矩阵稳定性。当判断矩阵稳定性不一致时候，说明矩阵因素占得权重存在问题,需要继续调整，重新构造判断矩阵，直至稳定性一致。当稳定性值越大，表明判断矩阵偏离完全一致性越大；值越接近0，表明判断矩阵的一致性越好。计算结果最终符合塔基影响主要因素、次要因素、不太重要因素所占的权重合理。运用层次分析法得到各个因素在影响输电铁塔塔基稳定性中所占的权重(见表1)。

进一步的，所述对每个影响因子进行分级具体为：

每个影响因子均分为1-3级，1级代表对塔基稳定性的影响为低级；2级代表对塔基稳定性的影响为中级；3级代表对塔基稳定性的影响为高级。其中，1代表“无影响或影响小”；2代表“影响中等”；3代表“影响大”。

进一步的，所述对每个影响因子进行量化具体为：

当坡度小于15度时为1级，当坡度大于等于15度且小于等于30度时为2级，当坡度大于30度时为3级；当坡形为凹形时为1级，当坡形为直线形时为2级，当坡形为凸形时为3级；当临空高度小于5米时为1级，当临空高度大于等于5米且小于等于30米时为2级，当临空高度大于30米时为3级；当坡体物质为硬岩(花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英岩、石英砂岩、硅质砾岩、硅质石灰岩等)时为1级，当坡体物质为较软岩(大理岩、板岩、石灰岩、白云岩、钙质砂岩等)时为2级，当坡体物质为软岩(千枚岩、泥灰岩、砂质泥岩、页岩、泥岩、泥质砂岩等)时为3级；当岩体结构为逆向坡(即坡体岩层倾斜方向和山坡反向)时为1级，当岩体结构为近水平(即坡体岩层倾角小于10度)时为2级，当岩体结构为顺向坡或土层(即坡体岩层倾斜方向和山坡同向)时为3级；当岩体风化程度为弱时为1级，当岩体风化程度为中时为2级，当岩体风化程度为强时为3级；当开挖程度为小时为1级，当开挖程度为中时为2级，当开挖程度为强时为3级；当防治措施为已有抗滑桩或锚杆时为1级，当防治措施为挡墙时为2级，当防治措施为无时为3级。

进一步的，S₁为1.8和S₂为2.2。其中，S₁和S₂为申请人结合多个个案例的数据，然后进行大量的实验和计算，得出一个最小稳定性系数S₁和最大稳定性系数S₂；

另一方面，本申请还提供了一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断系统，所述系统包括：

获得单元：用于获得影响塔基稳定性的影响因子；

分析单元：用于分析各个影响因子在输电铁塔稳定性中的权重；

测量单元：用于分别对每个影响因子进行分级和量化；

计算单元：用于计算出塔基的不稳定指数S，当S<S₁时，塔基稳定性为优；当S₁<S<S₂时，塔基稳定性为中；当S>S₂时，塔基稳定性差；其中，S₁为最小稳定性系数和最S₂为大稳定性系数；

S＝V₁W₁+V₂W₂+…+V_nW_n (1)

式1中：S为塔基不稳定指数，V_n为第n个评价指标量化值；W_n为第n个评价指标权重值。

其中，所述获得单元具体包括：

建模模块：用于根据采集获得的山区高压输电铁塔塔基数据，对山区高压输电铁塔塔基进行建模；

获得模块用于：根据建立的山区高压输电铁塔塔基模型进行试验，获得影响塔基稳定性的影响因子。

其中，所述影响因子包括：塔基所在位置的坡度、塔基所在位置的坡形、塔基的临空高度、塔基所在位置的坡体物质、塔基所在位置的岩体结构、塔基所在位置的风化程度、塔基所在位置的开挖程度、塔基所在位置的防治措施。

其中，所述各个影响因子的权重分别为：塔基所在位置的坡度为0.2091，塔基所在位置的坡形为0.0313，塔基的临空高度为0.0701，塔基所在位置的坡体物质为0.1203，塔基所在位置的岩体结构为0.0525，塔基所在位置的风化程度为0.0230，塔基所在位置的开挖程度为0.2467，塔基所在位置的防治措施为0.2467。

其中，所述对每个影响因子进行分级具体为：

每个影响因子均分为1-3级，1级代表对塔基稳定性的影响为低级；2级代表对塔基稳定性的影响为中级；3级代表对塔基稳定性的影响为高级。

其中，所述对每个影响因子进行量化具体为：

当坡度小于15度时为1级，当坡度大于等于15度且小于等于30度时为2级，当坡度大于30度时为3级；当坡形为凹形时为1级，当坡形为直线形时为2级，当坡形为凸形时为3级；当临空高度小于5米时为1级，当临空高度大于等于5米且小于等于30米时为2级，当临空高度大于30米时为3级；当坡体物质为硬岩(花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英岩、石英砂岩、硅质砾岩、硅质石灰岩等)时为1级，当坡体物质为较软岩(大理岩、板岩、石灰岩、白云岩、钙质砂岩等)时为2级，当坡体物质为软岩(千枚岩、泥灰岩、砂质泥岩、页岩、泥岩、泥质砂岩等)时为3级；当岩体结构为逆向坡(即坡体岩层倾斜方向和山坡反向)时为1级，当岩体结构为近水平(即坡体岩层倾角小于10度)时为2级，当岩体结构为顺向坡或土层(即坡体岩层倾斜方向和山坡同向)时为3级；当岩体风化程度为弱时为1级，当岩体风化程度为中时为2级，当岩体风化程度为强时为3级；当开挖程度为小时为1级，当开挖程度为中时为2级，当开挖程度为强时为3级；当防治措施为已有抗滑桩或锚杆时为1级，当防治措施为挡墙时为2级，当防治措施为无时为3级。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了多目标决策层次分析法技术手段，解决了现有的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法存在效率和准确率较低的技术问题，实现高效的对的山区高压输电铁塔塔基稳定性进行判断，且判断结果准确的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法的流程示意图；

图2为稳定性的多目标决策层次分析法结构图。

具体实施方式

本发明提供了一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法及系统，解决了现有的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法存在效率和准确率较低的技术问题，实现高效的对的山区高压输电铁塔塔基稳定性进行判断，且判断结果准确的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

对于山区高压输电电路的铁塔塔基稳定性，我们要考虑在山区高压输电铁塔塔基的地形地貌条件、坡体地质条件和人类工程活动条件，对山区高压输电铁塔塔基稳定性的评估进行了研究与探讨。本申请通过对山区输电铁塔塔基调查研究，选取了多处典型案例作为样本进行分析研究，在定性分析的基础上，运用多目标决策层次分析法，评价指标量化取值标准，然后定量计算评价指标权重和塔基不稳定指数S，最后建立了S值与塔基稳定性的对应关系,累加各评价指标量化值和其权重的乘积作为塔基不稳定指数S，用其作为塔基稳定或不稳定的定量标准。

计算公式：S＝V₁W₁+V₂W₂+V₃W₃+V₄W₄+V₅W₅+V₆W₆+V₇W₇+V₈W₈

式中：S为塔基不稳定指数，其值越大，塔基越不稳定；V_n为第n个评价指标量化值；W_n为第n个评价指标权重值。

进一步实施步骤如下：

a、根据塔基现场地形地貌条件、坡体地质条件、人类工程活动条件，运用多目标决策层次分析法，分析各个因素在输电铁塔稳定性中权重(见表1)。

表1影响因子权重

b、评价指标选择与量化.考虑到评价指标体系的代表性和可操作性，选择影响塔基稳定性的斜坡坡度、斜坡坡形、斜坡临空高度、坡体物质、岩体结构、岩体风化程度、开挖程度、防治措施6个评价指标。建立了三个等级取值标准：1代表“无影响或影响小”；2代表“影响中等”；3代表“影响大”，取值标准见表2。

表2评价因子分级量化

c、结合23个案例，总结得出一个最小稳定性系数S1和最大稳定性系数S2；根据各自山区高压输电铁塔塔基不稳定性根据各自的条件计算出稳定性S，将塔基稳定性程度可定性分为稳定性差、稳定性一般、稳定性好三种情况。当S<S1时，塔基稳定性为好(一般情况下没有什么安全隐患)；当S1<S<S2时,塔基稳定性为一般(存在一点隐患，但对整体稳定性影响不大)；当S>S2时，塔基稳定性差(需要进行加固处理或者迁建)。根据23处典型的案例(包括未发现安全隐患、初露存在一点危险、存在安全隐患的)计算塔基稳定性S计算结果与塔基实际稳定状态进行统计分析，对塔基不稳定指数S值进行分区。

d、由23份案例得出数据分析，以及根据案例中的实际塔基的不稳定状况的出结论：(表3)

当S<1.8时；输电带电塔塔基稳定性好。

当1.8<S<2.2时；输电电塔塔基稳定性一般。

当S>2.2时；输电电塔塔基稳定性差。

表3塔基不稳定指数S值分区

用上述方法对研究区的其它已知稳定状态的11处案例中塔基稳定性进行计算，每个案例8个影响因子的具体情况见表4，案例因子评价打分结果见表5，案例不稳定性指数见表6。将计算结果与实际情况进行对比分析，检验该方法的适用性计算结果对比分析(见表7)。

案例1 解放沟乡二普一线314#塔

案例2 解放沟乡二普一线313#塔

案例3 锦屏一级水电站G1006#塔

案例4 500kv溪宾三线N16#塔

案例5 500kv东天线102#塔

案例6 800kV锦苏线0550#塔

案例7 西昌银厂乡西绵线111#塔

案例8 美姑县菩洪线2号线51#塔

案例9 220kV东芦线42号，220kV吕芦线36#塔

案例10 110kV成宁线9#塔

案例11 向家坝—上海±800kv特高压直流输电线路1859#塔

表4每处案例8个影响因子具体情况

表5案例影响因子评价打分结果

表6案例不稳定性指数

表7计算结果对比分析

本申请主要运用案例分析研究，在定性分析的基础上，定量计算了判断指标权重和塔基不稳定指数S，建立了S值与塔基稳定性的对应关系。利用11处已知稳定状态的案例进行验证，有11处计算结果与实际情况吻合,表明该方法具有较好实用性。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了多目标决策层次分析法技术手段，解决了现有的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法存在效率和准确率较低的技术问题，实现高效地对山区高压输电铁塔塔基稳定性进行判断，且判断结果准确的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：获得影响塔基稳定性的影响因子；

步骤2：分析各个影响因子在输电铁塔稳定性中的权重；

步骤3：分别对每个影响因子进行分级和量化；

步骤4：计算出塔基的不稳定指数S，当S<S₁时，塔基稳定性为优；当S₁<S<S₂时，塔基稳定性为中；当S>S₂时，塔基稳定性差；其中，S₁为最小稳定性系数和最S₂为大稳定性系数；

S＝V₁W₁+V₂W₂+…+V_nW_n (1)

式1中：S为塔基不稳定指数，V_n为第n个评价指标量化值；W_n为第n个评价指标权重值。

2.根据权利要求1所述的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法，其特征在于，步骤1为：对山区高压输电铁塔塔基进行试验，获得影响塔基稳定性的影响因子，具体包括：

首先，根据采集获得的山区高压输电铁塔塔基数据，对山区高压输电铁塔塔基进行建模；

然后，根据建立的山区高压输电铁塔塔基模型进行试验，获得影响塔基稳定性的影响因子。

3.根据权利要求1所述的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法，其特征在于，所述影响因子包括：塔基所在位置的坡度、塔基所在位置的坡形、塔基的临空高度、塔基所在位置的坡体物质、塔基所在位置的岩体结构、塔基所在位置的岩体风化程度、塔基所在位置的开挖程度情况、塔基所在位置的已有防治措施。

4.根据权利要求3所述的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法，其特征在于，所述各个影响因子的权重分别为：塔基所在位置的坡度为0.2091，塔基所在位置的坡形为0.0313，塔基的临空高度为0.0701，塔基所在位置的坡体物质为0.1203，塔基所在位置的岩体结构为0.0525，塔基所在位置的岩体风化程度为0.0230，塔基所在位置的开挖程度为0.2467，塔基所在位置的已有防治措施为0.2467。

5.根据权利要求3所述的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法，其特征在于，所述对每个影响因子进行分级具体为：

每个影响因子均分为1-3级，1级代表对塔基稳定性的影响为低级；2级代表对塔基稳定性的影响为中级；3级代表对塔基稳定性的影响为高级。

6.根据权利要求5所述的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法，其特征在于，所述对每个影响因子进行量化具体为：

当坡度小于15度时为1级，当坡度大于等于15度且小于等于30度时为2级，当坡度大于30度时为3级；当坡形为凹形时为1级，当坡形为直线形时为2级，当坡形为凸形时为3级；当临空高度小于5米时为1级，当临空高度大于等于5米且小于等于30米时为2级，当临空高度大于30米时为3级；当坡体物质为硬岩时为1级，当坡体物质为次级软岩时为2级，当坡体物质为软岩时为3级；当岩体结构为逆向坡时为1级，当岩体结构为坡体岩层倾角小于10度时为2级，当岩体结构为坡体岩层倾斜方向和山坡同向时为3级；当岩体风化程度为弱时为1级，当岩体风化程度为中时为2级，当岩体风化程度为强时为3级；当开挖程度为小时为1级，当开挖程度为中时为2级，当开挖程度为强时为3级；当防治措施为已有抗滑桩或锚杆时为1级，当防治措施为挡墙时为2级，当防治措施为无时为3级。

7.根据权利要求1所述的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断方法，其特征在于，S₁为1.8和S₂为2.2。

8.一种山区高压输电铁塔塔基稳定性判断系统，其特征在于，所述系统包括：

获得单元：用于获得影响塔基稳定性的影响因子；

分析单元：用于分析各个影响因子在输电铁塔稳定性中的权重；

测量单元：用于分别对每个影响因子进行分级和量化；

计算单元：用于计算出塔基的不稳定指数S，当S<S₁时，塔基稳定性为优；当S₁<S<S₂时，塔基稳定性为中；当S>S₂时，塔基稳定性差；其中，S₁为最小稳定性系数和最S₂为大稳定性系数；

S＝V₁W₁+V₂W₂+…+V_nW_n (1)

式1中：S为塔基不稳定指数，V_n为第n个评价指标量化值；W_n为第n个评价指标权重值。

9.根据权利要求8所述的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断系统，其特征在于，所述获得单元具体包括：

建模模块：用于根据采集获得的山区高压输电铁塔塔基数据，对山区高压输电铁塔塔基进行建模；

获得模块用于：根据建立的山区高压输电铁塔塔基模型进行试验，获得影响塔基稳定性的影响因子。

10.根据权利要求8所述的山区高压输电铁塔塔基稳定性判断系统，其特征在于，所述影响因子包括：塔基所在位置的坡度、塔基所在位置的坡形、塔基的临空高度、塔基所在位置的坡体物质、塔基所在位置的岩体结构、塔基所在位置的岩体风化程度、塔基所在位置的开挖程度情况、塔基所在位置的已有防治措施。