CN107014435A - 一种输电线路台风灾害观测塔 - Google Patents

一种输电线路台风灾害观测塔 Download PDF

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周象贤
姜文东
谷山强
刘浩军
王少华
李特
吴旭翔
曹俊平
蒋愉宽
苏杰
雷梦飞
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Wuhan NARI Ltd
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Abstract

本发明公开了一种输电线路台风灾害观测塔。目前对台风作用于实际输电线路杆塔的过程缺乏实际观测数据，导致输电线路设计、建设、运行等环节防台风工作缺乏数据支持。本发明包括输电线路杆塔，所述的输电线路杆塔上设有视频监测装置、移动通信单元、光伏电池系统、微气象监测单元、塔材应力监测单元和供电控制系统；供电控制系统向塔材应力监测单元、微气象监测单元和视频监测装置供电，塔材应力监测单元、微气象监测单元和视频监测装置将监测信号传送至移动通信单元。本发明可为台风风载荷作用下的杆塔材料的损坏机理研究提供试验平台、为输电线路杆塔设计、建设、运行等环节防台风工作积累监测数据。

Description

一种输电线路台风灾害观测塔
技术领域
本发明涉及输电线路防灾减灾装置领域，尤其是一种输电线路台风灾害观测塔。
背景技术
输电线路运行经验表明，台风会造成输电线路风偏跳闸、绝缘子和金具损坏、导地线断股和断线、杆塔损坏的后果。如2004年台风“云娜”在浙江省登陆期间，损坏的输电线路达3342km，全省共有9座220kV变电所失电，可见台风灾害对输电线路的安全运行产生了严重影响。目前对台风的研究多集中在对风场的监测和分析上，对于台风作用下的杆塔力学试验多集中在缩尺寸模型上，采用风洞技术模拟台风风载荷；但是台风风场情况复杂，缩尺寸模型难以完全反映实际输电线路杆塔在真实台风作用下的塔材应力变化情况。
由于对台风作用于实际输电线路杆塔的过程缺乏实际观测数据，台风风载荷作用下的杆塔材料的损坏机理缺乏监测手段，导致输电线路设计、建设、运行等环节防台风工作缺乏数据支持。
为收集第一手的台风气象数据，了解台风内部涡旋运动的规律和台风对输电线路杆塔结构的损害机理，有必要在实际的输电线路杆塔结构上开展台风风害的观测。
发明内容
有鉴于此，为了获得台风对输电线路杆塔作用过程中的观测数据，本发明提供一种基于实际输电线路杆塔的输电线路台风灾害观测塔。
本发明采用如下的技术方案：一种输电线路台风灾害观测塔，包括输电线路杆塔，所述的输电线路杆塔上设有视频监测装置、移动通信单元、光伏电池系统、微气象监测单元、塔材应力监测单元和供电控制系统；
220V市电电源和光伏电池系统接入供电控制系统，供电控制系统向塔材应力监测单元、微气象监测单元和视频监测装置供电，塔材应力监测单元、微气象监测单元和视频监测装置将监测信号传送至移动通信单元。
本发明集成视频监测、塔材应力监测和微气象监测设备，实现台风过程中输电线路杆塔不同高度的气象要素监测和不同位置处的塔材应力、形变等要素的监测。在台风期间，在既无市电也无光照情况下供电控制系统仍可运行15天，因此供电控制系统可靠性较高。
进一步地，不同输电线路台风灾害观测塔的移动通信单元通过2G/3G/4G无线网络将监测信号传递至站端服务器，用户采用后台观测控制软件通过互联网访问站端服务器，从而获取监测信息。
进一步地，所述的视频监测装置通过螺栓安装于输电线路杆塔顶部的地线挂架上，该位置处的视频监测装置观测范围较大。
进一步地，所述的移动通信单元通过螺栓安装在输电线路杆塔顶部塔材上，该位置处的移动通信单元信号受杆塔结构的阻挡较小。
进一步地，所述的光伏电池系统包括光伏电池板和铅酸蓄电池，光伏电池板通过螺栓安装在输电线路杆塔顶部塔材上，铅酸蓄电池安装于一铝合金箱体内部，该铝合金箱体通过螺栓安装在输电线路杆塔的上层横担主材上。光伏电池板安装在杆塔顶部可以减小塔材对阳光的遮挡。
进一步地，所述的微气象监测单元有两个，分别通过螺栓安装在输电线路杆塔的地线挂架和下层横担主材上，以测量杆塔不同高度位置处的气象参数，获得气象参数随高度变化情况。
进一步地，所述的塔材应力监测单元有三个，分别通过螺栓安装在杆塔的上层与中层横担之间、中层与下层横担之间和下层横担以下杆塔主体结构的主材上。横担与杆塔主体结构的连接处是杆塔抗风能力的关键点，在此处安装应力监测单元可监测台风风场对杆塔力学特性的影响。
进一步地，所述的供电控制系统通过螺栓安装在杆塔下层横担以下杆塔主体结构的主材上，供电系统安装在此处便于进行后期维护。
进一步地，所述的供电控制系统在220V市电电源和光伏电池系统间自动切换。
本发明具有以下有益效果：本发明可对台风作用于实际输电线路杆塔时的风速、风向、杆塔塔材应力、杆塔形变等物理参量进行监测，并通过无线网络将监测信号传递至站端服务器，便于进行分析研究。本发明可为台风风载荷作用下的杆塔材料的损坏机理研究提供试验平台、为输电线路杆塔设计、建设、运行等环节防台风工作积累监测数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其它的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明输电线路台风灾害观测塔的整体结构示意图。
图2为本发明输电线路台风灾害观测塔的设备接线图。
图3为本发明多个输电线路台风灾害观测塔的通信组网示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的输电线路台风灾害观测塔，输电线路杆塔上设有视频监测装置V1、移动通信单元C1、光伏电池系统B1、微气象监测单元M1、微气象监测单元M2、塔材应力监测单元S1、塔材应力监测单元S2、塔材应力监测单元S3和供电控制系统P1。
所述的视频监测装置V1通过螺栓安装于输电线路杆塔顶部的地线挂架上，移动通信单元C1通过螺栓安装在杆塔顶部塔材上，光伏电池系统B1包括光伏电池板和铅酸蓄电池，光伏电池板通过螺栓安装在杆塔顶部塔材上，铅酸蓄电池安装于铝合金箱体内部，铝合金箱体通过螺栓安装在杆塔上层横担主材上。微气象监测单元M1和微气象监测单元M2分别通过螺栓安装在杆塔地线挂架和下层横担主材上。塔材应力监测单元S1、塔材应力监测单元S2和塔材应力监测单元S3分别通过螺栓安装在杆塔的上层与中层横担之间、中层与下层横担之间和下层横担以下杆塔主体结构的主材上。供电控制系统P1通过螺栓安装在杆塔下层横担以下杆塔主体结构的主材上。
输电线路杆塔采用实际运行中的电压等级大于或等于110kV的自立钢塔，杆塔横担呼高大于25m。
视频监测装置采用高清激光红外球机，其云台旋转范围为水平0～355°、垂直+90～－5°、旋转速度为水平0.1°/s～5°/s、垂直0.1°/s～5°/s，有效像素为800万、焦距为6～186mm、光学变焦倍数为31倍、光圈为F1.6～F4.5。
光伏电池系统采用高效单晶硅太阳能电池，具备最大功率点跟踪功能、自动温度补偿充电控制功能、超压保护、过压保护功能。供电系统可在市电和光伏蓄电池间自动切换。
微气象监测单元可实现温度、湿度、风向、风速、气压和雨量的监测，其中温度测量范围为-40～123.8℃、湿度测量范围为0～100％RH、风向测量范围为0-359.9°、风速测量范围为0-60m/s、气压测量范围为750～1100HPa、雨量0～500mm。
塔材应力监测单元由应力传感器、应变式传感器、加速度传感器和磁电式速度传感器组成，最高采样频率200Hz，每个传感器可独立设置采样频率。可实现输电线路杆塔沉降、桡度、倾斜、位移、振动、钢结构表面应变等参量监测。
移动通信单元具备2G/3G/4G模块，把采集和压缩处理后的视频数据发送给数据处理系统。移动通信单元支持WIFI无线网络，支持通过网桥组网。
如图3所示，不同输电线路台风灾害观测塔的移动通信单元C1通过2G/3G/4G无线网络将监测信号传递至站端服务器，用户采用后台观测控制软件通过互联网访问站端服务器，从而获取监测信息。
后台观测控制软件具备三维浏览功能，能够显示安装位置的GIS信息、能够显示安装位置的实时风速风向信息、能够控制前端球机的云台操作、具备修改前端设备参数功能，可以控制前端设备开关。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和发明点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种输电线路台风灾害观测塔，包括输电线路杆塔，其特征在于，所述的输电线路杆塔上设有视频监测装置(V1)、移动通信单元(C1)、光伏电池系统(B1)、微气象监测单元、塔材应力监测单元和供电控制系统(P1)；
220V市电电源和光伏电池系统(B1)接入供电控制系统(P1)，供电控制系统(P1)向塔材应力监测单元、微气象监测单元和视频监测装置(V1)供电，塔材应力监测单元、微气象监测单元和视频监测装置(V1)将监测信号传送至移动通信单元(C1)。
2.根据权利要求1所述的输电线路台风灾害观测塔，其特征在于，不同输电线路台风灾害观测塔的移动通信单元(C1)通过2G/3G/4G无线网络将监测信号传递至站端服务器，用户采用后台观测控制软件通过互联网访问站端服务器，从而获取监测信息。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路台风灾害观测塔，其特征在于，所述的视频监测装置(V1)通过螺栓安装于输电线路杆塔顶部的地线挂架上。
4.根据权利要求1或2所述的输电线路台风灾害观测塔，其特征在于，所述的移动通信单元(C1)通过螺栓安装在输电线路杆塔顶部塔材上。
5.根据权利要求1或2所述的输电线路台风灾害观测塔，其特征在于，所述的光伏电池系统(B1)包括光伏电池板和铅酸蓄电池，光伏电池板通过螺栓安装在输电线路杆塔顶部塔材上，铅酸蓄电池安装于一铝合金箱体内部，该铝合金箱体通过螺栓安装在输电线路杆塔的上层横担主材上。
6.根据权利要求1或2所述的输电线路台风灾害观测塔，其特征在于，所述的微气象监测单元有两个，分别通过螺栓安装在输电线路杆塔的地线挂架和下层横担主材上。
7.根据权利要求1或2所述的输电线路台风灾害观测塔，其特征在于，所述的塔材应力监测单元有三个，分别通过螺栓安装在杆塔的上层与中层横担之间、中层与下层横担之间和下层横担以下杆塔主体结构的主材上。
8.根据权利要求1或2所述的输电线路台风灾害观测塔，其特征在于，所述的供电控制系统(P1)通过螺栓安装在杆塔下层横担以下杆塔主体结构的主材上。
9.根据权利要求1或2所述的输电线路台风灾害观测塔，其特征在于，所述的供电控制系统(P1)在220V市电电源和光伏电池系统(B1)间自动切换。
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