CN107543641A - 一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统，该系统包括监测主机(6)以及分别与之连接的载荷监测终端(1)、导线/夹具温度监测终端(2)、杆塔倾斜在线监测终端(3)和微气象在线监测终端(4)，载荷监测终端(1)连接在横担悬挂点与夹具之间，导线/夹具温度监测终端(2)固定在架空导线及金属夹具上，杆塔倾斜在线监测终端(3)固定于塔身上，微气象在线监测终端(4)焊接在横担梁处，监测主机(6)焊接在塔身两侧。与现有技术相比，本发明监测系统结构设计简便、合理，各监测端互不影响，可在极端恶劣环境下独立正常使用，且功耗低，应用范围广。

Description

一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统

技术领域

本发明涉及一种输电铁塔分析监测系统，尤其是涉及一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统。

背景技术

我国地域广阔，拥有过百万公里的输电线路。电力系统稳定可靠运行关乎整个国家的经济发展和社会稳定，而输电线路的安全运行则是整个电力网络系统的稳定运行的重要环节。我国电网容量大，覆盖面广，输电距离长，地形复杂，山势险峻。输变电线路多在崇山峻岭间架设，输电设备存在巡视难度极大、维护任务极为繁重等难题，输电设备事故发生后的排查、检修等工作难度极大。输电铁塔的倒塌事件近年来屡见不鲜。

为了研究输电线路铁塔的力学特性，实现输电铁塔事故发生前的及时准确预知，将线路事故隐患消除于萌芽状态；为了在输电设备事故发生后，利用科技手段使线路人员能够快速确定事故发生点，减少和降低事故排查难度；为了解决目前输电线路人员短缺与输电线路增长较快的矛盾和部分特殊地段巡视困难等问题，迫切需要研究和逐步引进使用新技术，以科技手段进一步增强我国电网运行的可靠性，逐步实现我国电网的数字化、网路化、智能化现代管理模式。

目前输电塔架监测装置存在功能单一、智能化欠缺、力学特性分析不够等缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统，该系统包括监测主机以及分别与之连接的载荷监测终端、导线/夹具温度监测终端、杆塔倾斜在线监测终端和微气象在线监测终端，载荷监测终端连接在横担悬挂点与夹具之间，导线/夹具温度监测终端固定在架空导线及金属夹具上，杆塔倾斜在线监测终端固定于塔身上，微气象在线监测终端焊接在横担梁处，监测主机焊接在塔身两侧。

所述的载荷监测终端包括分别用于测量悬挂载荷拉力和悬挂导线倾角的载荷拉力传感器和倾角传感器，所述的载荷拉力传感器以销钉连接方式连接于横担梁悬挂点和夹具之间，所述的倾角传感器采用螺纹连接方式固定在载荷拉力传感器旁。

所述的导线/夹具温度监测终端包括温度传感器，所述的温度传感器设置多个并以缠绕方式或直接接触方式设置在架空导线及金属夹具上。

所述的杆塔倾斜在线监测终端包括用于监测输电线路铁塔受力变形信号横向倾角传感器和顺线倾角传感器，横向倾角传感器和顺线倾角传感器分别沿横向及顺线方向螺栓连接固定于支座平台上，所述的支座平台采用螺栓连接固定塔身。

所述的微气象在线监测终端包括用于采集温度、湿度、风速、风向、气压和雨量的传感器，所述的传感器均设置在支座上，所述的支座焊接于横担梁处。

所述的该系统还包括用于供电的供电装置，所述的供电装置包括太阳能电池板、蓄电池和电源控制器，所述的太阳能电池板和蓄电池均连接电源控制器，所述的太阳能电池板设置在塔头处，所述的蓄电池和电源控制器焊接于塔身两侧。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明实现了监测系统的一体化设计结构，监测系统采用独立运行技术方案，可适用于不同的类型的输电线路塔架，实现了保证各监测终端独立运行的前提下对塔架的在自然灾害等极端运行条件下力学特性的监测，节约了塔架运行时常规维护的时间和耗费；同时对于塔架安全特性的分析极大地提高了装置的智能化程度，而且对塔架的结构优化设计也起到了重要作用，此监测装置结构设计简便、合理，使用范围广；

(2)本发明根据载荷监测终端、导线/夹具温度监测终端、杆塔倾斜在线监测终端和微气象在线监测终端的不同的监测量，对各终端的安装位置和安装方式进行了优化，结构设计简便、合理，各监测端互不影响，可在极端恶劣环境下独立正常使用，且功耗低，应用范围广，监测结果更加可靠。

附图说明

图1为设有本发明监测系统的输电铁塔的结构示意图；

图2为载荷监测终端安装示意图；

图3为导线/夹具温度监测终端安装示意图；

图4为杆塔倾斜在线监测终端安装示意图；

图5为微气象在线监测终端安装示意图；

图6为供电装置安装示意图。

图中，1为载荷监测终端，2为导线/夹具温度监测终端，3为杆塔倾斜在线监测终端，4为微气象在线监测终端，5为供电装置，6为监测主机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统，该系统包括监测主机6以及分别与之连接的载荷监测终端1、导线/夹具温度监测终端2、杆塔倾斜在线监测终端3和微气象在线监测终端4，载荷监测终端1连接在横担悬挂点与夹具之间，导线/夹具温度监测终端2固定在架空导线及金属夹具上，杆塔倾斜在线监测终端3固定于塔身上，微气象在线监测终端4焊接在横担梁处，监测主机6焊接在塔身两侧。

如图2所示，载荷监测终端1包括分别用于测量悬挂载荷拉力和悬挂导线倾角的载荷拉力传感器和倾角传感器，基于架空输电导线悬链线方程可知，等高悬点处架空线的应力等于其水平应力合作用在其上的比载与中央弧垂的乘积的和。除了静态应力外，还应考虑线夹的横向挤压应力，考虑刚度时的附加弯曲应力和振动时产生的附加动应力等。因此导线悬挂点处的应力较为复杂，为简化实际工程中的测量和监测，将载荷拉力传感器和倾角传感器布置于横担悬挂点处与金属夹具之间，组成载荷监测终端1，用于测量悬挂载荷拉力和悬挂导线倾角。基于建立的等高悬点架空线的悬链线方程可知，悬挂点处的应力计算复杂且很难监测，且实际运行中导线跳线、断股现象时有发生，所以将载荷拉力传感器以销钉连接方式连接于横担梁悬挂点处和夹具之间，可绕销钉方向旋转，倾角传感器采用螺纹连接方式固定在拉力传感器旁，选择如上安装位置可对导线悬挂点处的载荷大小、倾角大小等状态参数进行实时监测，传感器型号和数量可根据实际工程要求进行拆装设计。

在输电线路实际运行时，恶劣的气象条件可能导致导线及金属夹具发生巨大的温差变化，甚至导致很大的载荷变化，因此将导线/夹具温度监测终端2采用直接接触式测量导线及金属夹具温度，在导线线夹、金具、导线连接处等线路易发热点灵活选择安装，采用温度传感器进行温度测量，并进行实时监控。如图3所示为导线/夹具温度监测终端2的安装示意图，由于实际工程中，随着自然环境参数的变化，导线及夹具温度也会出现温差较大的问题，因此采用直接接触式测量方式，将温度测量传感器直接固定在导线上，触点以缠绕方式和直接接触式对导线和夹具进行温度测量，传感器的型号和数量可按实际工程要求进行设计，同时测量传感器的位置也可进行更多选择，如导线接线处等。

如图4所示，杆塔倾斜在线监测终端3包括用于监测输电线路铁塔受力变形信号横向倾角传感器和顺线倾角传感器，横向倾角传感器和顺线倾角传感器分别沿横向及顺线方向螺栓连接固定于支座平台上，支座平台采用螺栓连接固定塔身。杆塔倾斜在线监测终端3由横向倾角传感器和顺线倾角传感器组成，通过对塔身倾斜的静载荷受力分析数值模拟可以发现，杆塔靠近塔头部分倾斜严重，且斜材部分变形突出，所以将杆塔倾斜在线监测终端3沿横向及顺线方向布置于塔身上部，能够对输电线路铁塔受力变形信号，包含角度、扭矩、位移等信号进行测试，更好的反应输电线路铁塔的倾斜变形及失稳情况，并实时监测。在对输电塔线体系进行静力学模拟分析后可知，导致杆塔倾斜的主要原因是导线对塔身施加的载荷，杆塔倾斜方向主要是以横向及顺线方向，且塔身上端位移量较大，斜材部分变形突出，因此将横向倾角传感器和顺线倾角传感器分别沿横向及顺线方向螺栓连接固定于支座平台上，支座平台由不锈钢金属板组成，采用螺栓连接固定塔身，采用如上布置方式可以最大限度的准确监测杆塔的倾斜情况，传感器的数量、型号及具体固定位置可按实际工程要求设计。

如图5所示，微气象在线监测终端4包括用于采集温度、湿度、风速、风向、气压和雨量的传感器，在对塔体进行风载荷和覆冰载荷的数值模拟后可知，将气象监测传感器焊接固定于支座，支座采用焊接方式固定于塔架横担梁上，这样的布置方式可以在保证设备安全的前提下最大限度的增大气象传感器的迎风面，并且可以准确的反应实时的气象状态，气象监测传感器型号和数量可按照实际工程要求进行设计。因此，传感器均设置在支座上，支座焊接于横担梁处。综合微气象终端采集的外界环境状况，通过移动4G传输的方式传至监测主机6，由监测主机6进行汇总和整理后，上传至用户使用端，依托国家电网公司输电线路监测终端技术规范中的相关数学模型，分析杆塔、导线受覆冰载荷等外界作用的载荷变化，判断恶劣环境下塔架的受力情况，并判断结构失稳破坏状态。

该系统还包括用于供电的供电装置5，如图6所示，供电装置5包括太阳能电池板、蓄电池和电源控制器，太阳能电池板和蓄电池均连接电源控制器，太阳能电池板设置在塔头处，蓄电池和电源控制器焊接于塔身两侧。

Claims (6)

1.一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统，其特征在于，该系统包括监测主机(6)以及分别与之连接的载荷监测终端(1)、导线/夹具温度监测终端(2)、杆塔倾斜在线监测终端(3)和微气象在线监测终端(4)，载荷监测终端(1)连接在横担悬挂点与夹具之间，导线/夹具温度监测终端(2)固定在架空导线及金属夹具上，杆塔倾斜在线监测终端(3)固定于塔身上，微气象在线监测终端(4)焊接在横担梁处，监测主机(6)焊接在塔身两侧。

2.根据权利要求1所述的一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统，其特征在于，所述的载荷监测终端(1)包括分别用于测量悬挂载荷拉力和悬挂导线倾角的载荷拉力传感器和倾角传感器，所述的载荷拉力传感器以销钉连接方式连接于横担梁悬挂点和夹具之间，所述的倾角传感器采用螺纹连接方式固定在载荷拉力传感器旁。

3.根据权利要求1所述的一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统，其特征在于，所述的导线/夹具温度监测终端(2)包括温度传感器，所述的温度传感器设置多个并以缠绕方式或直接接触方式设置在架空导线及金属夹具上。

4.根据权利要求1所述的一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统，其特征在于，所述的杆塔倾斜在线监测终端(3)包括用于监测输电线路铁塔受力变形信号横向倾角传感器和顺线倾角传感器，横向倾角传感器和顺线倾角传感器分别沿横向及顺线方向螺栓连接固定于支座平台上，所述的支座平台采用螺栓连接固定塔身。

5.根据权利要求1所述的一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统，其特征在于，所述的微气象在线监测终端(4)包括用于采集温度、湿度、风速、风向、气压和雨量的传感器，所述的传感器均设置在支座上，所述的支座焊接于横担梁处。

6.根据权利要求1所述的一种输电铁塔力学特性与安全性能分析监测系统，其特征在于，所述的该系统还包括用于供电的供电装置(5)，所述的供电装置(5)包括太阳能电池板、蓄电池和电源控制器，所述的太阳能电池板和蓄电池均连接电源控制器，所述的太阳能电池板设置在塔头处，所述的蓄电池和电源控制器焊接于塔身两侧。