CN110006483B - 一种电力铁塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力设备领域，具体公开了一种电力铁塔，包括：设有连接座铁塔基础连接块，设于塔身上部至少一组水平设置的横担，塔身的支腿通过固定连接件固定于连接座上；用于检测塔身是否平衡的水平传感器；均设于横担上若干电流传感器；均设于所述铁塔基础连接块的底部的多个压力传感器；设于塔身上的温度传感器、风速传感器及湿度传感器，数据采集器，其分别与水平传感器、电流传感器、压力传感器温度传感器、风速传感器及湿度传感器连接，控制系统、无线通信单元及报警器，数据采集器、无线通信单元及报警器分别与控制系统连接，用于根据采集的信号判断铁塔是否产生故障，该铁塔具备故障预测功能，可对铁塔故障进行预测以对及时铁塔进行维修。

Description

一种电力铁塔

技术领域

本发明属于输电设备领域，特别涉及一种电力铁塔。

背景技术

电力输电铁塔主要由塔头、塔身及塔腿组成，为输电线路的重要组成部分，对输电线路的正常运行具有重要意义，但铁塔安装环境复杂，如：城市周边、荒郊野外等地，若是铁塔产生故障需要检查维修时，需要花费大量的人力物力进行排查，效率极低，同时，若是发生故障的铁塔不及时抢修，会产生严重的安全隐患，随时可能发生触电事故，并会造成极大的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力铁塔，从而克服发现铁塔故障效率较低的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种电力铁塔，包括：

铁塔基础连接块，其包括连接架及混凝至所述连接架上预制混凝土块，所述连接架包括：底板、斜向支撑杆及水平支撑杆，四根所述斜向支撑杆的一端固定于所述底板的表面，四根所述水平支撑杆分别连接于相邻的所述斜向支撑杆之间，使得所述斜向支撑杆、水平支撑杆及底板的表面之间围绕成梯形，每个所述斜向支撑杆的另一端设有连接座；

塔身，其上部设有至少一组水平设置的横担，所述塔身的支腿通过固定连接件固定于所述连接座上；

水平传感器，每根所述水平支撑杆上各设有一所述水平传感器，每根所述横担上各设有一所述水平传感器；

电流传感器，所述横担上均设有若干电流传感器；

压力传感器，多个该压力传感器均设于所述铁塔基础连接块的底部；

温度传感器、风速传感器及湿度传感器，所述温度传感器、风速传感器及湿度传感器分别设于所述塔身上；

数据采集器，其分别与所述水平传感器、电流传感器、压力传感器温度传感器、风速传感器及湿度传感器连接以获取多个部位的水平信号，所述横担上的电流信号，铁塔的重力信号，温度信号，风速风向信号，湿度信号；

控制系统、无线通信单元及报警器，所述数据采集器、无线通信单元及报警器分别与所述控制系统连接，所述控制系统用于根据采集的信号判断铁塔是否产生故障，具体步骤为：

S1，获取多个信号参数，即包括所述水平信号、电流信号、重力信号、温度信号、风速风向信号、湿度信号；

S2，在每个时间点采集到大量的所述信号参数，每个所述信号参数的权重进行归一化处理，即α₁+α₂+α₃+···+α_n＝1，α_i(i＝1,2,3···n)为信号参数；

S3，获取t时间下采集的信号参数的健康特征值：

其中，α为权重，x为信号参数的值，f(x,α)的结果即为当前采集信号参数的健康特征值，通过f(x,α)在不同时间点，获取基于时间序列的健康特征值数据集；

S4，根据不同时间下采集的信号参数及对应的健康特征值建立时间预测曲线；

S5，若实时采集的信号参数在某时间段内多次偏离所述时间预测曲线，则判定铁塔出现故障问题，通过所述无线通信单元发送故障信号，同时由报警器报警。

优选的，上述技术方案中，所述固定连接件为螺栓。

优选的，上述技术方案中，还包括一太阳能发电装置，其包括风力发电机、光伏组件、逆变器及蓄电池，所述风力发电机设于所述塔身的顶部，所述光伏组件设于所述风力发电机的后侧，其中光伏组件包括：边框、玻璃盖板、太阳能电池板、导热硅胶、吸热管板及通风排热管，所述玻璃盖板、太阳能电池板、导热硅胶及吸热管板依次以贴合的方式安装于所述边框内；若干所述通风排热管固定于所述吸热管板上，所述通风排热管的端口方向与所述风力发电机的风向相对应，风力发电机和太阳能电池板分别与逆变器连接，逆变器与蓄电池连接，所述蓄电池连接所述控制系统。

优选的，上述技术方案中，所述连接架的表面设有防腐绝缘涂层。

优选的，上述技术方案中，所述斜向支撑杆及水平支撑杆为金属杆。

优选的，上述技术方案中，所述斜向支撑杆及水平支撑杆的表面设有防腐绝缘涂层。

优选的，上述技术方案中，所述横担的左端、中间端和右端分别设有挂接输电导线的连接件。

优选的，上述技术方案中，所述塔身的表面覆盖有一层防腐蚀层。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明中的电力铁塔，在铁塔的多个部位上布置多个不同类型的检测传感器，建立基于LSTM预测的铁塔故障模型，并对不同类型的检测传感器获取的参数进行训练，建立铁塔的时间预测曲线，若采集的某种参数长时脱离曲线，则代表出现故障，控制系统则发送远程信号，通知进行及时检查抢修，避免损失。

2.本发明利用风力发电机结合太阳能电池板进行发电，两者可同时或分别发电，且光伏组件设于所述风力发电机的风向后侧，通过产生的风向气流不断的往光伏组件的通风散热管侧进行引流，可快速降低光伏组件的自身温度，提高其发电效率。

附图说明

图1是根据本发明电力铁塔的结构图。

图2是根据本发明电力铁塔监控装置的原理框图。

图3是根据本发明传感器可视化示意图，每一个点是时间点上采集的n个x的值根据公式计算的靶点，所以，X轴对应的是数量(固定每秒采集n个参数)，Y轴是根据公式计算的靶点。

主要附图标记说明：

1-塔身，2-支腿，3-横担，4-铁塔基础连接块，41-底板，42-斜向支撑杆，43-水平支撑杆，44-预制混凝土块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，该实施例中的电力铁塔，包括：铁塔基础连接块4、塔身1、水平传感器7、电流传感器8、压力传感器9、温度传感器10、风速传感器11、湿度传感器12、数据采集器6、控制系统5、无线通信单元13、报警器14及太阳能发电装置。

继续参考图1，铁塔基础连接块4包括连接架及混凝至连接架上的预制混凝土块44，连接架包括：底板41、斜向支撑杆42及水平支撑杆43。四根斜向支撑杆42的一端固定于底板41的表面，四根水平支撑杆43分别连接于相邻的斜向支撑杆42之间，使得斜向支撑杆42、水平支撑杆43及底板41的表面之间围绕成梯形，每个斜向支撑杆42的另一端设有连接座，塔身1的上部设有至少一组水平设置的横担3，横担3的左端、中间端和右端分别设有挂接输电导线的连接件。塔身1的支腿2通过固定连接件固定于连接座上，固定连接件为螺栓。该实施例优选的，连接架的表面设有防腐绝缘涂层，斜向支撑杆及水平支撑杆为金属杆，斜向支撑杆及水平支撑杆的表面设有防腐绝缘涂层，塔身1的表面覆盖有一层防腐蚀层。

进一步参考图1和图2，每根水平支撑杆43上各设有一水平传感器7，每根横担3上各设有一水平传感器7；横担3上均设有若干电流传感器8；多个压力传感器9均设于铁塔基础连接块4的底部；温度传感器10、风速传感器11及湿度传感器12分别设于塔身上；数据采集器6分别与水平传感器7、电流传感器8、压力传感器9、温度传感器10、风速传感器11及湿度传感器12连接以获取多个部位传感器检测的水平信号，横担上传感器检测的电流信号，塔身上传感器检测的重力信号，温度信号，风速风向信号，湿度信号；数据采集器6、无线通信单元13及报警器14分别与控制系统5连接，控制系统5用于根据采集的信号判断铁塔是否产生故障，具体步骤为：

S1，获取多个信号参数，即信号参数包括水平信号、电流信号、重力信号、温度信号、风速风向信号、湿度信号；

S2，在每个时间点采集到大量的信号参数，每个信号参数的权重进行归一化处理，即α₁+α₂+α₃+···+α_n＝1，α_i(i＝1,2,3···n)为信号参数；

S3，获取t时间下采集的信号参数的健康特征值：

其中，α为权重，x为信号参数的值，多个关键参数分别为：x₁、x₂、x₃......，他们分别对应α₁、α₂、α₃的权重，参数乘权重并汇总相加得出这个时间点的设备健康性指标，f(x,α)的结果即为当前采集信号参数的健康特征值，通过f(x,α)在不同时间点，获取基于时间序列的健康特征值数据集，如图3所示；

S4，根据不同时间下采集的信号参数及对应的健康特征值建立时间预测曲线；

S5，若实时采集的信号参数在某时间段内多次偏离时间预测曲线(脱靶概率变大)，则判定铁塔出现故障问题，通过无线通信单元13发送故障信号和各种传感器采集的信号参数值，同时由报警器14报警。

该实施例根据采集的铁塔的信号参数训练LSTM预测模型，并采用训练后的LSTM预测模型对铁塔的信号参数进行故障预测，其中，LSTM(Long Short-Term Memory是RNN(循环神经网络)中的一种特殊长短期记忆网络，是一种时间递归神经网络，适合于处理和预测时间序列中的事件)，针对按照时间序列采集上来的信号参数，进行深度学习预测铁塔在使用过程中出现的问题。

LSTM是在RNN的隐藏层中，增加了一个包含三个门的Cell单元。三个门分别是输入、有用、遗弃。简单说，Cell通过判断上一次时间序列的信息，从而判断这一次的输入是有用还是无用。针对LSTM的特点，针对安装于铁塔上传感器采集的信号参数进行预测评估。铁塔在使用过程中，尤其受高温、高湿、高电压电流、电磁，土壤位置等干扰，均能让铁塔在使用过程中出现漏电、老化等故障现象，使用LSTM找出各个传感器采集信号参数的数值突变引起的故障。这些信号参数的数值通过LSTM预测，并函数拟合成为可以量化的曲线，从而对铁塔的维护保养提出指导意见。

具体的，利用LSTM学习形成预测模型。预测的模型可视化后，成为一个坐标系中的不规则时间曲线。如果实际值没有落在预测曲线附近，则可认为设备的某些状态，在多种未知因素影响的情况下，出现了改变。如果连续多次偏离预测曲线，则可认定即将出现故障问题。数据的样本越多，则预测的曲线越接近实际曲线。

例如，铁塔一般的故障为铁塔老化发生倾斜、漏电、火灾等，实时采集的多个部位传感器检测的水平信号，横担上传感器检测的电流信号，塔身上传感器检测的重力信号，温度信号，风速风向信号，湿度信号，下面举例几种故障问题的预测：

1.若问题为铁塔上侧发生倾斜，该时间段的铁塔上侧水平传感器采集的信号参数的值就会改变，而此时的健康特征值就会脱离时间预测曲线，工作人员再结合异常参数的水平信号的值即可得知是铁塔上侧发生了倾斜，而工作人员即可根据该种故障的维修方法做好维修工作并及时进行抢修。另外若问题为铁塔整体发生倾斜，此时不仅健康特征值脱离时间预测曲线，而全部的水平传感器的值也会异常，进一步的，还可结合风力、重力信号进行故障分析。

2.若问题为铁塔漏电，该时间段的铁塔上的电流信号则会偏大，此时健康特征值就会脱离时间预测曲线通知产生故障，工作人员再结合异常参数的电流信号的值即可得知是铁塔发生了漏电，工作人员可及时作出维修措施，避免造成安全隐患，同时还可结合湿度传感器的值判断是否是因为雷雨天气受雷击的影响。

3.若铁塔周边发生火灾，则该时间段的铁塔上的温度信号则会偏大，此时健康特征值就会脱离时间预测曲线通知产生故障，工作人员再结合异常参数的温度信号的值即可得知是铁塔发生了漏电，工作人员可及时作出维修措施。

通过深度学习的模型判断，在故障发生的前夕便发现了特征值逐步偏离拟合的曲线。从而提前发现问题，启动针对性预案，提高维修效率，避免造成经济损失。

最后，引入太阳能发电装置为预测系统长时提供电能，太阳能发电装置包括风力发电机17、光伏组件18、逆变器16及蓄电池15，风力发电机17设于塔身的顶部，光伏组件18设于风力发电机的后侧，其中光伏组件18包括：边框、玻璃盖板、太阳能电池板、导热硅胶、吸热管板及通风排热管，玻璃盖板、太阳能电池板、导热硅胶及吸热管板依次以贴合的方式安装于边框内；若干通风排热管固定于吸热管板上，通风排热管的端口方向与风力发电机的风向相对应，风力发电机17和太阳能电池板分别与逆变器16连接，逆变器16与蓄电池15连接，蓄电池15连接控制系统5以为预测系统供电。利用风力发电机结合太阳能电池板进行发电，两者可同时或分别发电，且光伏组件设于所述风力发电机的风向后侧，通过产生的风向气流不断的往光伏组件的通风散热管侧进行气流引流，可快速降低光伏组件的温度，提高其发电效率。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种电力铁塔，其特征在于，包括：

铁塔基础连接块，其包括连接架及混凝至所述连接架上预制混凝土块，所述连接架包括：底板、斜向支撑杆及水平支撑杆，四根所述斜向支撑杆的一端固定于所述底板的表面，四根所述水平支撑杆分别连接于相邻的所述斜向支撑杆之间，使得所述斜向支撑杆、水平支撑杆及底板的表面之间围绕成梯形，每个所述斜向支撑杆的另一端设有连接座；

塔身，其上部设有至少一组水平设置的横担，所述塔身的支腿通过固定连接件固定于所述连接座上；

水平传感器，每根所述水平支撑杆上各设有一所述水平传感器，每根所述横担上各设有一所述水平传感器；

电流传感器，所述横担上均设有若干电流传感器；

压力传感器，多个该压力传感器均设于所述铁塔基础连接块的底部；

温度传感器、风速传感器及湿度传感器，所述温度传感器、风速传感器及湿度传感器分别设于所述塔身上；

数据采集器，其分别与所述水平传感器、电流传感器、压力传感器温度传感器、风速传感器及湿度传感器连接以获取多个部位的水平信号，所述横担上的电流信号，铁塔的重力信号，温度信号，风速风向信号，湿度信号；

控制系统、无线通信单元及报警器，所述数据采集器、无线通信单元及报警器分别与所述控制系统连接，所述控制系统用于根据采集的信号判断铁塔是否产生故障，具体步骤为：

S1，获取多个信号参数，即包括所述水平信号、电流信号、重力信号、温度信号、风速风向信号、湿度信号；

S2，在每个时间点采集到所述信号参数，每个所述信号参数的权重进行归一化处理，即α₁+α₂+α₃+···+α_n＝1，α_i(i＝1,2,3···n)为信号参数；

S3，获取t时间下采集的信号参数的健康特征值：

其中，α为权重，x为信号参数的值，x_i(i＝1,2,3···n)为各信号参数的值，f(x,α)的结果即为当前采集信号参数的健康特征值，通过f(x,α)在不同时间点，获取基于时间序列的健康特征值数据集；

S4，根据不同时间下采集的信号参数及对应的健康特征值建立时间预测曲线；

S5，若实时采集的信号参数在某时间段内多次偏离所述时间预测曲线，则判定铁塔出现故障问题，通过所述无线通信单元发送故障信号，同时由报警器报警。

2.根据权利要求1所述的电力铁塔，其特征在于，所述固定连接件为螺栓。

3.根据权利要求1所述的电力铁塔，其特征在于，还包括一太阳能发电装置，其包括风力发电机、光伏组件、逆变器及蓄电池，所述风力发电机设于所述塔身的顶部，所述光伏组件设于所述风力发电机的后侧，其中光伏组件包括：边框、玻璃盖板、太阳能电池板、导热硅胶、吸热管板及通风排热管，所述玻璃盖板、太阳能电池板、导热硅胶及吸热管板依次以贴合的方式安装于所述边框内；若干所述通风排热管固定于所述吸热管板上，所述通风排热管的端口方向与所述风力发电机的风向相对应，所述风力发电机和太阳能电池板分别与所述逆变器连接，所述逆变器与所述蓄电池连接，所述蓄电池连接所述控制系统。

4.根据权利要求1所述的电力铁塔，其特征在于，所述连接架的表面设有防腐绝缘涂层。

5.根据权利要求1所述的电力铁塔，其特征在于，所述斜向支撑杆及水平支撑杆为金属杆。

6.根据权利要求5所述的电力铁塔，其特征在于，所述斜向支撑杆及水平支撑杆的表面设有防腐绝缘涂层。

7.根据权利要求1所述的电力铁塔，其特征在于，所述横担的左端、中间端和右端分别设有挂接输电导线的连接件。

8.根据权利要求1所述的电力铁塔，其特征在于，所述塔身的表面覆盖有一层防腐蚀层。

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