CN111854594A

CN111854594A - 一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置

Info

Publication number: CN111854594A
Application number: CN202010748300.3A
Authority: CN
Inventors: 黄发明; 张晓晴; 刘梓轩; 王梦溪; 严茹
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本发明涉及斜坡上输电塔的防护与监测领域，尤其涉及一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置系统，包括局部地质变形感应装置、变形数据处理箱、本地安全报警箱、电缆、用于加固输电塔的粗钢丝、远程网络监控终端，所述局部地质变形感应装置包括圆柱形钢制外壳、电阻式半导体应变片、供电装置，所述粗钢丝穿过所述局部地质变形感应装置的轴线且与之固定连接，所述粗钢丝的一端与斜坡连接，另一端与输电塔相连；所述电阻式半导体应变片设置于所述圆柱形钢制外壳内腔中，所述变形数据处理箱包括阙值判别单元和无线传输单元和GPRS定位传感器。本发明滑坡变形过大将及时发出警报，从而对输电塔所在的不稳定斜坡进行实时远程监测和事故预警。

Description

一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置

技术领域

本发明涉及斜坡上输电塔的防护与监测领域，尤其涉及一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置系统。

背景技术

输电塔作为输送高压或超高压架空线路的支撑物，广泛分布在平地或山区，输电铁塔作为高耸构筑物，对倾斜变形非常敏感，对地基不均匀沉降要求也高，当输电塔架立在山区甚至是斜坡上时，由于受到风力、重力、水、地表沉降的影响，所处的斜坡不稳定或风力等外力因素过大会导致输电塔发生倒塌事故；同时，风力以及输电塔内部构件松动导致输电塔发生位移也是输电塔倒塌事故的诱因之一。

现有的输电塔事故监测预警技术主要是利用力学传感器对电塔结构的检验与维修，而对斜坡地质变形引起的灾害预警机制尚不完善，主要还是依靠人工定期监测，具有预警不及时、耗时耗力、自动化程度低的缺点。

鉴于上述现有技术存在的缺陷，我们发明了一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置，该系统构造简单、造价低、检修方便、灾害预警周期短、预警效果显著。一方面本装置的局部质变形感应系统内含电阻式半导体应变片可感知斜坡由于重力、风、地表沉降等发生的局部地质位移以及风力或输电塔自身构件故障造成的倾斜；另一方面，本系统采用GPRS无线传输系统无线传输输电塔位置及位移信息，可做到远程监测预警，对待测输电塔所在斜坡的局部变形趋势和高精度整体位移变形进行实时监测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，便于斜坡上输电塔倒塌倾斜事故的及时预警，提供一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置，通过无线通讯模块将实时检测到的局部滑坡变形位移传输到远程网络监控终端，滑坡变形过大将及时发出警报，从而对输电塔所在的不稳定斜坡进行实时远程监测和事故预警。

为了实现本发明的目的，本发明技术方案如下：包括局部地质变形感应装置、变形数据处理箱、本地安全报警箱、电缆、用于加固输电塔的粗钢丝、远程网络监控终端，所述局部地质变形感应装置包括圆柱形钢制外壳、电阻式半导体应变片、供电装置，所述粗钢丝穿过所述局部地质变形感应装置的轴线且与之固定连接，所述粗钢丝的一端与斜坡连接，另一端与输电塔相连；所述电阻式半导体应变片设置于所述圆柱形钢制外壳内腔中用于将检测到的应变图像形数据通过电缆传输到所述变形数据处理箱，所述变形数据处理箱包括阙值判别单元和无线传输单元和GPRS定位传感器，所述阙值判别单元用于将电阻式半导体应变片传递过来的图像信号进行消噪、放大、信号标准化处理，当阙值判别单元判别斜坡变形位移或输电塔变形过大时，则判定输电塔所在斜坡监测点发生事故性性局部变形，所述无线传输单元与GPRS无线传输系统连接用于将斜坡位移变形数据和GPS地址编码传输至所述远程网络监控终端，同时本地安全报警箱发出警报，远程网络监控终端根据局部应变数据以及北斗云地图观察现场环境做出灾害程度预判。

所述输电塔通过五根锚固于斜坡上的所述粗钢丝加固连接。

所述供电装置由太阳能电池板、蓄电池组成，其通过电缆与电阻式半导体应变片、变形数据处理箱、本地安全报警箱用于供电。

所述电阻式半导体应变片与所述的变形数据处理箱相连，用于将采集到的斜坡岩层变形数据及输电塔倾斜变形数据传送到所述的变形数据处理箱中，所述的变形数据处理箱包括阙值判别单元、无线传输单元和GPRS无线数据传输系统，所述阙值判别单元用于将电阻式半导体应变片传递过来的图像信号进行消噪、放大、信号标准化处理后，判别是否超过安全变形范围，若超过，则通过无线传输单元将应变变形数据及GPS地址编码发送给远程网络监控终端并联通本地安全报警装置发出警报。

应变数据及GPS地址编码传递给远程监控终端后，远程网络监控终端设置有数据分析算法服务器用以存储数据，绘制斜坡短期应变模型，计算出输电塔所在斜坡高程数据、地理位置信息、斜坡形变信息，输出输电塔所在具体位置及应变曲线。远程网络监控终端及时对斜坡应变数据进行分析，通过北斗卫星云图监测实时斜坡卫星地图，观测地形地貌，对斜坡整体变形数据进行判定，若监测数据超过阈值，则判定输电塔所在斜坡监测点发生灾害性整体变形。

本发明的有益效果为：

（1）解决了现有斜坡上输电塔的防护与监测工作主要还是依靠人工定期监测，具有预警不及时、耗时耗力、自动化程度低的缺点。

（2）本系统可通过测定钢丝应变数据，检测到重力、水、地基不均匀沉降，塔体结构松动等输电塔倒塌诱发因子造成的输电塔倒塌，从而做到在事故初期对输电塔倒塌的及时预测，便于及时对输电塔进行加固或其他处理，防止输电塔倒塌；

（3）本装置还可一定程度上预防风力过大造成的输电塔倒塌，本装置设置五根锚固在斜坡上的粗钢丝，可加固输电塔；

（4）实现了对已发生变形的输电塔所处斜坡的自动化预警；

（5）该装置结构简单、造价低，各种诱发输电塔倒塌的因子都可通过钢丝的应变变形在初期就被检测到。

附图说明

下面结合附图和实施案例对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的系统结构图；

图2、图3为本发明的安装示意图；

图4为系统示意图。

其中，1－局部地质变形感应装置，2－变形数据处理箱，3－本地安全报警箱，4－电缆，5－用于加固输电塔的粗钢丝，6－远程网络监控终端，11－圆柱形钢制外壳，12－电阻式半导体应变片，13－供电装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

参见图1-图4。

本发明公开了一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置，一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置，包括：输电塔所处的斜坡，局部地质变形感应装置1、变形数据处理箱2、本地安全报警箱3、电缆4、用于加固输电塔的粗钢丝5，远程网络监控终端6，局部地质变形感应装置1包含圆柱形钢制外壳11、电阻式半导体应变片12、供电装置13，该装置整体共有五根粗钢丝5用以锚固斜坡及输电塔，起到加固保护的作用，每根钢丝上含有一个局部地质变形感应装置1，通过圆柱形钢制外壳11焊接在粗钢丝上，每个局部地质变形感应装置内含有单个电阻式半导体应变片12；所述电阻式半导体应变片将检测到的应变变形图像数据通过电缆4传输到变形数据处理箱2中，变形数据处理箱内含阙值判别单元、无线传输单元、GPRS无线数据传输系统，所述无线传输单元连接GPRS无线传输系统，当阙值判别单元判别斜坡变形位移过大时，本地安全报警箱3即时发出警报提醒有关人员远离输电塔，同时无线传输单元将斜坡位移变形数据和GPS地址编码传输至远程网络监控终端6，远程网络监控终端6根据局部应变数据以及北斗云地图观察现场环境做出灾害程度预判。

供电装置13设置在钢制外壳的外表面，与电阻式半导体应变片12通过电缆4连接，其包括有太阳能电池板、蓄电池和电缆，起到为整个装置供电的作用。

电缆4联通整个装置，将局部地质变形感应装置1、变形数据处理箱2、本地安全报警箱3串联连接。

圆柱形钢制外壳11作为局部地质变形感应装置1的保护壳，焊接连接在粗钢丝上，一面设置可供检修用的可开启的活动门，便于装置检修与养护。所述电阻式半导体应变片设置在上述的圆柱形钢制外壳内，所述圆柱体直径为0.005m，高度为0.01m，通过所述半导体应变片可测量待测输电塔所在斜坡发生的局部应变。

用于加固输电塔的粗钢丝5锚固在斜坡上，五根钢丝呈稳定的支撑结构，用以支撑局部地质变形感应装置1同时起到提高输电塔稳定性的作用。

所述五个相互串联的电阻式半导体应变片将收集到的滑坡变形位移信息传输到所述变形数据处理箱2，所述变形数据处理箱内含阙值判别单元、无线传输单元和GPRS无线数据传输系统，所述阙值判别单元将电阻式半导体应变片传递过来的图像信号进行消噪、放大、信号标准化处理后，判别是否超过安全变形范围，若超过，则通过无线传输单元将数据及GPS地址编码发送给远程网络监控终端6并发出警报。

上述GPRS无线数据传输系统利用GPRS无线数据传输系统传输数据，并构建GPS地址编码网络对同一区域输电塔进行网格化定位检测。

本发明的使用原理简述如下：

如图1、图2、图3所示，一种斜坡上输电塔的防护与监测预警系统结构图、安装示意图：

所述局部地质变形感应装置1由圆柱形钢制外壳11、电阻式半导体应变片12、供电装置13组成，所述供电装置由太阳能电池板、蓄电池组成，通过电缆与电阻式半导体应变片连接，电阻式半导体应变片布置在地质变形感应装置1中的钢丝上，所述电阻式半导体应变片将采集的应变信息传输到变形数据处理箱2，所述变形数据处理箱2设置有阙值判别单元、无线传输单元和GPRS无线传输系统，所述变形数据处理箱2通过无线通信装置连接GPRS无线传输系统将斜坡应变信息和GPS地址编码传递给远程网络监控终端6，电缆串联连接局部地质变形感应装置、变形数据处理箱、本地安全报警箱，为整个装置供电及传输数据，用于加固输电塔的粗钢丝5锚固在斜坡上，变形数据处理箱2埋于地下，本地安全报警箱3布置在地面上。

如图4所示，一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置示意图：

1、通过GPRS无线数据传输系统可将同一区域的全部输电塔构建GPS实时定位检测网，设置在输电塔塔脚底部中心位置，如输电塔体积过大且周围输电塔布置较密集，可根据需要设置多个定位传感器，形成整体监测网络。

2、局部地质变形感应装置和变形数据处理箱通过无线通信装置传递信息，变形数据处理箱数据通过无线通信装置连接GPRS无线传输系统将信息传递给远程网络监控终端，GPS地址编码通过GPS北斗卫星传递给远程网络监控终端。

3、远程网络监控终端设置有数据分析算法服务器用以存储数据，绘制斜坡短期应变模型，计算出输电塔所在斜坡高程数据、地理位置信息、斜坡形变信息，输出输电塔所在具体位置及应变曲线。

4、远程网络监控终端及时对斜坡应变数据进行分析，通过北斗卫星云图即时监测斜坡卫星地图，观测地形地貌信息，对斜坡整体变形数据进行判定，若监测数据超过阈值，则判定输电塔所在斜坡监测点发生灾害性整体变形，即时进行疏散相关人员或对输电塔加固等灾害应对措施。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置，其特征在于：包括局部地质变形感应装置1、变形数据处理箱2、本地安全报警箱3、电缆4、用于加固输电塔的粗钢丝5、远程网络监控终端6，所述局部地质变形感应装置1包括圆柱形钢制外壳11、电阻式半导体应变片12、供电装置13，所述粗钢丝5穿过所述局部地质变形感应装置1的轴线且与之固定连接，所述粗钢丝5的一端与斜坡连接，另一端与输电塔相连；所述电阻式半导体应变片12设置于所述圆柱形钢制外壳11内腔中用于将检测到的应变图像形数据通过电缆4传输到所述变形数据处理箱2，所述变形数据处理箱2包括阙值判别单元和无线传输单元和GPRS定位传感器，所述阙值判别单元用于将电阻式半导体应变片12传递过来的图像信号进行消噪、放大、信号标准化处理，当阙值判别单元判别斜坡变形位移或输电塔变形过大时，则判定输电塔所在斜坡监测点发生事故性性局部变形，所述无线传输单元与GPRS无线传输系统连接用于将斜坡位移变形数据和GPS地址编码传输至所述远程网络监控终端6，同时本地安全报警箱发出警报，远程网络监控终端6根据局部应变数据以及北斗云地图观察现场环境做出灾害程度预判。

2.按照权利要求1所述一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置，其特征在于：所述输电塔通过五根锚固于斜坡上的所述粗钢丝5加固连接。

3.按照权利要求1所述一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置，其特征在于：所述供电装置13由太阳能电池板、蓄电池组成，其通过电缆4与电阻式半导体应变片12、变形数据处理箱2、本地安全报警箱3用于供电。

4.按照权利要求1所述一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置，其特征在于：所述电阻式半导体应变片12与所述的变形数据处理箱3相连，用于将采集到的斜坡岩层变形数据及输电塔倾斜变形数据传送到所述的变形数据处理箱3中，所述的变形数据处理箱3包括阙值判别单元、无线传输单元和GPRS无线数据传输系统，所述阙值判别单元用于将电阻式半导体应变片传递过来的图像信号进行消噪、放大、信号标准化处理后，判别是否超过安全变形范围，若超过，则通过无线传输单元将应变变形数据及GPS地址编码发送给远程网络监控终端6并联通本地安全报警装置3发出警报。

5.按照权利要求1所述一种斜坡上输电塔的防护与监测预警装置，其特征在于：应变数据及GPS地址编码传递给远程监控终端后，远程网络监控终端设置有数据分析算法服务器用以存储数据，绘制斜坡短期应变模型，计算出输电塔所在斜坡高程数据、地理位置信息、斜坡形变信息，输出输电塔所在具体位置及应变曲线；远程网络监控终端及时对斜坡应变数据进行分析，通过北斗卫星云图监测实时斜坡卫星地图，观测地形地貌，对斜坡整体变形数据进行判定，若监测数据超过阈值，则判定输电塔所在斜坡监测点发生灾害性整体变形。