馬旭明 張曉剛 賈俊芬 關(guān)旭東(國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司臨夏供電公司,甘肅臨夏 731100)

?

黃土高原易滑坡區(qū)域電力鐵塔穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

馬旭明 張曉剛 賈俊芬 關(guān)旭東
(國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司臨夏供電公司,甘肅臨夏 731100)

【摘 要】電力鐵塔的穩(wěn)定性關(guān)系著電力傳輸?shù)恼＿\(yùn)行。黃土高原地區(qū)地廣人稀、地質(zhì)條件復(fù)雜,由于特殊的地形地貌及水文條件決定了黃土高原地區(qū)存在大量的易滑坡區(qū)域。在這些地區(qū)同樣存在著大量的電力鐵塔用以保障正常的電力傳輸,但是由于滑坡等原因,經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)殡娏﹁F塔歪斜、傾覆而影響電力傳輸?shù)膯?wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一種能夠安裝在電力鐵塔上的穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),這種監(jiān)控系統(tǒng)集電力鐵塔穩(wěn)定狀態(tài)監(jiān)控、異常數(shù)據(jù)的處理及發(fā)送、報(bào)警功能于一體,為黃土高原易滑坡區(qū)域電力鐵塔穩(wěn)定狀態(tài)監(jiān)控提供幫助。

【關(guān)鍵詞】易滑坡區(qū)域 電力鐵塔 穩(wěn)定狀態(tài) 實(shí)時(shí)監(jiān)控

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目資助(合同號(hào):SGGSLX00FCJS1500136)。

黃土高原位于中國(guó)西北部，總面積達(dá)到62萬(wàn)平方公里，氣候干旱，降雨集中。黃土高原地區(qū)黃土顆粒細(xì)，土質(zhì)松軟，利于耕種。但同時(shí)又由于缺乏植被保護(hù)，加上降雨集中于夏季且多為暴雨，導(dǎo)致地表被破壞的支離破碎[1]。同時(shí)黃河流域存在著為數(shù)眾多的水電站，較大的如劉家峽水電站、龍羊峽水電站等[2]。而由于這些水電站所處地區(qū)人煙稀少，工業(yè)發(fā)展水平較低[3]，所以存在著較大的水電外輸壓力。黃土高原平坦地形不足整個(gè)黃土高原總面積的10%，且多為城市或者耕地，大量的電力鐵塔架設(shè)在坡度10到45度的易滑坡區(qū)域。在這種情況下，鐵塔的地基穩(wěn)定就變得很難保證?，F(xiàn)有條件下，對(duì)鐵塔的穩(wěn)定狀態(tài)觀測(cè)一般是由巡線員完成[4]，而黃土高原地區(qū)由于地質(zhì)地形及經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件的制約，巡線人員巡查頻率較低，而且很多小的不穩(wěn)定隱患如小范圍的地基塌陷，地表偏移又很難被巡線人員發(fā)現(xiàn)，所以經(jīng)常發(fā)生電力鐵塔事故。這些事故導(dǎo)致的直接結(jié)果就是電力傳輸?shù)闹袛?，一方面使得電力外輸變得不穩(wěn)定，另一方面又對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活用電產(chǎn)生了重大影響。

本文設(shè)計(jì)了一種適用于黃土高原易滑坡區(qū)域的電力鐵塔穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含兩鐵塔間小相對(duì)位移實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、異常數(shù)據(jù)處理模塊、異常數(shù)據(jù)傳輸模塊和報(bào)警及復(fù)位模塊。該系統(tǒng)能夠24小時(shí)不間斷的對(duì)鐵塔穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)生鐵塔不穩(wěn)定的情況，就能及時(shí)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)通知相關(guān)工作人員經(jīng)行后續(xù)處理。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹

本文中所介紹的黃土高原易滑坡區(qū)域電力鐵塔穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。

首先在兩電力鐵塔上分別安裝激光發(fā)射裝置和接收裝置，由于激光具有極好的單向性能，因此兩鐵塔一旦發(fā)生相對(duì)位移，那么發(fā)送裝置和接收裝置就將不能一一對(duì)應(yīng)，一旦接收裝置不能正常接收發(fā)送裝置所發(fā)送的激光信號(hào)，則異常數(shù)據(jù)處理模塊開始進(jìn)行檢測(cè)，主要是檢測(cè)發(fā)送裝置和接收裝置是否正常工作。如果兩者均正常，就認(rèn)為是兩鐵塔發(fā)生了相對(duì)位移，隨即開始檢測(cè)兩鐵塔的鄰近鐵塔是否正常工作，如果臨近鐵塔也發(fā)生故障，則居中的鐵塔即為不穩(wěn)定狀態(tài)鐵塔。隨即該鐵塔上的報(bào)警及復(fù)位模塊開始工作，報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)聲音和燈光的方式在鐵塔上發(fā)出警報(bào)，方便工作人員盡快定位。同時(shí)異常數(shù)據(jù)傳輸模塊通過(guò)無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)向相關(guān)工作人員移動(dòng)終端和管理機(jī)構(gòu)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，及時(shí)通知相關(guān)工作人員進(jìn)行后續(xù)處理，以免發(fā)生更大的問(wèn)題。

2 系統(tǒng)各模塊介紹

2.1 兩鐵塔間小相對(duì)位移實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊

本文所設(shè)計(jì)的兩鐵塔間小相對(duì)位移實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的核心就是兩鐵塔間小相對(duì)位移實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。本文選擇激光作為檢測(cè)介質(zhì)。其發(fā)送和接收裝置的排布如圖2所示。

發(fā)送裝置和接收裝置的形狀相似，分別由三個(gè)激光發(fā)射器和三個(gè)激光接收器構(gòu)成。每一個(gè)激光發(fā)射器對(duì)應(yīng)一個(gè)激光接收器。兩個(gè)三角形裝置雖然相似但大小不同，這是為了保證兩鐵塔之間即使出現(xiàn)間距變小或者變大時(shí)而不發(fā)生上下或者傾斜位移時(shí)，也能通過(guò)焦點(diǎn)的原理達(dá)到檢測(cè)的目的。所有鐵塔需安裝一個(gè)發(fā)送裝置和一個(gè)接收裝置，這是為了能夠在發(fā)生相對(duì)位移時(shí)確定真正不穩(wěn)定的電力鐵塔。激光發(fā)射器按照一定頻率發(fā)送激光信號(hào)，由于激光具有極好的單向性[6]，所以在接收裝置中只要有一個(gè)激光接收器不能按照特定頻率接收到激光信號(hào)，即說(shuō)明兩鐵塔發(fā)生相對(duì)位移或者激光發(fā)射器和激光接收器發(fā)生故障，導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生。

2.2 異常數(shù)據(jù)處理模塊

當(dāng)鐵塔間小相對(duì)位移實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊不能正常發(fā)送或者接受激光信號(hào)時(shí)，即認(rèn)為有異常情況發(fā)生，此時(shí)系統(tǒng)需要甄別錯(cuò)誤的具體來(lái)源，甄別錯(cuò)誤具體來(lái)源的就是異常數(shù)據(jù)處理模塊。首先模塊開啟激光發(fā)射器和激光接收器自檢裝置，檢測(cè)發(fā)射器和接收器是否正常工作，如果沒(méi)有正常工作，則開啟系統(tǒng)復(fù)位裝置進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位重啟。若重啟失敗，則調(diào)用異常數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果自檢通過(guò)，即認(rèn)為兩鐵塔間出現(xiàn)了相對(duì)位移，模塊開始調(diào)用異常數(shù)據(jù)傳輸

模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)啟用報(bào)警機(jī)制。

2.3 異常數(shù)據(jù)傳輸模塊

如果異常數(shù)據(jù)處理模塊認(rèn)定整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能正常工作，則調(diào)用異常數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行無(wú)線通信，將相關(guān)信息傳送給系統(tǒng)檢修人員進(jìn)行處理。若異常數(shù)據(jù)處理模塊認(rèn)定兩鐵塔間出現(xiàn)相對(duì)位移，也需要調(diào)用異常數(shù)據(jù)傳輸模塊將相關(guān)信息傳送給鐵塔檢修人員，保證相關(guān)人員盡快到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。其中的短信收發(fā)模塊可選用能在惡劣環(huán)境下工作的DTP_S09等工業(yè)級(jí)短信模塊。

2.4 報(bào)警及復(fù)位模塊

報(bào)警及復(fù)位模塊是當(dāng)相對(duì)位移實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊不能正常工作時(shí)，由異常數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用工作的，如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不能正常工作，則需調(diào)用其中的復(fù)位功能使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位或者重啟。如果發(fā)現(xiàn)兩鐵塔間發(fā)生相對(duì)位移，則需要調(diào)用其中的報(bào)警模塊，用聲音和燈光的形式發(fā)出報(bào)警，一方面阻止非專業(yè)人員靠近以免發(fā)生危險(xiǎn)，另一方面可使得工作人員快速定位不穩(wěn)定鐵塔，盡快到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種黃土高原易滑坡區(qū)域電力鐵塔穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其各模塊的組成及應(yīng)用方式，為黃土高原易滑坡區(qū)域的電力鐵塔穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了一條嶄新的思路，也為國(guó)家電網(wǎng)的智能化發(fā)展提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn):

[1]鹿化煜,安芷生.黃土高原黃土粒度組成的古氣候意義[J].中國(guó)科學(xué),1998(3):278-283.

[2]黃永健,毛繼新,黃金池.劉家峽水電站運(yùn)行水位與壩前及洮河淤積的研究[J].水利水電技術(shù),1997(6):2-7.

[3]劉艷華,徐勇,劉毅.基于ESDA方法的黃土高原地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局及其演化特征分析[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2011,30(5):627-634.

[4]杜偉,羅正幫,楊雪峰 等.高壓輸電鐵塔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析與加固[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2015(1):69-74.

[5]蔣定生.黃土高原水土流失與治理模式[M].中國(guó)水利水電出版社, 1997.

[6]張海峰,孟文東,吳志波,等.單向激光測(cè)距及其測(cè)量試驗(yàn)[J].中國(guó)激光,2013,40(3):197-203.

圖1 系統(tǒng)工作原理框圖

圖2 監(jiān)控模塊發(fā)送裝置、接收裝置結(jié)構(gòu)圖