余立剛

【摘 要】電網(wǎng)用電容量和分布范圍的快速擴(kuò)張，對電網(wǎng)各類安全風(fēng)險(xiǎn)的管控日益重要，電力在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用在技防上提供了良好的解決方案。本文試從電纜桿塔的傾斜監(jiān)測實(shí)現(xiàn)原理、系統(tǒng)組成和建設(shè)收益進(jìn)行研究分析。

【關(guān)鍵詞】在下監(jiān)測；桿塔；傾斜

一、概述

近年來隨著國家電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電網(wǎng)安全運(yùn)行是社會正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障，一旦出現(xiàn)電網(wǎng)事故，將對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活造成極大的影響。智能電網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)是一套針對線路及電力設(shè)施周圍施工、外力破壞、塔材被盜、火災(zāi)、導(dǎo)線舞動、導(dǎo)線懸掛異物而設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測裝置，將采集到的非正常告警信號，通過GPRS實(shí)時傳送到中心監(jiān)控分析系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)送預(yù)報(bào)警信息，提醒管理人員對報(bào)警點(diǎn)予以重視或采取必要的預(yù)防措施。

桿塔作為電力重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在多類電網(wǎng)安全事故中，都包含桿塔的倒塌、斷線等隱患。尤其建設(shè)在沿海地區(qū)、高海拔、高濕度區(qū)域的電力線路因?yàn)闅夂蜃兓?、臺風(fēng)等原因?qū)е聦?dǎo)線斷線、桿塔倒塔等事故，給國家和社會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于桿塔布置范圍極廣，而且數(shù)量眾多，多數(shù)位于城市周邊、山地、河流等自然環(huán)境更為復(fù)雜的區(qū)域，靠人力來完成對數(shù)量龐大的桿塔的巡檢工作效率低下，因此開發(fā)出一種能夠?qū)崟r監(jiān)測桿塔狀態(tài)的傳感系統(tǒng)，以便于提前預(yù)判桿塔的受力情況，進(jìn)行必要的預(yù)防措施。

桿塔傾斜無線監(jiān)測可實(shí)現(xiàn)對桿塔的橫向傾斜度和順線傾斜度等數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，結(jié)合線路設(shè)計(jì)參數(shù)給出桿塔傾斜的預(yù)警信息，為線路運(yùn)行保障部門和設(shè)計(jì)部門提供實(shí)際依據(jù)并及時掌握桿塔運(yùn)行安全情況，對超標(biāo)桿塔傾斜狀況及時指導(dǎo)檢修和維護(hù)，提醒運(yùn)行維護(hù)人員加固地基，以減少不必要的損失。

二、國內(nèi)外在線監(jiān)測情況

國外較早開展了電力在線監(jiān)測技術(shù)的研究，美國最早開展以在線監(jiān)測為前期的狀態(tài)檢修工作，日本也是從20世紀(jì)80年代開始對電力設(shè)備實(shí)施以狀態(tài)分析和在線監(jiān)測為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢修，而歐洲很多國家也采用狀態(tài)檢修來提交檢修效率。國外統(tǒng)計(jì)資料表明，在實(shí)施狀態(tài)檢修后，一般可使設(shè)備大修周期從3～5年延長到6-8年，甚至10年，并且1-2年即可收回實(shí)施狀態(tài)檢修所增加的投資。應(yīng)該說國外在線檢修技術(shù)研究與實(shí)踐應(yīng)用方面都已取得了顯著成績。據(jù)美國電力研究院診斷檢測中心的統(tǒng)計(jì)表明，實(shí)施狀態(tài)檢修提高社保利用率在5%以上，節(jié)約檢修費(fèi)用25%-30%。

我國開展在線監(jiān)測起步較晚，國內(nèi)清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、武漢大學(xué)、武漢高壓研究所等可研單位陸續(xù)開展了輸電在線監(jiān)測技術(shù)的研究，并在2000年之后研發(fā)了具有完整功能的輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)。尤其是針對輸電線路桿塔的狀態(tài)在線監(jiān)測，是在2008年南方冰凍災(zāi)害后才引起了足夠的重視，并通過國內(nèi)一些電力研究機(jī)構(gòu)努力，已經(jīng)取得了初步成果。

隨著科技的發(fā)展，國內(nèi)出現(xiàn)了一些專業(yè)從事在線監(jiān)測的生產(chǎn)廠家，他們立足我國電力國情，開發(fā)了一系列在線監(jiān)測技術(shù)，有效提高了輸配電運(yùn)行安全水平。

三、監(jiān)測原理和構(gòu)成

桿塔傾斜監(jiān)測，需要對桿塔受迫振動、傾斜狀況、桿塔周圍氣象數(shù)據(jù)、電纜溫度、塔基應(yīng)力應(yīng)變等數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的監(jiān)測。從原理上是通過在桿塔以及其附屬設(shè)備上安裝傳感器來獲取桿塔運(yùn)行工況狀態(tài)，通過對這些監(jiān)測量的整合分析，來對桿塔的運(yùn)行工況、潛在故障、安全等級等進(jìn)行評估。

桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由三部分組成，包括無線桿塔傳感器、線路監(jiān)測基站、當(dāng)?shù)乇O(jiān)測中心（遠(yuǎn)程監(jiān)測中心）。當(dāng)?shù)乇O(jiān)測中心只設(shè)置一個，能同時滿足多個現(xiàn)場的不同監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和分析。

①傳感器層含塔身傾斜傳感器、塔基電阻應(yīng)變片、塔身震動傳感器、塔身氣象傳感器等；②數(shù)據(jù)采集層數(shù)據(jù)采集卡板；③無線傳輸層；④現(xiàn)場區(qū)域中心基站；⑤電網(wǎng)監(jiān)控中心客戶端。

無線傾斜傳感器可實(shí)現(xiàn)重力參考系下傾斜角度的測量，它由微功耗MCU、高精度加速度傳感器、2.45GHz數(shù)字RF收發(fā)器和高溫鋰亞電池等組成。能夠?qū)Ω邏哼\(yùn)行中的桿塔進(jìn)行全天候、有效地監(jiān)測。

無線桿塔傾斜傳感器以不銹鋼抱箍固定的方式安裝在桿塔上。如下圖所示：

無線桿塔傾斜傳感器采集到的桿塔傾斜角等數(shù)據(jù)發(fā)送給線路監(jiān)測基站，基站再將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)測中心，后臺系統(tǒng)綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷桿塔傾斜發(fā)展趨勢。當(dāng)桿塔傾斜角發(fā)生異常時，及時將預(yù)/告警信息發(fā)送給線路運(yùn)行負(fù)責(zé)人，使其采取相應(yīng)處理措施，減少因桿塔傾斜而引發(fā)的事故，同時協(xié)助運(yùn)行部門查找桿塔故障點(diǎn)，指導(dǎo)檢修和維護(hù)。

四、 技術(shù)方案

電力鐵塔安全監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測終端、通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測中心構(gòu)成。監(jiān)測終端主要有監(jiān)測鐵塔的各種探測器、控制主板、電源模塊及GPRS模塊構(gòu)成，安裝在電力鐵塔的監(jiān)測點(diǎn)，各類探測器負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)控制主板處理后由GPRS模塊傳輸出去，監(jiān)測中心的主要設(shè)備是接警主機(jī)、服務(wù)器和P C終端等。

（1）桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅使整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常清晰和簡潔，也使得各子系統(tǒng)功能完整獨(dú)立，任何一個測單元異常不會影響其它設(shè)備正常工作。采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口規(guī)范，大大提高了系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性。

（2）在線監(jiān)測的就地化。實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測，這是在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測量高精確性和高可靠性的重要保證。

（3） 在線監(jiān)測的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。就地智能監(jiān)測單元通過獨(dú)特的傳感器和先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)得到設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳遞數(shù)字化信息，避免了模擬小信號的距離傳輸。這是本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)高精確性和高可靠性的另一保證。

（4）系統(tǒng)的可維護(hù)性。由于采用了先進(jìn)的總線網(wǎng)絡(luò)和模塊化的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝、調(diào)試及維護(hù)非常簡便。

（5）使用范圍：10kV-1000 kV的運(yùn)行桿塔的在線監(jiān)測；監(jiān)測數(shù)據(jù)：沿線路方向傾斜角（-30°～+30°）和垂直線路方向傾斜角（-30°～+30°）；測量精度：±0.2°；低功耗：<10μA（3.6V）；監(jiān)測主機(jī)電源：蓄電池，使用壽命長達(dá)5年。

現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)不僅要給出各桿塔的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，還要具備異常數(shù)據(jù)自動識別和預(yù)警功能，在監(jiān)測到桿塔傾斜數(shù)據(jù)發(fā)射管異常后進(jìn)行報(bào)警；其次因桿塔數(shù)量眾多，監(jiān)測傳感器運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，研究提高監(jiān)測系統(tǒng)的抗干擾能力，提高監(jiān)測的實(shí)時性和準(zhǔn)確性，更為耐久可靠。

五、結(jié)語

實(shí)時監(jiān)測桿塔傾斜情況；通過現(xiàn)場在線監(jiān)測單元的管理和控制，可在辦公桌上實(shí)現(xiàn)對桿塔的實(shí)時監(jiān)測、狀態(tài)診斷和優(yōu)化決策；通過后臺顯示、分析，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的分析對比，及時發(fā)現(xiàn)桿塔線路運(yùn)行故障，消除潛在缺陷，避免突發(fā)事故停電，保證供電更加安全可靠，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理自動化、科學(xué)化和智能化，節(jié)省不必要的定期計(jì)劃檢修而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

桿塔傾斜監(jiān)測技術(shù)是通過先進(jìn)的傳感、測量、通訊技術(shù)以及分析系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，在運(yùn)行狀態(tài)下對桿塔位置信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測上傳和分析，并通過量化數(shù)據(jù)向調(diào)度、檢修部門提供評估決策依據(jù)。

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