[發明專利]山地環境500kV輸電塔在線監測系統構建及分析方法

有效

• 申請號: 201410624271.4
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104316108A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 劉先珊;許明;劉綱;熊衛紅;涂長庚;李振柱;張林
• 申請（專利權）人: 重慶大學;國家電網公司華中分部;國網重慶市電力公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

技術領域

本發明涉及一種山地環境500kV輸電塔在線監測系統的構建及分析方法，尤其是對復雜山地環境中地質災害頻發的高壓輸電線路在線監測系統的構建及分析，基于在線監測信息提出輸電塔安全性態的評價方法。

背景技術

“西電東輸”、“北電南送”的電力發展戰略是解決我國經濟發展與能源需求的重要舉措。在此背景下，高壓輸電發展為當前電力供應的主要模式，但線路走廊所經之處卻具有自然條件及賦存環境復雜的特點，災害頻發，常常導致輸電塔基傾斜、開裂、桿塔變形，基礎沉陷、桿塔傾倒，嚴重威脅輸電線路的安全運行，極易造成電網大面積停電風險。因此，地質災害引發塔基山體滑坡時，塔基出現的地表沉降造成導地線的拉線位移變型，引起桿身、塔身受力彎曲或桿塔傾斜。鐵塔傾斜后造成桿塔導地線的不平衡受力，引起絕緣子串和地線線夾邁步，電氣安全距離不夠等問題，嚴重時引起跳閘。因此，災害頻發的輸電線路走廊環境為高壓輸電線路的安全運行提出了嚴峻的考驗，其運行狀態的及時評價與預警意義重大。如作為“西電東送”要道的500kV張恩雙回線，跨越重慶及湖北兩省，高壓輸電線路密集，全長150.646公里(大部分同桿并架)，線路走廊所經之處高山峻嶺蜿蜒綿長，其中丘陵占17％，山地占45％，高山大嶺占38％，且該地區屬亞熱帶濕潤季風氣候區，強降雨極易誘發泥石流或滑坡等，一些塔基邊坡出現了風化嚴重及碎石掉落的現象，基礎沉降不均勻，桿塔受力不均衡引起桿塔材料的破損，嚴重影響了輸電塔的安全運行。由此可見，地質災害對輸電線路運行狀態的影響極大，然后塔基沉降不均勻變形的初期，巡線人員很難用肉眼觀察到微小的變化，如何通過在線監測方案對山區高壓輸電塔的健康狀態進行合理的監測預警，及時消除以上線路隱患，對復雜山地環境中的高壓輸電線路安全運行至關重要。

在輸電線路桿塔的監測方面，國內外均有相關現有技術，如激光、遠紅外或者雙軸傾斜角度傳感器對桿塔傾斜角度進行測量，采用的是單一角度傳感方法對鐵塔傾斜做出判斷。而且上述監測手段只能測出桿塔傾斜角度，地震或山體滑坡造成桿塔三維變形時并不能給出桿塔的水平或者豎直位移量。而地質環境發生改變的初期，塔基不均勻變位引起的桿塔變形并不能通過實時在線監測來獲得，事實表明塔基的影響是明顯存在的，則在線監測系統中考慮塔基實時監測是準確評價輸電塔運行狀態的重要手段，但當前的電力系統企業標準中未對此項監測做明確的規定。因此，開展山地環境中高壓輸電塔在線監測系統的構建及分析方法研究具有重要的理論意義及實踐價值。

為了更清晰地了解山地環境中高壓輸電塔的實時變形特征，提高輸電塔運行狀態評價的準確性及輸電線路安全的預測預警精度，有必要發明一種有效的方法從理論上確定塔基及塔體的實時變形發展趨勢，又能從技術上解決輸電塔的運行狀態評價及預警問題。

發明內容

本發明的目的在于提供能簡單、直接、經濟和有效的山地環境中高壓輸電線路在線監測系統的構建及分析方法，該方法能分析不同山地環境中的500kV高壓輸電塔基由于地質災害引起的變位對輸電塔變形趨勢的影響，實現輸電塔的實時運行狀態的評價，確保輸電線路健康診斷及安全預警的準確性。

值得說明的是，本發明解決其技術問題需要采用以下的技術方案：

1)以存在地質隱患的500kV輸電塔為研究核心，確定影響輸電塔穩定性的主控因素為地質災害及風荷載，其影響分別表現為塔基位移及塔體振動。

2)以影響桿塔穩定性的主控因素為標準，確定在線監測系統包括塔基監測裝置、塔體監測裝置、監測數據遠程傳輸裝置及預警裝置，其中：塔基監測裝置采集塔基位移時間序列，塔體監測裝置采集風速、氣溫、風荷載作用的桿塔振動加速度，監測數據遠程傳輸裝置采用GPRS傳輸采集的所有信息，預警裝置對采集數據存儲、分析、預警及訪問控制。

3)以塔基變形-時間序列為基礎，建立基于局部折減法的塔基三維數值模型，確定塔基安全系數，評價塔基穩定性。

4)基于在線監測系統的實時監測數據，計算塔體與塔基的相對變形量，形成桿塔變形-時間序列數據庫，建立灰色關聯模型，預測桿塔變形發展趨勢，評價桿塔的健康狀態。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種山地環境500kV輸電塔在線監測系統構建及分析方法，其特征在于：

包括由塔基監測裝置、桿塔監測裝置、數據傳輸裝置和預警裝置構成的在線監測系統。

所述塔基監測裝置，在線監測輸電塔的塔基相對于基準點的位移，得到塔基位移-時間序列。