[發明專利]基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統及監測方法

有效

• 申請號: 201711129631.3
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107976172B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 黃新波;趙鈺;趙隆;鄭天堂
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王珂瑜

本發明公開了基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統，其結構包括光三軸加速度傳感器、調理模塊、A/D轉換模塊、微處理器、4G通訊單元和監控中心。本發明還公開了監測方法，具體步驟包括鐵塔建模及模態分析、加速度信號的處理、鐵塔加速度信號的模態分析、鐵塔沉降診斷四個步驟。其采用的等。微處理器中含有高精度的卡爾曼濾波算法，用于獲取精準的測量值。監控中心對測量回來的數據進行模態分析，得到鐵塔實際阻尼比矩陣，并通過仿真得到鐵塔理論的阻尼比矩陣。通過對比和分析實際和理論值，判斷輸電鐵塔是否發生沉降，實現對輸電鐵塔沉降在線監測。

技術領域

本發明屬于輸電線路狀態監測與診斷技術領域，具體涉及一種基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統，本發明還涉及利用該監測系統進行的監測方法。

背景技術

在電力系統中，輸電鐵塔作為電力傳輸的重要環節，其安全運行是保證電能輸送的重要因素。由于我國地勢條件復雜，加上嚴酷的外界自然環境作用，電力輸電線路鐵塔經常發生位移，傾斜，開裂，沉落等現象，尤其是在沙漠等松軟土質地區。近年來，由于一些自然現象(如雨雪、大風等)以及煤礦開采、工程施工、人為破壞等原因造成塔體沉降傾斜的情況時有發生。塔體沉降傾斜經常會造成輸電線路和通信網絡中斷，嚴重的將引起倒塔事故。這些都將對輸電網的安全運行的正常工作造成極大威脅，對人民生命財產造成損失。

由于輸電鐵塔大都分布在野外，若采用傳統人員巡視的方法監測將耗費大量人力物力，而且實施可靠程度難以保證。對于無人堅守的鐵塔，當發生鐵塔沉降事故時，更是無法第一時間通知管理人員派遣維修人員在最短的時間內恢復，因此對于鐵塔的實時監測顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統，能夠實現鐵塔沉降在線監測，保證設備的正常工作和及時維護。

本發明所采用的技術方案是，基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統，包括依次連接的前端監測裝置、4G通信單元和監控中心，前端監測裝置包括依次連接的三軸加速度傳感器、調理模塊、AD轉換模塊和微處理器，微處理器與4G通信單元連接。

本發明的另一目的是提供一種利用該基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統進行監測的方法。

本發明的另一技術方案是，一種利用該基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統進行監測的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1，建立模型，求取待檢測鐵塔結構正常時的阻尼比矩陣

步驟2，利用三軸加速度傳感器對鐵塔加速度進行采集，并利用A/D轉換器將數據轉換為數字量，送給微處理器；

步驟3，微處理器根據實際采集信號情況，采用ITD法計算出不同風速、風向下鐵塔的阻尼比，并將其求平均值，最終得到測量的阻尼比矩陣

步驟4，將步驟3中測量得到的阻尼比矩陣與步驟1中正常狀態下得到的阻尼比矩陣進行比較，判斷鐵塔的狀態。

本發明的特點還在于，

步驟1具體為：

步驟1.1，建立待檢測鐵塔的有限元模型，并進行鐵塔模態分析，求得鐵塔未發生沉降狀態下的阻尼比矩陣

步驟1.2，考慮到輸電鐵塔有各種電壓等級，各種形狀，在建模時建立多種鐵塔模型，以便于監測各種類型的鐵塔；

步驟1.3，利用步驟1.2中采集的數據，采用有限元仿真的方法對鐵塔進行模態分析，得到未有螺栓松動鐵塔桿件的固有頻率矩陣即狀態正常時的鐵塔桿件的固有頻率矩陣

步驟3具體為，

步驟3.1、將加速度信號進行數字濾波、放大處理，濾出100HZ以下的干擾信號；