一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)，它涉及電力技術(shù)領(lǐng)域。它包括供電模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊和遠程分析模塊，供電模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊均安裝在輸電桿塔上，供電模塊分別與數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊接通訊模塊，通訊模塊通過無線信號與遠程分析模塊連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊由位移傳感器、風(fēng)速傳感器和主控機組成，用于采集和存儲位移和風(fēng)速數(shù)據(jù)，位移傳感器、風(fēng)速傳感器均與主控機連接，主控機接至通訊模塊。本實用新型通過位移采集并換算為應(yīng)力值對輸電桿塔的安全性進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果直觀穩(wěn)定，易于判斷，可靠性高。
【專利說明】
一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國輸電線路的不斷增加、輸電電壓等級的不斷提高，輸電桿塔的安全成為有效保障電力輸送的關(guān)鍵問題。當(dāng)遭遇雷雨大風(fēng)、龍卷風(fēng)、冰雹和颮線風(fēng)等災(zāi)害性天氣時，輸電桿塔常發(fā)生倒塔或橫擔(dān)損毀事故，造成重大經(jīng)濟損失和社會影響，因此，掌握和監(jiān)控輸電桿塔的安全性能對于電網(wǎng)可靠運行極為重要。
[0003]目前對于輸電桿塔的安全監(jiān)測主要基于對于桿塔傾斜角度的監(jiān)測報警，這類方法存在一定局限性:鐵質(zhì)桿塔的安全變形常在數(shù)十厘米范圍，因此安全的傾斜角度往往也會較大;現(xiàn)有的系統(tǒng)對變形的收集處理主要是通過建立應(yīng)變和傾斜角之間實現(xiàn)的，建立過程常由經(jīng)驗主觀確定;與此同時，如何正確確定臨界傾斜角度難度較大。
[0004]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，通過位移采集并換算為應(yīng)力值對輸電桿塔的安全性進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果直觀穩(wěn)定，易于判斷，可靠性高，易于推廣使用。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括供電模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊和遠程分析模塊，供電模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊均安裝在輸電桿塔上，供電模塊分別與數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊接通訊模塊，通訊模塊通過無線信號與遠程分析模塊連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊由位移傳感器、風(fēng)速傳感器和主控機組成，用于采集和存儲位移和風(fēng)速數(shù)據(jù)，位移傳感器、風(fēng)速傳感器均與主控機連接，主控機接至通訊模塊。
[0007]作為優(yōu)選，所述的供電模塊由太陽能電池板、太陽能逆變控制器、風(fēng)力發(fā)電機、風(fēng)力逆變控制器及蓄電池組組成，供電模塊風(fēng)光互補發(fā)電現(xiàn)場供電，提供系統(tǒng)運行所需電力，太陽能電池板連接太陽能逆變控制器至蓄電池組，風(fēng)力發(fā)電機連接風(fēng)力逆變控制器至蓄電池組，蓄電池組分別與數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述的位移傳感器共設(shè)置有四個，位移傳感器分布在輸電桿塔上的主材中部、橫擔(dān)與塔頭交界處的兩個移位測量點上，每個測量點布置有兩個位移傳感器，每個位移傳感器均連接至主控機;通過位移傳感器布置在輸電桿塔的主材和橫擔(dān)等不同位置，實現(xiàn)桿塔全身結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測;所述位移傳感器采用DH610型磁電式加速度拾振器。
[0009]作為優(yōu)選，所述的風(fēng)速傳感器安裝在輸電桿塔距地面20m高度處，風(fēng)速傳感器采用PHffYT型風(fēng)速傳感器。
[0010]作為優(yōu)選，所述的通訊模塊采用4G無線路由器，用于實時傳輸采集到的位移和風(fēng)速數(shù)據(jù)到遠程控制端;遠程分析模塊包括位移-應(yīng)力轉(zhuǎn)換模塊，對接收到的位移信號進行分析并處理為應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過分析桿塔的應(yīng)力狀況實現(xiàn)輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測；該系統(tǒng)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將輸電桿塔的位移、風(fēng)、溫度數(shù)據(jù)實施傳送到遠端監(jiān)控中心，進行位移-應(yīng)力轉(zhuǎn)換，最終通過應(yīng)力特征實現(xiàn)對輸電桿塔安全的遠程監(jiān)測。
[0011 ]本實用新型的有益效果是:(I)通過在桿塔橫擔(dān)和主材布置位移傳感器，實現(xiàn)主材和橫擔(dān)安全性能的共同監(jiān)測，監(jiān)測范圍廣；
[0012](2)本系統(tǒng)通過對桿塔關(guān)鍵位置的位移進行監(jiān)測，換算成應(yīng)力，比較應(yīng)力值與材料強度的大小，通過關(guān)鍵部位應(yīng)力與鋼塔材料的強度特征來分析判斷桿塔是否安全，克服現(xiàn)今桿塔安全監(jiān)測領(lǐng)域中用桿塔傾斜角度等進行監(jiān)測預(yù)警的不足，可靠性高，結(jié)果直觀穩(wěn)定，易于判斷。
[0013]以下將結(jié)合附圖對本實用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。
【附圖說明】

[0014]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖2是本實用新型供電模塊的系統(tǒng)框圖；
[0016]圖3是本實用新型數(shù)據(jù)采集模塊在輸電桿塔上布置的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]參照圖1-2，本【具體實施方式】采用以下技術(shù)方案:一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括供電模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2、通訊模塊3和遠程分析模塊4，供電模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2、通訊模塊3均安裝在輸電桿塔5上，供電模塊I分別與數(shù)據(jù)采集模塊2、通訊模塊3連接，數(shù)據(jù)采集模塊2接通訊模塊3，通訊模塊3通過無線信號與遠程分析模塊4連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊2由位移傳感器201、風(fēng)速傳感器202和主控機203組成，用于采集和存儲位移和風(fēng)速數(shù)據(jù)，主控機203采用DH5966型主控機，具有防水、防塵與抗電磁干擾能力，可以在惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，主控機203與位移傳感器201、風(fēng)速傳感器202連接，用于接收監(jiān)控點的移位信號和風(fēng)速信號，存儲并實時將信號傳輸至通訊模塊3。
[0018]值得注意的是，所述的通訊模塊3采用4G模式的無線路由器，與所述主控機203連接，用于將測定的位移信號和風(fēng)速信號輸出到遠程分析模塊。
[0019]此外，所述的遠程分析模塊4包括位移-應(yīng)力轉(zhuǎn)換模塊，對接收到的位移信號進行分析并處理為應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過分析桿塔的應(yīng)力狀況實現(xiàn)輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測；該系統(tǒng)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將輸電桿塔的位移、風(fēng)、溫度數(shù)據(jù)實施傳送到遠端監(jiān)控中心，進行位移-應(yīng)力轉(zhuǎn)換，最終通過應(yīng)力特征實現(xiàn)對輸電桿塔安全的遠程監(jiān)測。
[0020]本【具體實施方式】采用風(fēng)光互補的供電方式為系統(tǒng)運行提供電力支持，供電模塊I由太陽能電池板101、太陽能逆變控制器102、風(fēng)力發(fā)電機103、風(fēng)力逆變控制器104及蓄電池組105組成，太陽能電池板101連接太陽能逆變控制器102至蓄電池組105，風(fēng)力發(fā)電機103連接風(fēng)力逆變控制器104至蓄電池組105，蓄電池組105分別與數(shù)據(jù)采集模塊2、通訊模塊3連接;太陽能電池板1I將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過太陽能逆變控制器102將太陽能直流電轉(zhuǎn)化成交流電，最終將電能送往蓄電池組105中存儲起來;風(fēng)力發(fā)電機103將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過風(fēng)力逆變控制器104對其電壓進行調(diào)整，最終將電能送往蓄電池組105中存儲，蓄電池組105輸出12vDC的電能，為數(shù)據(jù)采集模塊2和通訊模塊3提供電力支持;該供電模塊通過風(fēng)光互補的方式對系統(tǒng)供電，保障性能高。
[0021]本【具體實施方式】通過位移傳感器201布置在輸電桿塔5等不同位置，實現(xiàn)桿塔全身結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測，位移傳感器201分布在輸電桿塔5上的主材501中部、橫擔(dān)502與塔頭交界處的兩個移位測量點上，每個測量點布置有兩個位移傳感器201，每個測點監(jiān)測兩個水平方向的位移，共計四個位移傳感器，每個位移傳感器201均連接至主控機203，位移傳感器201采用DH610型磁電式加速度拾振器，通過對其測得的加速度值進行積分獲得測點動態(tài)位移。風(fēng)速傳感器202安裝在輸電桿塔5距地面20m高度處，風(fēng)速傳感器202采用PHWYT型風(fēng)速傳感器。
[0022]本【具體實施方式】遠程分析模塊4用于接收、處理收到的位移和風(fēng)速數(shù)據(jù)，在遠程分析模塊，通過結(jié)構(gòu)有限元計算獲得位移分布圖和與之對應(yīng)的應(yīng)力分布圖，在此基礎(chǔ)上將獲得的位移值代入已獲得位移和應(yīng)力關(guān)系轉(zhuǎn)換為應(yīng)力值，通過應(yīng)力值與輸電桿塔材料強度大小比較，判斷確定輸電桿塔是否安全。其具體過程如下:
[0023](I)首先建立該輸電桿塔的三維有限元模型，設(shè)定相關(guān)的材料屬性和邊界條件;將風(fēng)速等效轉(zhuǎn)換為施加在整個輸電桿塔的風(fēng)荷載，同時考慮桿塔自重和導(dǎo)線張力等荷載，用彈性力學(xué)理論計算獲得輸電桿塔整體的應(yīng)力分布圖和對應(yīng)的位移分布圖；
[0024](2)將接收到的位移數(shù)據(jù)、位移點坐標放入上一步獲得的位移分布圖中，在此基礎(chǔ)上查找對應(yīng)的應(yīng)力分布圖上的對應(yīng)點的應(yīng)力值，將查找出來的應(yīng)力值除以輸電桿塔所在桿件的壓桿穩(wěn)定系數(shù)得到實際應(yīng)力值；
[0025](3)將實際應(yīng)力值與輸電桿塔所用材料的強度值進行對比，如實際應(yīng)力值小于材料強度值，則輸電桿塔安全，反之，輸電桿塔不安全;比對接收到的風(fēng)速數(shù)據(jù)，對信號進行二次確認;反饋分析結(jié)果，實現(xiàn)輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測。
[0026]本【具體實施方式】通過遠程分析模塊將實測的位移轉(zhuǎn)換為應(yīng)力，通過輸電桿塔材料是否能夠承受這個應(yīng)力來監(jiān)測輸電桿塔安全性，系統(tǒng)根據(jù)材料強度特征對輸電桿塔安全性能進行監(jiān)測，無需人為設(shè)置其他安全評判條件，監(jiān)測結(jié)果直觀穩(wěn)定，易于判斷，可靠實用，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
[0027]以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本實用新型的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括供電模塊(I)、數(shù)據(jù)采集模塊(2)、通訊模塊(3)和遠程分析模塊(4)，供電模塊(1)、數(shù)據(jù)采集模塊(2)、通訊模塊(3)均安裝在輸電桿塔(5)上，供電模塊(I)分別與數(shù)據(jù)采集模塊(2)、通訊模塊(3)連接，數(shù)據(jù)采集模塊(2)接通訊模塊(3)，通訊模塊(3)通過無線信號與遠程分析模塊(4)連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊(2)由位移傳感器(201)、風(fēng)速傳感器(202)和主控機(203)組成，位移傳感器(201)、風(fēng)速傳感器(202)均與主控機(203)連接，主控機(203)接至通訊模塊(3);所述的供電模塊(I)由太陽能電池板(101)、太陽能逆變控制器(102)、風(fēng)力發(fā)電機(103)、風(fēng)力逆變控制器(104)及蓄電池組(105)組成，太陽能電池板(101)連接太陽能逆變控制器(102)至蓄電池組(105)，風(fēng)力發(fā)電機(103)連接風(fēng)力逆變控制器(104)至蓄電池組(105)，蓄電池組(105)分別與數(shù)據(jù)采集模塊(2)、通訊模塊(3)連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的位移傳感器(201)共設(shè)置有四個，位移傳感器(201)分布在輸電桿塔(5)上的主材(501)中部、橫擔(dān)(502)與塔頭交界處的兩個移位測量點上，每個測量點布置有兩個位移傳感器(201)，每個位移傳感器(201)均連接至主控機(203)。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的位移傳感器(201)采用DH610型磁電式加速度拾振器。4.如權(quán)利要求1所述的一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的風(fēng)速傳感器(202)安裝在輸電桿塔(5)距地面20m高度處，風(fēng)速傳感器(202)采用PHffYT型風(fēng)速傳感器。5.如權(quán)利要求1所述的一種輸電桿塔的遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的通訊模塊(3)采用4G無線路由器。
【文檔編號】G05B19/048GK205721283SQ201620591976
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】張建國, 李成鋼, 張廼龍, 劉建軍, 陳大兵, 胡鵬, 朱洪斌, 張曉琴, 張研
【申請人】國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 河海大學(xué)