电力杆塔倾斜在线监测应用浅述

余立刚

【摘 要】电网用电容量和分布范围的快速扩张，对电网各类安全风险的管控日益重要，电力在线监测技术的应用在技防上提供了良好的解决方案。本文试从电缆杆塔的倾斜监测实现原理、系统组成和建设收益进行研究分析。

【关键词】在下监测；杆塔；倾斜

一、概述

近年来随着国家电网规模越来越大，电网安全运行是社会正常运转的重要保障，一旦出现电网事故，将对工农业生产、居民生活造成极大的影响。智能电网在线监测系统是一套针对线路及电力设施周围施工、外力破坏、塔材被盗、火灾、导线舞动、导线悬挂异物而设计的在线监测装置，将采集到的非正常告警信号，通过GPRS实时传送到中心监控分析系统，系统发送预报警信息，提醒管理人员对报警点予以重视或采取必要的预防措施。

杆塔作为电力重要的基础设施，在多类电网安全事故中，都包含杆塔的倒塌、断线等隐患。尤其建设在沿海地区、高海拔、高湿度区域的电力线路因为气候变化、台风等原因导致导线断线、杆塔倒塔等事故，给国家和社会造成巨大的经济损失。由于杆塔布置范围极广，而且数量众多，多数位于城市周边、山地、河流等自然环境更为复杂的区域，靠人力来完成对数量庞大的杆塔的巡检工作效率低下，因此开发出一种能够实时监测杆塔状态的传感系统，以便于提前预判杆塔的受力情况，进行必要的预防措施。

杆塔倾斜无线监测可实现对杆塔的横向倾斜度和顺线倾斜度等数据的在线监测，结合线路设计参数给出杆塔倾斜的预警信息，为线路运行保障部门和设计部门提供实际依据并及时掌握杆塔运行安全情况，对超标杆塔倾斜状况及时指导检修和维护，提醒运行维护人员加固地基，以减少不必要的损失。

二、国内外在线监测情况

国外较早开展了电力在线监测技术的研究，美国最早开展以在线监测为前期的状态检修工作，日本也是从20世纪80年代开始对电力设备实施以状态分析和在线监测为基础的状态检修，而欧洲很多国家也采用状态检修来提交检修效率。国外统计资料表明，在实施状态检修后，一般可使设备大修周期从3～5年延长到6-8年，甚至10年，并且1-2年即可收回实施状态检修所增加的投资。应该说国外在线检修技术研究与实践应用方面都已取得了显著成绩。据美国电力研究院诊断检测中心的统计表明，实施状态检修提高社保利用率在5%以上，节约检修费用25%-30%。

我国开展在线监测起步较晚，国内清华大学、西安交通大学、武汉大学、武汉高压研究所等可研单位陆续开展了输电在线监测技术的研究，并在2000年之后研发了具有完整功能的输电线路在线监测技术。尤其是针对输电线路杆塔的状态在线监测，是在2008年南方冰冻灾害后才引起了足够的重视，并通过国内一些电力研究机构努力，已经取得了初步成果。

随着科技的发展，国内出现了一些专业从事在线监测的生产厂家，他们立足我国电力国情，开发了一系列在线监测技术，有效提高了输配电运行安全水平。

三、监测原理和构成

杆塔倾斜监测，需要对杆塔受迫振动、倾斜状况、杆塔周围气象数据、电缆温度、塔基应力应变等数据进行全方位的监测。从原理上是通过在杆塔以及其附属设备上安装传感器来获取杆塔运行工况状态，通过对这些监测量的整合分析，来对杆塔的运行工况、潜在故障、安全等级等进行评估。

杆塔倾斜在线监测系统主要由三部分组成，包括无线杆塔传感器、线路监测基站、当地监测中心（远程监测中心）。当地监测中心只设置一个，能同时满足多个现场的不同监测系统的数据处理和分析。

①传感器层含塔身倾斜传感器、塔基电阻应变片、塔身震动传感器、塔身气象传感器等；②数据采集层数据采集卡板；③无线传输层；④现场区域中心基站；⑤电网监控中心客户端。

无线倾斜传感器可实现重力参考系下倾斜角度的测量，它由微功耗MCU、高精度加速度传感器、2.45GHz数字RF收发器和高温锂亚电池等组成。能够对高压运行中的杆塔进行全天候、有效地监测。

无线杆塔倾斜传感器以不锈钢抱箍固定的方式安装在杆塔上。如下图所示：

无线杆塔倾斜传感器采集到的杆塔倾斜角等数据发送给线路监测基站，基站再将处理后的数据发送给远程监测中心，后台系统综合分析监测数据，判断杆塔倾斜发展趋势。当杆塔倾斜角发生异常时，及时将预/告警信息发送给线路运行负责人，使其采取相应处理措施，减少因杆塔倾斜而引发的事故，同時协助运行部门查找杆塔故障点，指导检修和维护。

四、 技术方案

电力铁塔安全监测系统由监测终端、通信网络和监测中心构成。监测终端主要有监测铁塔的各种探测器、控制主板、电源模块及GPRS模块构成，安装在电力铁塔的监测点，各类探测器负责采集数据，经控制主板处理后由GPRS模块传输出去，监测中心的主要设备是接警主机、服务器和P C终端等。

（1）杆塔倾斜在线监测系统采用分层分布式结构，这种结构不仅使整套系统的结构非常清晰和简洁，也使得各子系统功能完整独立，任何一个测单元异常不会影响其它设备正常工作。采用统一数据接口规范，大大提高了系统的兼容性和可扩展性。

（2）在线监测的就地化。实现对电气设备状态参数的现场实时监测，这是在线监测系统实现测量高精确性和高可靠性的重要保证。

（3） 在线监测的数字化和网络化。就地智能监测单元通过独特的传感器和先进的数字信号处理技术得到设备的状态参数，采用先进的网络技术传递数字化信息，避免了模拟小信号的距离传输。这是本项目实现高精确性和高可靠性的另一保证。

（4）系统的可维护性。由于采用了先进的总线网络和模块化的硬件结构设计，使得在线监测系统的现场安装、调试及维护非常简便。

（5）使用范围：10kV-1000 kV的运行杆塔的在线监测；监测数据：沿线路方向倾斜角（-30°～+30°）和垂直线路方向倾斜角（-30°～+30°）；测量精度：±0.2°；低功耗：<10μA（3.6V）；监测主机电源：蓄电池，使用寿命长达5年。

现有的监测系统不仅要给出各杆塔的实时运行数据，还要具备异常数据自动识别和预警功能，在监测到杆塔倾斜数据发射管异常后进行报警；其次因杆塔数量众多，监测传感器运行环境复杂，研究提高监测系统的抗干扰能力，提高监测的实时性和准确性，更为耐久可靠。

五、结语

实时监测杆塔倾斜情况；通过现场在线监测单元的管理和控制，可在办公桌上实现对杆塔的实时监测、状态诊断和优化决策；通过后台显示、分析，能够实现数据的分析对比，及时发现杆塔线路运行故障，消除潜在缺陷，避免突发事故停电，保证供电更加安全可靠，实现设备管理自动化、科学化和智能化，节省不必要的定期计划检修而产生经济效益。

杆塔倾斜监测技术是通过先进的传感、测量、通讯技术以及分析系统的综合应用，在运行状态下对杆塔位置信息进行实时监测上传和分析，并通过量化数据向调度、检修部门提供评估决策依据。

参考文献：

[1]、郝丽花，姜敏，刘宏 杆塔倾斜在线监测的应用研究[J].山西电力，2013.12第6卷：22-24.

[2]、渠海荣 基于GPRS的电力杆塔安全监测系统的设计[J].自动化技术及应用，2015年34卷10期：34-38.

[3]、向文彬，卢化 电力线路在线监测技术探讨[J].水利水电，2014：211.

[4]、王 凯，蔡 炜，邓雨荣，朱时阳，吴 彪，王海涛 输电线路在线监测系统应用和管理平台[J].高电压技术，2012.5.31第38卷第5期：1274-1280.