本发明专利技术公开了一种脆弱地质环境下输电线路杆塔状态在线监测装置及其检测方法，利用应变传感器的特殊的位置布局，获得能辨识杆塔状态的数据，从而达到杆塔的在线监测目的，起到杆塔不安全的情况下做到及时报警。输电线路杆塔状态在线监测装置，包括至少2个应变传感器，所述应变传感器安装在塔身与塔基之间的横隔上，横隔包括矩形框式的横隔主材和设置横隔主材内的横隔斜材，相邻横隔斜材交叉设置，应变传感器设置在非同一个横隔斜材上，2个应变传感器的布置方向的夹角小于180度且大于0度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术输电线路铁塔监测作业领域，一种脆弱地质环境下输电线路杆塔状态在线监测装置及其检测方法。
技术介绍
输电电路的铁塔，在电力工程中起着托举电力导线并使之保持适当对地绝缘距离的作用。在结构工程专业术语中，铁塔也称之为塔架。依据结构形式和受力特点，输电铁塔可以分为拉线式和自立式两种。对于拉线式铁塔，不仅塔身的抗扭性交差，而且一旦铁塔基础发生沉降，则拉线会退出工作，这样极易造成杆塔倾斜、进而结构失稳，出现断线倒塔的事故。相比之下，自立式输电铁塔具有不受地形限制、占地少而且稳定性好的特点。因此，自立式铁塔在电力系统中得到了广泛采用。本专利技术主要针对自立式铁塔的状态监测技术。传统的铁塔状态监测依靠人工巡线开展。这种方法现在依然保留，但存在工作量大、准确度低、成本高等问题。后来出现了铁塔在线状态监测技术，依照被测对象来分，大致可以分为两种类型。一种是在塔身2/3处和塔顶布置倾斜传感器，直接测量塔身的倾斜。另一类是在塔身上布置倾斜传感器、应力传感器、振动传感器、微气象传感器、拉力传感器、摄像头等，获得塔身全面的应力、应力、外观和环境的全部数据。传感器获取的信息，一般会通过GPRS/GSM/CDMA/3G/4G、WiFi、Zigbee、蓝牙、北斗等无线通信手段或者直接利用电力通信光缆，将数据传回控制中心。控制中心的计算机依据获取的信息，分析、判断杆塔的安全状态。这些传感器和通信装置，一般通过太阳能、蓄电池、小型风力发电、相线/地线感应取电等方式获取电能。此外，还有一些技术专利技术是从传感器上入手，如采用特殊的机械结构去测量杆塔的倾斜角度或者应用光纤传感器取代电阻应力片去测量塔架应力等。上述这些新技术，相比于传统的人工巡线，极大地提高了杆塔状态监测的准确程度，有利于电力系统的安全运行。但总的来看，现有这些技术专利技术在西南地区电网实际应用中，出现了一些问题：1)以塔身倾斜作为唯一的标准判断塔架的安全状态，在实际中存在判据不充分的问题。依照现有技术，塔架出现倾斜现象，则依据倾斜角度的大小判断塔架状态的危险程度。有可能出现这么一种情况：塔基出现均匀的地质沉降但没有造成明显的铁塔倾斜。虽然此时依据倾斜角度指标铁塔是安全的，但塔架的安全系数已经降低，可能难以抵挡外加变化的荷载。因此，仅靠倾斜角度的当前检测数据，难以全面反映系统的安全状态。2)对于构建了以塔身倾斜、导线拉力、塔材应力、摄像头、微气象等多源信息融合的状态监测系统，虽然可以弥补单一倾斜数据判据不充分的弊端，但在实际应用中，限于当前的技术水平和现场的恶劣环境，往往出现测量和通信装置供电难、传感器故障率高、不同测试数据之间相互矛盾、系统可靠性低等情况。尤其是在我国西南山区，局部微气象条件恶劣，地形地貌复杂多变，地质灾害频发，某些复杂的输电铁塔状态监测系统，在实际应用效果不佳。因此，针对山地不良地质环境，对输电铁塔状态监测技术进一步展开研究极有必要。
技术实现思路
本专利技术提供一种脆弱地质环境下输电线路杆塔状态在线监测装置及其检测方法，利用应变传感器的特殊的位置布局，获得能辨识杆塔状态的数据，从而达到杆塔的在线监测目的，起到杆塔不安全的情况下做到及时报警。输电线路杆塔状态在线监测装置，包括至少2个应变传感器，所述应变传感器安装在塔身与塔基之间的横隔上，横隔包括矩形框式的横隔主材和设置横隔主材内的横隔斜材，相邻横隔斜材交叉设置，应变传感器设置在非同一个横隔斜材上，2个应变传感器的布置方向的夹角小于180度且大于0度。输电铁塔安全状态的变化，源于铁塔所受荷载的变化。地质灾害会造成铁塔内部应力分布和形变，对于塔基遭受地质灾害侵袭的杆塔，塔基地质不均匀沉降后会在铁塔底部横隔处产生较明显的塑形变形，这些部位杆材有可能率先达到屈服极限，即使杆塔的倾角依然在安全范围内。同时，地质不均匀沉降对塔体变坡以上的杆件受力影响不大。这个规律表明，针对地质类灾害侵袭的杆塔状态监测，应力传感器更适宜布置在塔底横隔处的杆材上。而横隔的杆材分为主材和斜材。斜材一般采用Q235钢，其屈服极限比横隔主材、铁塔主材要低很多。在铁塔受力变化时候，更容易产生形变。同时，在斜材上进行点焊、钻孔布置螺栓也对铁塔的安全状态影响更小。因此，横隔斜材是传感器安装布置的合理位置。上述这些研究成果，如果用于输电铁塔在线状态监测，就可以用比较少的传感器，构建一个更具针对性、更精准、功耗和通信数据量更低的监测系统，从而避开现有技术依赖单一的杆塔倾斜数据或者复杂多源数据的弊端。因此，本专利技术将应变传感器设置在非同一个横隔斜材上，且2个应变传感器的布置方向的夹角小于180度且大于0度。以此可以构建一个更具针对性、更精准、功耗和通信数据量更低的监测系统，本专利技术的应变传感器可以只使用2个，而传统的检测系统需要大量的应变传感器，且应变传感器的位置位于塔身上。优选的，所述应变传感器的数量为2个，且这2个应变传感器分别设置在正交设置的2个横隔斜材上，2个应变传感器成正交设置。采用正交设置2个应变传感器，有利用从两个方向上采集应变数据，国家全面的掌握杆塔的受力情况。优选的，还包括位于塔身2/3处且位于杆塔中心线上的第一双轴倾斜传感器，还包括位于杆塔顶端且位于杆塔中心线上的第二双轴倾斜传感器。优选的，由于本专利技术的在线检测针对的是输电线路杆塔，电源供给、设备故障几率是一个技术难题，传统的技术直接采用小型风能发电、太能发电设备为整个在线检测设备供电，且整个检测设备处于持续的工作状态，而由于风能和太阳能的持续性能差，无法长时间供电，一旦电源耗尽，没有补偿电源的情况下，整个在线检测系统则处于停机状态。为了解决上述问题，本专利技术采用分组方式，将所有传感器设备分为2组，每一组的传感器都至少包括1个应变传感器和至少1个倾斜传感器，具体的：第一组数据采集端包括至少1个应变传感器和第一双轴倾斜传感器，第二组数据采集端包括至少1个应变传感器和第二双轴倾斜传感器；同时，设置2个开关组分别控制第一组数据采集端和第二组数据采集端的电源，利用控制器交替控制2个开关组，具体的，控制器控制第一组开关启动，则第一组数据采集端的应变传感器和第一双轴倾斜传感器启动开始采集数据，而第二组开关关闭，第二组数据采集端的应变传感器和第二双轴倾斜传感器不启动，控制器控制第二组开关启动，则第二组数据采集端的应变传感器和第二双轴倾斜传感器启动开始采集数据，而第一组开关关闭，第一组数据采集端的应变传感器和第一双轴倾斜传感器不启动。这样就可以保证一次检测活动就可以以极少的传感器采集到相应的数据，极大的降低能耗，可以综合查看2次的数据来评判整个杆塔状态，不影响整个杆塔的检测。具体的还包括数据集中器，所述数据集中器包括电源管理模块和控制器；所述控制器采集所有应变传感器、第一双轴倾斜传感器、第二双轴倾斜传感器的数据；还包括与电源管理模块连接的并受控制器控制的第一组开关和第二组开关，所有应变传感器、第一双轴倾斜传感器、第二双轴倾斜传感器构成数据采集端，所述数据采集端分为2组，第一组数据采集端包括至少1个应变传感器和第一双轴倾斜传感器，第二组数据采集端包括至少1个应变传感器和第二双轴倾斜传感器，其中，第一组开关设置在第一组数据采集端的应变传感器和第一双轴倾斜传感器的电源回路上，第二组开关设置在第二组数本文档来自技高网...
【技术保护点】
输电线路杆塔状态在线监测装置，其特征在于，包括至少2个应变传感器（4），所述应变传感器安装在塔身（1）与塔基（2）之间的横隔上，横隔包括矩形框式的横隔主材和设置横隔主材内的横隔斜材（3），相邻横隔斜材（3）交叉设置，应变传感器设置在非同一个横隔斜材（3）上，2个应变传感器（4）的布置方向的夹角小于180度且大于0度。
【技术特征摘要】
1.输电线路杆塔状态在线监测装置，其特征在于，包括至少2个应变传感器（4），所述应变传感器安装在塔身（1）与塔基（2）之间的横隔上，横隔包括矩形框式的横隔主材和设置横隔主材内的横隔斜材（3），相邻横隔斜材（3）交叉设置，应变传感器设置在非同一个横隔斜材（3）上，2个应变传感器（4）的布置方向的夹角小于180度且大于0度。2.根据权利要求1所述的输电线路杆塔状态在线监测装置，其特征在于：所述应变传感器（4）的数量为2个，且这2个应变传感器（4）分别设置在正交设置的2个横隔斜材（3）上，2个应变传感器（4）成正交设置。3.根据权利要求1所述的输电线路杆塔状态在线监测装置，其特征在于：还包括位于塔身2/3处且位于杆塔中心线上的第一双轴倾斜传感器（6），还包括位于杆塔顶端且位于杆塔中心线上的第二双轴倾斜传感器（7）。4.根据权利要求3所述的输电线路杆塔状态在线监测装置，其特征在于：还包括数据集中器（8），所述数据集中器（8）包括电源管理模块（803）和控制器（805）；所述控制器（805）采集所有应变传感器（4）、第一双轴倾斜传感器（6）、第二双轴倾斜传感器（7）的数据；还包括与电源管理模块（803）连接的并受控制器（805）控制的第一组开关和第二组开关，所有应变传感器（4）、第一双轴倾斜传感器、第二双轴倾斜传感器构成数据采集端，所述数据采集端分为2组，第一组数据采集端包括至少1个应变传感器（4）和第一双轴倾斜传感器，第二组数据采集端包括至少1个应变传感器（4）和第二双轴倾斜传感器，其中，第一组开关设置在第一组数据采集端的应变传感器（4）和第一双轴倾斜传感器的电源回路上，第二组开关设置在第二组数据采集端的应变传感器（4）和第二双轴倾斜传感器的电源回路上。5.根据权利要求4所述的输电线路杆塔状态在线监测装置，其特征在于：所述数据集中器（8）还包括原始数据存储模块（802），原始数据存储模块（802）用于存储控制器（805）获得的数据，还包括数据格式转换模块（804）、无线通信模块（806），数据格式转换模块（804）规范控制器（805）获得的数据的数据格式，无线通信模块（806）转发规范后的数据。6.基于权利要求5所述的输电线路杆塔状态在线监测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1步骤、通过应力传感器获得应力值，通过第一双轴倾斜传感器和第二双轴倾斜传感器检测顺线路方向的倾斜角度和杆塔横担轴线方向的倾斜...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛志航，邓创，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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