一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法及系统，涉及输电杆塔监测技术领域，其技术方案要点是：建立各个轴向振动分量与对应轴向风速分量之间的拟合函数；从实时振动数据中筛选出多个风速处于平稳状态的振动区段；筛选出两个差异优先值最高的振动区段；根据拟合函数以及第一区段与第二区段的平稳风速计算理论振动偏差；确定相应轴向的实际振动偏差；若存在实际振动偏差不符合理论振动偏差的判断逻辑的情况，则输出表征目标杆塔处于倾斜变形的预警信号

【技术实现步骤摘要】
一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及输电杆塔监测
，更具体地说，它涉及一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法及系统
。

技术介绍

[0002]输电杆塔倾斜主要是由塔基地质疏松和恶劣天气等因素导致的杆塔整体倾斜或部分结构变形倾斜，由于输电杆塔搭载输电线路的位置较高，在诸如台风
、
沙尘暴
、
暴风雨等恶劣的自然环境下，输电杆塔的上端部容易出现较大幅度的晃动，输电线路两端的输电杆塔在大幅度的晃动过程中极易导致输电线路断裂，其在输电杆塔出现倾斜后更容易发生断裂，所以对输电杆塔状态监测有利于及时展开维修和为保障输电杆塔安全运行而及时做出应急处置
。
[0003]目前，对于静态环境下所导致的输电杆塔倾斜，如塔基地质疏松所导致的输电杆塔倾斜，可以通过倾斜角度传感器对输电杆塔的倾斜状态进行监测；但是，对于动态环境下所导致的输电杆塔倾斜，如台风
、
沙尘暴
、
暴风雨等环境，输电杆塔在风场作用下会存在晃动，其倾斜角度和倾斜方向受不同的风场影响而表现不同，所以此情况下依据倾斜角度传感器所采集的角度值是无法直接判断出输电杆塔的倾斜状态是自身倾斜，还是风致振动
。
[0004]因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的输电杆塔倾斜实时监测方法及系统是我们目前急需解决的问题
。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法及系统，当输电杆塔在两个不同风速作用后均处于动态变化的倾斜状态时也可以准确监测，能够在输电杆塔处于风致振动过程中进行实时预警
。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]第一方面，提供了一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法，包括以下步骤：
[0008]以目标杆塔为原点建立三维坐标系，并依据目标杆塔在不同风速作用下的历史振动数据建立各个轴向振动分量与对应轴向风速分量之间的拟合函数；
[0009]采集当前监测周期内的实时振动数据，并从实时振动数据中筛选出多个风速处于平稳状态的振动区段，同时确定每个振动区段的平稳风速；
[0010]从多个振动区段中筛选出两个差异优先值最高的振动区段作为第一区段与第二区段；
[0011]根据各个轴向的拟合函数以及第一区段与第二区段的平稳风速计算得到相应轴向的理论振动偏差；
[0012]依据第一区段与第二区段所对应的实时振动数据确定相应轴向的实际振动偏差；
[0013]将各个轴向的实际振动偏差与各个轴向的理论振动偏差进行逻辑判断，若存在实
际振动偏差不符合理论振动偏差的判断逻辑的情况，则输出表征目标杆塔处于倾斜变形的预警信号
。
[0014]进一步的，所述拟合函数的建立过程具体为：
[0015]将作用在目标杆塔的风速分解成三维坐标系各轴向的轴向风速分量；
[0016]从历史振动数据中提取在三维坐标系各轴向的轴向振动分量；
[0017]依据轴向振动分量与对应的轴向风速分量拟合得到以轴向风速分量为横坐标
、
轴向振动分量为纵坐标的拟合函数
。
[0018]进一步的，所述振动区段中的风速处于平稳状态判定过程具体为：
[0019]提取振动区段中平稳风速所包含的风速大小以及各个轴向夹角；
[0020]结合预设的最大风速偏角
、
风速大小和轴向夹角计算得到不同轴向的最大允许风速偏差；
[0021]获取振动区段中在不同轴向上的实际最大风速偏差，若各个轴向的实际最大风速偏差均不超过相应轴向的最大允许风速偏差，则对应振动区段的风速处于平稳状态
。
[0022]进一步的，所述振动区段的平稳风速确定过程具体为：
[0023]以振动区段中全段风速的风速大小平均值作为对应平稳风速的风速大小；
[0024]以振动区段中全段风速在同一轴向的轴向夹角平均值作为对应平稳风速在相应轴向的轴向夹角
。
[0025]进一步的，所述最大允许风速偏差的计算公式具体为：
[0026][0027]其中，表示振动区段
m
中在轴向
i
上的最大允许风速偏差；
|v
m
|
表示振动区段
m
中平稳风速的风速大小；表示振动区段
m
中平稳风速与轴向
i
的轴向夹角；
a
表示预设的最大风速偏角
。
[0028]进一步的，所述差异优先值的计算公式具体为：
[0029][0030][0031][0032]其中，表示振动区段
n1与振动区段
n2之间的差异优先值；
δ1表示由角度差异决定的优先值；
k1表示角度差异所对应的权重系数；
δ2表示由风速差异决定的优先值；
k2表示风速差异所对应的权重系数；
β
表示两个振动区段的平稳风速在三维坐标系中的空间夹角；表示振动区段
n1中平稳风速的风速大小；表示振动区段
n2中平稳风速的风速大小
。
[0033]进一步的，所述逻辑判断的表达式具体为：
[0034][0035]其中，表示第一区段与第二区段在轴向
i
上的理论振动偏差，由两个区段的轴向风速分量结合拟合函数计算出理论的轴向振动分量，再由两个理论的轴向振动分量之差的绝对值计算得到；
L
i,w
表示在轴向
i
上所允许的振动误差；表示第一区段与第二区段在轴向
i
上的实际振动偏差，由两个区段实际的轴向振动分量之差的绝对值计算得到
。
[0036]第二方面，提供了一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测系统，包括：
[0037]函数拟合模块，用于以目标杆塔为原点建立三维坐标系，并依据目标杆塔在不同风速作用下的历史振动数据建立各个轴向振动分量与对应轴向风速分量之间的拟合函数；
[0038]平稳分析模块，用于采集当前监测周期内的实时振动数据，并从实时振动数据中筛选出多个风速处于平稳状态的振动区段，同时确定每个振动区段的平稳风速；
[0039]区段筛选模块，用于从多个振动区段中筛选出两个差异优先值最高的振动区段作为第一区段与第二区段；
[0040]理论计算模块，用于根据各个轴向的拟合函数以及第一区段与第二区段的平稳风速计算得到相应轴向的理论振动偏差；
[0041]实际分析模块，用于依据第一区段与第二区段所对应的实时振动数据确定相应轴向的实际振动偏差；
[0042]逻辑判断模块，用于将各个轴向的实际振动偏差与各个轴向的理论振动偏差进行逻辑判断，若存在实际振动偏差不符合理论振动偏差的判断逻辑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法，其特征是，包括以下步骤：以目标杆塔为原点建立三维坐标系，并依据目标杆塔在不同风速作用下的历史振动数据建立各个轴向振动分量与对应轴向风速分量之间的拟合函数；采集当前监测周期内的实时振动数据，并从实时振动数据中筛选出多个风速处于平稳状态的振动区段，同时确定每个振动区段的平稳风速；从多个振动区段中筛选出两个差异优先值最高的振动区段作为第一区段与第二区段；根据各个轴向的拟合函数以及第一区段与第二区段的平稳风速计算得到相应轴向的理论振动偏差；依据第一区段与第二区段所对应的实时振动数据确定相应轴向的实际振动偏差；将各个轴向的实际振动偏差与各个轴向的理论振动偏差进行逻辑判断，若存在实际振动偏差不符合理论振动偏差的判断逻辑的情况，则输出表征目标杆塔处于倾斜变形的预警信号
。2.
根据权利要求1所述的一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法，其特征是，所述拟合函数的建立过程具体为：将作用在目标杆塔的风速分解成三维坐标系各轴向的轴向风速分量；从历史振动数据中提取在三维坐标系各轴向的轴向振动分量；依据轴向振动分量与对应的轴向风速分量拟合得到以轴向风速分量为横坐标
、
轴向振动分量为纵坐标的拟合函数
。3.
根据权利要求1所述的一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法，其特征是，所述振动区段中的风速处于平稳状态判定过程具体为：提取振动区段中平稳风速所包含的风速大小以及各个轴向夹角；结合预设的最大风速偏角
、
风速大小和轴向夹角计算得到不同轴向的最大允许风速偏差；获取振动区段中在不同轴向上的实际最大风速偏差，若各个轴向的实际最大风速偏差均不超过相应轴向的最大允许风速偏差，则对应振动区段的风速处于平稳状态
。4.
根据权利要求3所述的一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法，其特征是，所述振动区段的平稳风速确定过程具体为：以振动区段中全段风速的风速大小平均值作为对应平稳风速的风速大小；以振动区段中全段风速在同一轴向的轴向夹角平均值作为对应平稳风速在相应轴向的轴向夹角
。5.
根据权利要求3所述的一种复杂风场作用下的输电杆塔倾斜实时监测方法，其特征是，所述最大允许风速偏差的计算公式具体为：其中，表示振动区段
m
中在轴向
i
上的最大允许风速偏差；
|v
m
|
表示振动区段
m
中平稳风速的风速大小；
θ
im
表示振动区段
m
中平稳风速与轴向
i
的轴向夹角；
a
表示预设的最大风速偏角
。6.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞，赵文彬，袁斌霞，王道累，韩清鹏，王鸿利，张世伟，邹世杰，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：