杆塔位移監測系統及其監測方法
2023-05-13 20:05:21 1
專利名稱：杆塔位移監測系統及其監測方法
杆塔位移監測系統及其監測方法技術領域
本發明屬於輸電設備狀態在線監測技術領域，尤其涉及一種杆塔位移監測系統及其監測方法。
背景技術：
高壓輸電線路用架線杆塔由於受到自然條件及各種地質災害的影響，會發生多種事故，造成杆塔傾斜、杆塔移動，嚴重時會造成杆塔斷折及倒塔事故。這些事故一旦發生，勢必造成電力環網重大或者特大事故的發生，給國家帶來重大經濟隨時。所以，如何迅速確定電力杆塔傾斜或者移動以及提前報警就有著重大意義和必要性。
目前，國內外多採用各種技術，如雷射、遠紅外或者雙軸傾斜角度傳感器對杆塔傾斜角度進行測量，實現對杆塔的傾斜狀態進行實時監測。以上的監測手段只能在杆塔發生傾斜時測出杆塔的傾斜角度，在發生地震或者山體滑坡造成杆塔在水平和豎直方向上位移時並不能測得杆塔的水平或者豎直位移量，因此，現有技術的測量方法只對杆塔傾斜角度進行測量，對杆塔自身的水平或者豎直方向的位移無法進行測量，在杆塔所在的區域內，地質環境發生變化的初期並不能通過實時在線監測得到杆塔狀態的真實信息。發明內容
本發明旨在解決現有技術中不能實現對杆塔的水平或者豎直方向位移的實時監測的技術問題，提供一種杆塔位移監測系統，實現對杆塔水平或豎直位移的在線監測。
本發明提供一種杆塔位移監測系統，包括杆塔位移監測終端及與其電連接的地下位移監測終端；所述杆塔位移監測終端設置在所述杆塔上，包括主控模塊，及與主控模塊分別電連接的地上杆塔位移傳感器、電源模塊及通訊模塊；所述地下位移監測終端設置在地下基巖上，包括控制模塊及與其電連接的地下位移傳感器；所述地下位移傳感器，用於監測在設定時間t內基巖的運動加速度； 所述控制模塊，用於根據基巖的運動加速度計算在設定時間t內基巖的位移量並將該位移量傳輸給主控模塊；所述地上杆塔位移傳感器，用於監測在設定時間t內杆塔的運動加速度； 所述主控模塊，用於根據杆塔的運動加速度計算在設定時間t內杆塔的位移量，並根據基巖的位移量計算杆塔相對於基巖的位移量；所述電源模塊，用於在主控模塊的控制下給杆塔位移監測終端及地下位移監測終端供電；所述通訊模塊，用於在主控模塊的控制下將主控模塊接收和計算的位移量傳送給一遠程監控終端。
優選地，所述地上杆塔位移傳感器及地下位移傳感器分別為三軸加速度傳感器。
優選地，所述電源模塊包括，風力發電模塊，用於通過風力進行發電； 太陽能發電模塊，用於通過太陽能進行發電； 蓄電池及充電管理模塊；所述風力發電模塊、太陽能發電模塊及蓄電池分別與所述充電管理模塊相連接。
優選地，所述杆塔位移監測終端還包括分別與主控模塊電連接的存儲模塊、顯示模塊、復位模塊及時鐘模塊；所述存儲模塊，用於存儲主控模塊的分析計算後的數據；所述顯示模塊，用於本地顯示所述數據；所述復位模塊，用於對杆塔位移監測終端進行復位操作；所述時鐘模塊，用於提供杆塔位移監測終端工作的統一時鐘並校時。
優選地，所述地下位移監測終端還包括分別與主控模塊電連接的存儲器、復位及時鐘模塊。
存儲器，用於存儲控制模塊處理計算後的數據；復位及時鐘模塊，用於對地下位移監測終端進行復位操作並提供地下位移監測終端工作的統一時鐘並校時。
優選地，所述主控模塊與所述控制模塊之間通過RS485總線進行通訊。
本發明還提供一種上述杆塔位移監測系統的監測方法，所述監測方法包括以下步驟監測並計算杆塔的位移量； 監測並計算地下基準點的位移量；根據杆塔的位移量與地下基準點的位移量計算所述杆塔相對於地下基準點的位移量；將所述杆塔的位移量、地下基準點的位移量及杆塔相對於地下基準點的位移量發送給遠程監控終端；其中，所述地下基準點為地下基巖上放置地下位移傳感器的位置點。
優選地，所述監測並計算杆塔的位移量的步驟具體包括，監測杆塔在設定時間t內三軸上的運動加速度、、 和\，並計算杆塔在在設定時間 t內三軸上的位移量馬、巧和Ds, 、 、、為χ軸、γ軸、ζ軸上的運動加速度，H馬為X軸、Y軸、Z軸上的位移量；其中，X軸和Y軸為水平方向上相互垂直的兩個坐標軸，Y為豎直方向上穿過X、Y軸交點的坐標軸。
優選地，所述監測並計算地下基準點的位移量的步驟具體包括，監測地下基準點在設定時間t內在X軸、Y軸和Z軸上的運動加速度bK、、和h，並計算地下基準點在設定時間t內在X軸、Y軸和Z軸上的位移量 、A和Ts。
優選地，根據杆塔的位移量與地下基準點的位移量計算所述杆塔相對於地下基準點的位移量的步驟包括，杆塔相對於地下基準點在X軸上的位移量為4 =馬-^x ； 杆塔相對於地下基準點在Y軸上的位移量為4 = D1-T7 ； 杆塔相對於地下基準點在Z軸上的位移量為4 K.
優選地，計算杆塔在在設定時間t內X軸、Y軸和Z軸上的位移量馬、Dy和^的方法為杆塔在χ軸上的位移量^=^+1 /,其中，κ在首次計算杆塔在χ軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算杆塔在X軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述 K=n +a'xt , Vx為前一次計算杆塔在X軸上的位移量的初始速度，< 為前一次計算杆塔在X軸上的位移量所測得的杆塔在X軸上的運動加速度。
杆塔在Y軸上的位移量其中，。在首次計算杆塔在Y軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算杆塔在Y軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述。, PrV為前一次計算杆塔在Y軸上的位移量的初始速度，a'y為前一次計算杆塔在Y軸上的位移量所測得的杆塔在Y軸上的運動加速度。
杆塔在Z軸上的位移量，其中在首次計算杆塔在Z軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算杆塔在Z軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述&=r〗+a'3t , ^13為前一次計算杆塔在Z軸上的位移量的初始速度^力前一次計算杆塔在Z軸上的位移量所測得的杆塔在Z軸上的運動加速度。
優選地，計算地下基準點在在設定時間t內X軸、Y軸和Z軸上的位移量ζ、？；和 ^的方法為地下基準點在X軸上的位移量rx=t/xH4l)xt2 ,其中，α在首次計算地下基準點在X軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算地下基準點在X軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述Tx=『x+b'xt , Wx為前一次計算地下基準點在X軸上的位移量的初始速度，Vx為前一次計算地下基準點在X軸上的位移量所測得的地下基準點在X軸上的運動加速度。
地下基準點在Y軸上的位移量計,其中，y在首次計算地下基準點在Y軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算地下基準點在Y軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述, CZ1y為前一次計算地下基準點在Y軸上的位移量的初始速度，Fy為前一次計算地下基準點在Y軸上的位移量所測得的地下基準點在Y軸上的運動加速度。
地下基準點在Z軸上的位移量，其中，％在首次計算地下基準點在Z軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算地下基準點在Z軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述Ti=U13+b'3t, IT1為前一次計算地下基準點在Z軸上的位移量的初始速度， 為前一次計算地下基準點在Z軸上的位移量所測得的地下基準點在Z軸上的運動加速度。
優選地，所述監測方法還包括根據杆塔相對於地下基準點在X軸上的位移量為 4 = Dx -Tx及杆塔相對於地下基準點在Y軸上的位移量為~ = Dj-Tj計算所述杆塔相對於基準點在水平方向上的實際位移量S為:S = ^2+L；，相對於X坐標軸的偏移角度為 Ly
權利要求
1.杆塔位移監測系統，其特徵在於，包括杆塔位移監測終端及與其電連接的地下位移監測終端；所述杆塔位移監測終端設置在所述杆塔上，包括主控模塊，及與主控模塊分別電連接的地上杆塔位移傳感器、電源模塊及通訊模塊；所述地下位移監測終端設置在地下基巖上，包括控制模塊及與其電連接的地下位移傳感器；所述地下位移傳感器，用於監測在設定時間t內基巖的運動加速度； 所述控制模塊，用於根據基巖的運動加速度計算在設定時間t內基巖的位移量並將該位移量傳輸給主控模塊；所述地上杆塔位移傳感器，用於監測在設定時間t內杆塔的運動加速度； 所述主控模塊，用於根據杆塔的運動加速度計算在設定時間t內杆塔的位移量，並根據基巖的位移量計算杆塔相對於基巖的位移量；所述電源模塊，用於在主控模塊的控制下給杆塔位移監測終端及地下位移監測終端供電；所述通訊模塊，用於在主控模塊的控制下將主控模塊接收和計算的位移量傳送給一遠程監控終端。
2.根據權利要求1所述的杆塔位移監測系統，其特徵在於，所述地上杆塔位移傳感器及地下位移傳感器分別為三軸加速度傳感器。
3.根據權利要求1所述的杆塔位移監測系統，其特徵在於，所述電源模塊包括， 風力發電模塊，用於通過風力進行發電；太陽能發電模塊，用於通過太陽能進行發電； 蓄電池及充電管理模塊；所述風力發電模塊、太陽能發電模塊及蓄電池分別與所述充電管理模塊相連接。
4.根據權利要求1所述的杆塔位移監測系統，其特徵在於，所述杆塔位移監測終端還包括分別與主控模塊電連接的存儲模塊、顯示模塊、復位模塊及時鐘模塊；所述存儲模塊，用於存儲主控模塊的分析計算後的數據；所述顯示模塊，用於本地顯示所述數據；所述復位模塊，用於對杆塔位移監測終端進行復位操作；所述時鐘模塊，用於提供杆塔位移監測終端工作的統一時鐘並校時。
5.根據權利要求1所述的杆塔位移監測系統，其特徵在於，所述地下位移監測終端還包括分別與主控模塊電連接的存儲器、復位及時鐘模塊；存儲器，用於存儲控制模塊處理計算後的數據；復位及時鐘模塊，用於對地下位移監測終端進行復位操作並提供地下位移監測終端工作的統一時鐘並校時。
6.根據權利要求1所述的杆塔位移監測系統，其特徵在於，所述主控模塊與所述控制模塊之間通過RS485總線進行通訊。
7.一種杆塔位移監測系統的監測方法，其特徵在於，所述監測方法包括以下步驟 監測並計算杆塔的位移量；監測並計算地下基準點的位移量；根據杆塔的位移量與地下基準點的位移量計算所述杆塔相對於地下基準點的位移量；將所述杆塔的位移量、地下基準點的位移量及杆塔相對於地下基準點的位移量發送給遠程監控終端；其中，所述地下基準點為地下基巖上放置地下位移傳感器的位置點。
8.根據權利要求7所述的監測方法，其特徵在於，所述監測並計算杆塔的位移量的步驟具體包括，監測杆塔在設定時間t內三軸上的運動加速度~、S和、，並計算杆塔在設定時間t 內三軸上的位移量Dx、馬和D3, ~、 、^為χ軸、γ軸、ζ軸上的運動加速度，H Dz為X軸、Y軸、Z軸上的位移量；其中，X軸和Y軸為水平方向上相互垂直的兩個坐標軸，Z為豎直方向上穿過X、Y軸交點的坐標軸。
9.根據權利要求8所述的監測方法，其特徵在於，所述監測並計算地下基準點的位移量的步驟具體包括，監測地下基準點在設定時間t內在X軸、Y軸和Z軸上的運動加速度bK、、和，並計算地下基準點在設定時間t內在X軸、Y軸和Z軸上的位移量^、和T2。
10.根據權利要求9所述的監測方法，其特徵在於，根據杆塔的位移量與地下基準點的位移量計算所述杆塔相對於地下基準點的位移量的步驟包括，杆塔相對於地下基準點在X軸上的位移量為4 =馬-Tx ； 杆塔相對於地下基準點在Y軸上的位移量為、=D1-Tj ； 杆塔相對於地下基準點在Z軸上的位移量為4 =馬。
11.根據權利要求8所述的監測方法，其特徵在於，計算杆塔在在設定時間t內X軸、Y 軸和Z軸上的位移量馬、Dy和Dz的方法為杆塔在X軸上的位移量馬=&t+|、t2,其中，κ在首次計算杆塔在X軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算杆塔在X軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述 Wx +a'xt , Vx為前一次計算杆塔在X軸上的位移量的初始速度，心為前一次計算杆塔在X軸上的位移量所測得的杆塔在X軸上的運動加速度；杆塔在Y軸上的位移量A=^t+其中，在首次計算杆塔在Y軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算杆塔在Y軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述 Fy=F1y+S1yLF17為前一次計算杆塔在γ軸上的位移量的初始速度，^為前一次計算杆塔在Y軸上的位移量所測得的杆塔在Y軸上的運動加速度；杆塔在Z軸上的位移量,其中在首次計算杆塔在Z軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算杆塔在Z軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述 K=V'z+a'zt , F13為前一次計算杆塔在Z軸上的位移量的初始速度t力前一次計算杆塔在Z軸上的位移量所測得的杆塔在Z軸上的運動加速度。
12.根據權利要求9所述的監測方法，其特徵在於，計算地下基準點在在設定時間t內X軸、Y軸和Z軸上的位移量ζ、？；和的方法為地下基準點在X軸上的位移量Tx=Ktfikt2 ,其中，y在首次計算地下基準點在X軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算地下基準點在X軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述, υ\為前一次計算地下基準點在X軸上的位移量的初始速度，為前一次計算地下基準點在χ軸上的位移量所測得的地下基準點在χ軸上的運動加速度；地下基準點在Y軸上的位移量計,其中，％在首次計算地下基準點在Y軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算地下基準點在Y軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述, 為前一次計算地下基準點在Y軸上的位移量的初始速度，Fy為前一次計算地下基準點在Y軸上的位移量所測得的地下基準點在Y軸上的運動加速度；地下基準點在Z軸上的位移量,其中，J7在首次計算地下基準點在ζ軸上的位移量時取值為0，以後的取值為前一次計算地下基準點在Z軸上的位移量結束時杆塔的運動速度，所述^=U1s+b'3t , U\為前一次計算地下基準點在Z軸上的位移量的初始速度， 為前一次計算地下基準點在ζ軸上的位移量所測得的地下基準點在Z軸上的運動加速度。
13.根據權利要求10所述的監測方法，其特徵在於，所述監測方法還包括根據杆塔相對於地下基準點在X軸上的位移量為4 = A= 及杆塔相對於地下基準點在Υ軸上的位移量為化-巧計算所述杆塔相對於基準點在水平方向上的實際位移量s為 U2，相對於χ坐標軸的偏移角度為g=arcsm( f2)。 s = + λ/4 +Ly
全文摘要
本發明提供了一種杆塔位移監測系統，包括杆塔位移監測終端及與其電連接的地下位移監測終端；所述杆塔位移監測終端設置在所述杆塔上，包括主控模塊，及與主控模塊分別電連接的地上杆塔位移傳感器、電源模塊及通訊模塊；所述地下位移監測終端設置在地下基巖上，包括控制模塊及與其電連接的位移傳感器。以上所述技術方案，通過利用位移傳感器分別監測杆塔及基巖的位移量，通過杆塔位移量和基巖位移量，可以計算出杆塔相對於基巖的位移量，該監測方案克服現有技術中僅僅對杆塔傾角進行監測的片面性，能夠更加全面，精確地對杆塔的位移量進行實時在線監測，實現了對杆塔狀態的真實狀態信息的監測，有利於國家電網的進一步規劃和建設。
文檔編號G01B21/02GK102494650SQ201110385380
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者周道平, 胡忠偉 申請人:航天科工深圳(集團)有限公司