[发明专利]山地环境500kV输电塔在线监测系统构建及分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种山地环境500kV输电塔在线监测系统的构建及分析方法，尤其是对复杂山地环境中地质灾害频发的高压输电线路在线监测系统的构建及分析，基于在线监测信息提出输电塔安全性态的评价方法。

背景技术

“西电东输”、“北电南送”的电力发展战略是解决我国经济发展与能源需求的重要举措。在此背景下，高压输电发展为当前电力供应的主要模式，但线路走廊所经之处却具有自然条件及赋存环境复杂的特点，灾害频发，常常导致输电塔基倾斜、开裂、杆塔变形，基础沉陷、杆塔倾倒，严重威胁输电线路的安全运行，极易造成电网大面积停电风险。因此，地质灾害引发塔基山体滑坡时，塔基出现的地表沉降造成导地线的拉线位移变型，引起杆身、塔身受力弯曲或杆塔倾斜。铁塔倾斜后造成杆塔导地线的不平衡受力，引起绝缘子串和地线线夹迈步，电气安全距离不够等问题，严重时引起跳闸。因此，灾害频发的输电线路走廊环境为高压输电线路的安全运行提出了严峻的考验，其运行状态的及时评价与预警意义重大。如作为“西电东送”要道的500kV张恩双回线，跨越重庆及湖北两省，高压输电线路密集，全长150.646公里(大部分同杆并架)，线路走廊所经之处高山峻岭蜿蜒绵长，其中丘陵占17％，山地占45％，高山大岭占38％，且该地区属亚热带湿润季风气候区，强降雨极易诱发泥石流或滑坡等，一些塔基边坡出现了风化严重及碎石掉落的现象，基础沉降不均匀，杆塔受力不均衡引起杆塔材料的破损，严重影响了输电塔的安全运行。由此可见，地质灾害对输电线路运行状态的影响极大，然后塔基沉降不均匀变形的初期，巡线人员很难用肉眼观察到微小的变化，如何通过在线监测方案对山区高压输电塔的健康状态进行合理的监测预警，及时消除以上线路隐患，对复杂山地环境中的高压输电线路安全运行至关重要。

在输电线路杆塔的监测方面，国内外均有相关现有技术，如激光、远红外或者双轴倾斜角度传感器对杆塔倾斜角度进行测量，采用的是单一角度传感方法对铁塔倾斜做出判断。而且上述监测手段只能测出杆塔倾斜角度，地震或山体滑坡造成杆塔三维变形时并不能给出杆塔的水平或者竖直位移量。而地质环境发生改变的初期，塔基不均匀变位引起的杆塔变形并不能通过实时在线监测来获得，事实表明塔基的影响是明显存在的，则在线监测系统中考虑塔基实时监测是准确评价输电塔运行状态的重要手段，但当前的电力系统企业标准中未对此项监测做明确的规定。因此，开展山地环境中高压输电塔在线监测系统的构建及分析方法研究具有重要的理论意义及实践价值。

为了更清晰地了解山地环境中高压输电塔的实时变形特征，提高输电塔运行状态评价的准确性及输电线路安全的预测预警精度，有必要发明一种有效的方法从理论上确定塔基及塔体的实时变形发展趋势，又能从技术上解决输电塔的运行状态评价及预警问题。

发明内容

本发明的目的在于提供能简单、直接、经济和有效的山地环境中高压输电线路在线监测系统的构建及分析方法，该方法能分析不同山地环境中的500kV高压输电塔基由于地质灾害引起的变位对输电塔变形趋势的影响，实现输电塔的实时运行状态的评价，确保输电线路健康诊断及安全预警的准确性。

值得说明的是，本发明解决其技术问题需要采用以下的技术方案：

1)以存在地质隐患的500kV输电塔为研究核心，确定影响输电塔稳定性的主控因素为地质灾害及风荷载，其影响分别表现为塔基位移及塔体振动。

2)以影响杆塔稳定性的主控因素为标准，确定在线监测系统包括塔基监测装置、塔体监测装置、监测数据远程传输装置及预警装置，其中：塔基监测装置采集塔基位移时间序列，塔体监测装置采集风速、气温、风荷载作用的杆塔振动加速度，监测数据远程传输装置采用GPRS传输采集的所有信息，预警装置对采集数据存储、分析、预警及访问控制。

3)以塔基变形-时间序列为基础，建立基于局部折减法的塔基三维数值模型，确定塔基安全系数，评价塔基稳定性。

4)基于在线监测系统的实时监测数据，计算塔体与塔基的相对变形量，形成杆塔变形-时间序列数据库，建立灰色关联模型，预测杆塔变形发展趋势，评价杆塔的健康状态。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种山地环境500kV输电塔在线监测系统构建及分析方法，其特征在于：

包括由塔基监测装置、杆塔监测装置、数据传输装置和预警装置构成的在线监测系统。

所述塔基监测装置，在线监测输电塔的塔基相对于基准点的位移，得到塔基位移-时间序列。