[发明专利]基于自然风激励下的铁塔沉降在线监测系统及监测方法

说明书

本发明公开了基于自然风激励下的铁塔沉降在线监测系统，其结构包括光三轴加速度传感器、调理模块、A/D转换模块、微处理器、4G通讯单元和监控中心。本发明还公开了监测方法，具体步骤包括铁塔建模及模态分析、加速度信号的处理、铁塔加速度信号的模态分析、铁塔沉降诊断四个步骤。其采用的等。微处理器中含有高精度的卡尔曼滤波算法，用于获取精准的测量值。监控中心对测量回来的数据进行模态分析，得到铁塔实际阻尼比矩阵，并通过仿真得到铁塔理论的阻尼比矩阵。通过对比和分析实际和理论值，判断输电铁塔是否发生沉降，实现对输电铁塔沉降在线监测。

技术领域

本发明属于输电线路状态监测与诊断技术领域，具体涉及一种基于自然风激励下的铁塔沉降在线监测系统，本发明还涉及利用该监测系统进行的监测方法。

背景技术

在电力系统中，输电铁塔作为电力传输的重要环节，其安全运行是保证电能输送的重要因素。由于我国地势条件复杂，加上严酷的外界自然环境作用，电力输电线路铁塔经常发生位移，倾斜，开裂，沉落等现象，尤其是在沙漠等松软土质地区。近年来，由于一些自然现象(如雨雪、大风等)以及煤矿开采、工程施工、人为破坏等原因造成塔体沉降倾斜的情况时有发生。塔体沉降倾斜经常会造成输电线路和通信网络中断，严重的将引起倒塔事故。这些都将对输电网的安全运行的正常工作造成极大威胁，对人民生命财产造成损失。

由于输电铁塔大都分布在野外，若采用传统人员巡视的方法监测将耗费大量人力物力，而且实施可靠程度难以保证。对于无人坚守的铁塔，当发生铁塔沉降事故时，更是无法第一时间通知管理人员派遣维修人员在最短的时间内恢复，因此对于铁塔的实时监测显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自然风激励下的铁塔沉降在线监测系统，能够实现铁塔沉降在线监测，保证设备的正常工作和及时维护。

本发明所采用的技术方案是，基于自然风激励下的铁塔沉降在线监测系统，包括依次连接的前端监测装置、4G通信单元和监控中心，前端监测装置包括依次连接的三轴加速度传感器、调理模块、AD转换模块和微处理器，微处理器与4G通信单元连接。

本发明的另一目的是提供一种利用该基于自然风激励下的铁塔沉降在线监测系统进行监测的方法。

本发明的另一技术方案是，一种利用该基于自然风激励下的铁塔沉降在线监测系统进行监测的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，建立模型，求取待检测铁塔结构正常时的阻尼比矩阵

步骤2，利用三轴加速度传感器对铁塔加速度进行采集，并利用A/D转换器将数据转换为数字量，送给微处理器；

步骤3，微处理器根据实际采集信号情况，采用ITD法计算出不同风速、风向下铁塔的阻尼比，并将其求平均值，最终得到测量的阻尼比矩阵

步骤4，将步骤3中测量得到的阻尼比矩阵与步骤1中正常状态下得到的阻尼比矩阵进行比较，判断铁塔的状态。

本发明的特点还在于，

步骤1具体为：

步骤1.1，建立待检测铁塔的有限元模型，并进行铁塔模态分析，求得铁塔未发生沉降状态下的阻尼比矩阵

步骤1.2，考虑到输电铁塔有各种电压等级，各种形状，在建模时建立多种铁塔模型，以便于监测各种类型的铁塔；

步骤1.3，利用步骤1.2中采集的数据，采用有限元仿真的方法对铁塔进行模态分析，得到未有螺栓松动铁塔杆件的固有频率矩阵即状态正常时的铁塔杆件的固有频率矩阵

步骤3具体为，

步骤3.1、将加速度信号进行数字滤波、放大处理，滤出100HZ以下的干扰信号；