[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

摘要

本发明涉及一种山地环境500kV输电塔在线监测系统构建及分析方法。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，其特征表现为塔基位移及塔体振动。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。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。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。

主权项

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； 所述杆塔监测装置包括设置在输电塔的杆塔上的振动传感器、风速传感器、风向传感器和温度传感器，通过在线监测输电塔的杆塔，获得杆塔振动加速度‑时间序列、风速‑时间序列、风向‑时间序列和温度‑时间序列； 所述数据传输装置将上述时间序列传递给预警装置； 所述预警装置接收到塔基位移‑时间序列后，根据以下步骤，作塔基稳定性分析： 1)通过地勘的方法，获得输电塔的塔基下方岩土的弹性模量E、泊松比ν、粘聚力c、内摩擦角φ、剪胀角ψ和初始应力状态； 2)建立输电塔的塔基下方岩土的三维颗粒流数值模型，进行三轴压缩试验，得到轴向应力‑应变曲线及抗剪强度包络线图，确定颗粒的细观力学参数：颗粒法向及切向接触刚度k_n、颗粒摩擦系数f、颗粒法向粘结强度p_bn和颗粒切向粘结强度p_bt； 根据初始应力状态，采用屈服接近度判别法确定塔基下方岩土的第一次强度折减的区域Ω₁，对该区域的参数f,p_bn,p_bt分别按折减系数进行折减，通过数值计算获得第一次强度折减后的塔基位移－时间序列及塔基应力状态；基于第一次折减后的塔基应力状态，采用屈服接近度判别法确定第二次折减后的区域Ω₂，以更大的数值更新折减系数对该区域的参数f,p_bn,p_bt分别按更新后的折减系数进行第二次强度折减；通过数值计算获得第二次强度折减后的塔基位移－时间序列及塔基应力状态；参照本步骤的上述方法，直到确定第n次折减后的区域Ω_n为止；此时，对该区域的参数f,p_bn,p_bt分别按更新后的折减系数进行第n次强度折减；通过数值计算获得第n次强度折减后的塔基位移－时间序列及塔基应力状态；此时，颗粒最大累积位移大于临界位移(d_u,max≥d_crit)或颗粒的平均不平衡力N_unbalance<0.1；3)塔基上任意一点的坐标为(x,y,z)，根据塔基位移‑时间序列，确定塔基t时刻及(x,y,z)位置的监测位移值d_t,(x,y,z)，不断调整强度折减系数使得塔基在t时刻及(x,y,z)位置的数值计算位移d′_t,(x,y,z)与监测位移d_t,(x,y,z)接近，满足|d′_t,(x,y,z)‑d_t,(x,y,z)|≤ε，ε为小值；4)确定满足|d′_t,(x,y,z)‑d_t,(x,y,z)|≤ε时对应的强度折减系数将作为塔基的稳定安全系数；当安全系数大于1则为塔基稳定，当安全系数小于1则发出塔基不稳定的信号。