基于無線傳感器網絡的軟土基變電所沉降監測及風險評價系統

摘 要：浙江沿海地區的地址結構基本以軟土為主，由于軟土為地面新沉積的土壤，具有含水率高、孔隙比大、壓縮性高、靈敏度高和低承壓力等特點，因此從工程性方面比較差。帶來的是軟弱地基的工程通病—基礎沉降問題日益突出，給變電站的安全運行帶來影響。因此，變電所土壤沉降的預測和對沉降風險的評估也對軟土地區變電所以及電網的安全具有重大工程意義。

關鍵詞：傳感器 變電站 沉降

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-01

1 國內外研究現狀

（1）打樁監測法、水平板面沉降法：這幾種方法均具有實施成本低，操作簡便，測試簡單的優點。打樁監測法是通過將木樁配合鋼釬同時鍥入地面中，然后測試人員利用水準儀持平衡量地面表面的沉降量，但本方法的缺點在于一個監測點樁只能用來觀察選定監測土基上定點的沉降，只能測定觀察地表面的沉降值，但是無法觀察到土基內部的沉降情況。

（2）水壓式剖面沉降測量法：目前應用較為成熟的方法是水壓式剖面沉降測量儀的使用，本方法的原理是將沉降管埋設在需觀測的路基中，在沉降管內安裝有位移探測器，位移探測器只能通過控制電纜和測量儀器相連接，探測器檢測到路基位移變化后轉換成電信號輸送到測量儀器，測量儀器轉換回顯示出觀測路基的位移數據。沉降管的材料一般為PVC管，探測器主要由小探頭、注水塑管、注水構架組成，探頭內的傳感部件是靜水壓力傳感器。本方法的缺點在于造價稍高并且測量結果精度不高，存在一定的

誤差。

（3）光纖光柵傳感器沉降監測：根據電力設備及構架分布位置，安裝光纖光柵傳感器，鋪設長距離光纖把所有光纖光柵傳感器連接組網，使用多通道光纖光柵調制儀定時發射激光，并分析激光波長變化，得到沉降的初始數據，通過遠程數據采集系統上傳至控制室，最后利用數據分析庫和故障報警軟件，結合基礎數據，得到最終沉降數據和故障報警信息。

2 項目理論和實踐依據

監測變電所沉降是一個長期的過程，需要大量的數據作為支撐，如果僅僅依靠人工使用測量儀器采集數據，不僅耗時耗力，而且精確度也不高。本系統根據監測的原則和目的，結合當前研究土壤沉降監測方法的弊端，設計了基于無線傳感器網絡的軟土基變電所沉降監測及風險評價系統，其主要功能有以下幾點。

（1）采集原始數據。系統幾乎不需要人工來進行操作，能夠定時、自動獲取沉降原始位移數據，數據在系統控制下可立即傳回監測中心進行數據處理。數據采集方式不僅方便而且造價較為低廉，這是本監控系統的一大優點。

（2）處理原始數據。大量的沉降位移原始數據傳回監測中心后僅靠人工來處理和分析從實際上來說不可行。本監控系統的數據庫軟件可以根據設定的功能需要自動處理位移原始數據，并且在應用程序的幫助下自動繪制沉降曲線，使系統應用者能夠直觀的查看路基沉降狀況，同時功能監測軟件能夠對未來沉降進行預測并且評估沉降對一次設備、二次設備帶來的風險。

3 項目研究內容和實施方案

基于無線傳感器網絡的軟土基變電所沉降監測及風險評價系統的系統構架如圖1。

軟土基變電所沉降監測及風險評價系統包括傳感器子系統、數據采集子系統、數據分析處理子系統、沉降預測子系統、風險評價評定子系統，各個系統之間緊密結合、協調工作，成為一個有機的整體，各個子系統缺一不可。

（1）數據采集子系統：對重要監測點放置光纖傳感器監測節點，監測節點具有采集數據的能力；能對采集的數據進行簡單的處理；顯示監測信息的能力：能根據需要顯示監測目標的信息；能接收并實施遠程信息的能力。

（2）數據分析和處理子系統：光纖傳感器測量到的沉降實時狀態信號每隔4～8 h經過信號傳輸與采集系統送到監測中心，進行相應的處理和判斷，從而對變電所框架狀態進行評估。若監測到的關鍵健康參數超過設定的閾值，則發出預警信號。分析變電所不均勻沉降對框架的影響，地基不均勻沉降會引起上部框架的外加變形或約束變形，使上部結構傾斜。因此，有必要就不均勻沉降對框架結構受力變形影響作進一步的研究。數據分析和處理子系統亦可以直接訪問數據庫服務器，完成查詢歷史數據、制表、繪圖等工作。

（3）沉降預測子系統：基于實測數據利用組合預測法對變電所沉降單點或多點進行沉降預測。

（4）風險評估子系統：結合專家庫評估沉降對一、二次設備造成的危險性。

4 結語

該文完成基于無線傳感器的變電所沉降監測系統，提出了變電所沉降狀態信息采集和處理的主要內容和結構框架，對沉降進行預測并且實現預警.該系統能夠加強電網的運行可靠性，提高電網水平，同時為電網環境信息采集的智能化奠定基礎。

參考文獻

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