黃土高原易滑坡區域電力鐵塔穩定狀態實時監控系統

馬旭明 張曉剛 賈俊芬 關旭東(國網甘肅省電力公司臨夏供電公司,甘肅臨夏 731100)

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黃土高原易滑坡區域電力鐵塔穩定狀態實時監控系統

馬旭明 張曉剛 賈俊芬 關旭東
(國網甘肅省電力公司臨夏供電公司,甘肅臨夏 731100)

【摘 要】電力鐵塔的穩定性關系著電力傳輸的正常運行。黃土高原地區地廣人稀、地質條件復雜,由于特殊的地形地貌及水文條件決定了黃土高原地區存在大量的易滑坡區域。在這些地區同樣存在著大量的電力鐵塔用以保障正常的電力傳輸,但是由于滑坡等原因,經常出現因為電力鐵塔歪斜、傾覆而影響電力傳輸的問題。本文設計了一種能夠安裝在電力鐵塔上的穩定狀態實時監控系統,這種監控系統集電力鐵塔穩定狀態監控、異常數據的處理及發送、報警功能于一體,為黃土高原易滑坡區域電力鐵塔穩定狀態監控提供幫助。

【關鍵詞】易滑坡區域 電力鐵塔 穩定狀態 實時監控

國家電網公司科技項目資助(合同號:SGGSLX00FCJS1500136)。

黃土高原位于中國西北部，總面積達到62萬平方公里，氣候干旱，降雨集中。黃土高原地區黃土顆粒細，土質松軟，利于耕種。但同時又由于缺乏植被保護，加上降雨集中于夏季且多為暴雨，導致地表被破壞的支離破碎[1]。同時黃河流域存在著為數眾多的水電站，較大的如劉家峽水電站、龍羊峽水電站等[2]。而由于這些水電站所處地區人煙稀少，工業發展水平較低[3]，所以存在著較大的水電外輸壓力。黃土高原平坦地形不足整個黃土高原總面積的10%，且多為城市或者耕地，大量的電力鐵塔架設在坡度10到45度的易滑坡區域。在這種情況下，鐵塔的地基穩定就變得很難保證。現有條件下，對鐵塔的穩定狀態觀測一般是由巡線員完成[4]，而黃土高原地區由于地質地形及經濟發展條件的制約，巡線人員巡查頻率較低，而且很多小的不穩定隱患如小范圍的地基塌陷，地表偏移又很難被巡線人員發現，所以經常發生電力鐵塔事故。這些事故導致的直接結果就是電力傳輸的中斷，一方面使得電力外輸變得不穩定，另一方面又對當地居民生產生活用電產生了重大影響。

本文設計了一種適用于黃土高原易滑坡區域的電力鐵塔穩定狀態實時監控系統，該系統包含兩鐵塔間小相對位移實時監控模塊、異常數據處理模塊、異常數據傳輸模塊和報警及復位模塊。該系統能夠24小時不間斷的對鐵塔穩定狀態進行監控，一旦發生鐵塔不穩定的情況，就能及時發出警報，同時通知相關工作人員經行后續處理。

1 系統簡要介紹

本文中所介紹的黃土高原易滑坡區域電力鐵塔穩定狀態實時監控系統工作原理框圖如圖1所示。

首先在兩電力鐵塔上分別安裝激光發射裝置和接收裝置，由于激光具有極好的單向性能，因此兩鐵塔一旦發生相對位移，那么發送裝置和接收裝置就將不能一一對應，一旦接收裝置不能正常接收發送裝置所發送的激光信號，則異常數據處理模塊開始進行檢測，主要是檢測發送裝置和接收裝置是否正常工作。如果兩者均正常，就認為是兩鐵塔發生了相對位移，隨即開始檢測兩鐵塔的鄰近鐵塔是否正常工作，如果臨近鐵塔也發生故障，則居中的鐵塔即為不穩定狀態鐵塔。隨即該鐵塔上的報警及復位模塊開始工作，報警系統通過聲音和燈光的方式在鐵塔上發出警報，方便工作人員盡快定位。同時異常數據傳輸模塊通過無線發送系統向相關工作人員移動終端和管理機構發送報警信號，及時通知相關工作人員進行后續處理，以免發生更大的問題。

2 系統各模塊介紹

2.1 兩鐵塔間小相對位移實時監控模塊

本文所設計的兩鐵塔間小相對位移實時監控系統的核心就是兩鐵塔間小相對位移實時監控系統。本文選擇激光作為檢測介質。其發送和接收裝置的排布如圖2所示。

發送裝置和接收裝置的形狀相似，分別由三個激光發射器和三個激光接收器構成。每一個激光發射器對應一個激光接收器。兩個三角形裝置雖然相似但大小不同，這是為了保證兩鐵塔之間即使出現間距變小或者變大時而不發生上下或者傾斜位移時，也能通過焦點的原理達到檢測的目的。所有鐵塔需安裝一個發送裝置和一個接收裝置，這是為了能夠在發生相對位移時確定真正不穩定的電力鐵塔。激光發射器按照一定頻率發送激光信號，由于激光具有極好的單向性[6]，所以在接收裝置中只要有一個激光接收器不能按照特定頻率接收到激光信號，即說明兩鐵塔發生相對位移或者激光發射器和激光接收器發生故障，導致錯誤發生。

2.2 異常數據處理模塊

當鐵塔間小相對位移實時監控模塊不能正常發送或者接受激光信號時，即認為有異常情況發生，此時系統需要甄別錯誤的具體來源，甄別錯誤具體來源的就是異常數據處理模塊。首先模塊開啟激光發射器和激光接收器自檢裝置，檢測發射器和接收器是否正常工作，如果沒有正常工作，則開啟系統復位裝置進行系統復位重啟。若重啟失敗，則調用異常數據傳輸模塊進行數據傳輸。如果自檢通過，即認為兩鐵塔間出現了相對位移，模塊開始調用異常數據傳輸

模塊進行數據傳輸，同時啟用報警機制。

2.3 異常數據傳輸模塊

如果異常數據處理模塊認定整個系統出現故障不能正常工作，則調用異常數據傳輸模塊進行無線通信，將相關信息傳送給系統檢修人員進行處理。若異常數據處理模塊認定兩鐵塔間出現相對位移，也需要調用異常數據傳輸模塊將相關信息傳送給鐵塔檢修人員，保證相關人員盡快到達現場進行處理。其中的短信收發模塊可選用能在惡劣環境下工作的DTP_S09等工業級短信模塊。

2.4 報警及復位模塊

報警及復位模塊是當相對位移實時監控模塊不能正常工作時，由異常數據處理模塊調用工作的，如果發現系統不能正常工作，則需調用其中的復位功能使整個系統復位或者重啟。如果發現兩鐵塔間發生相對位移，則需要調用其中的報警模塊，用聲音和燈光的形式發出報警，一方面阻止非專業人員靠近以免發生危險，另一方面可使得工作人員快速定位不穩定鐵塔，盡快到達現場。

3 結語

本文設計了一種黃土高原易滑坡區域電力鐵塔穩定狀態實時監控系統，詳細介紹了其各模塊的組成及應用方式，為黃土高原易滑坡區域的電力鐵塔穩定狀態實時監控提供了一條嶄新的思路，也為國家電網的智能化發展提供了理論依據。

參考文獻:

[1]鹿化煜,安芷生.黃土高原黃土粒度組成的古氣候意義[J].中國科學,1998(3):278-283.

[2]黃永健,毛繼新,黃金池.劉家峽水電站運行水位與壩前及洮河淤積的研究[J].水利水電技術,1997(6):2-7.

[3]劉艷華,徐勇,劉毅.基于ESDA方法的黃土高原地區經濟發展格局及其演化特征分析[J].地理科學進展,2011,30(5):627-634.

[4]杜偉,羅正幫,楊雪峰 等.高壓輸電鐵塔結構強度和穩定性分析與加固[J].合肥工業大學學報:自然科學版,2015(1):69-74.

[5]蔣定生.黃土高原水土流失與治理模式[M].中國水利水電出版社, 1997.

[6]張海峰,孟文東,吳志波,等.單向激光測距及其測量試驗[J].中國激光,2013,40(3):197-203.

圖1 系統工作原理框圖

圖2 監控模塊發送裝置、接收裝置結構圖