桿塔傾斜在線監測系統在山西電網的應用

摘 要：隨著在線監測技術的日益成熟，桿塔傾斜監測裝置已經在山西電網開始大規模應用。為了能更好地反映桿塔的實際傾斜情況，實現在線監測系統的實用化，文章對山西的65套桿塔傾斜系統進行了初始值設置，使其數據測量準確度大幅提高，并成功地分析了山西某一桿塔的的傾斜情況。

關鍵詞：桿塔傾斜；在線監測；輸電線路

1 概述

隨著我國工業化日趨成熟和電力設備智能升級改造的不斷深化，電網運行逐步向智能化、節約化的經營模式轉變，輸變電設備的智能化運行監控管理就成為升級改造的重要環節。尤其是“狀態檢修”的提出，改變了以往電力設備定期檢修的運維方式，依靠設備的狀態評價結果作為檢修依據。輸變電在線監測系統的運行，不僅可以節約了大量人力巡視設備的成本，而且可以對電力設備實時監控，提供設備狀態評價依據，掌握故障發生的全部過程，對潛在故障進行預警分析。

山西省是全國聞名的煤炭之鄉，在大力開采礦產資源的背后，造成全省礦區內的采空面積逐步擴大，而采空區域內地面桿塔易形成傾斜甚至塌陷，這勢必造成電力環網重大安全事故的發生。由于輸電線路桿塔數量大、范圍廣，導致桿塔傾斜的因素多，僅靠輸電巡線人員的日常檢查很難及時和準確地發現桿塔的傾斜故障。此外，輸電線路桿塔傾斜多為隱性故障，常規目視巡線不易及時發現。因此，迅速確定桿塔傾斜或塌陷并預警就有著重大意義和必要性。

山西各地市公司應用桿塔傾斜在線監測系統對位于不良地質區（采空區、滑坡區、高鹽凍土區等）的高壓輸電線路桿塔的傾斜狀態進行監測；系統通過GSM/SIM方式對數據進行傳輸，后臺軟件綜合各種參數，對超標桿塔傾斜狀況及時進行多種方式預報警，指導線路檢修和維護工作。目前山西狀態監測系統中共有65套桿塔傾斜監測裝置，其分布在全省各個重要輸電線路上，實現了以上線路的實時監測，為線路運維人員提供了大量檢修依據。

2 桿塔傾斜監測原理及運用

2.1 系統原理

系統主要部分由前端采集設備和后臺設備（接收基站和計算機）構成。主要工作原理：前端采集設備里的傳感器將采集的數據經單片機CPU處理，篩選后的數據整理打包下發給通信模塊，通信模塊將數據傳回后臺的接收基站；基站將數據輸入計算機，通過軟件分析，繪制出曲線圖，得出判斷。如果發現異常情況，可及時進行多種方式預報警。

目前桿塔傾斜監測裝置依據其傾角傳感器可以測得順線路方向的傾斜角？茲x和橫線路方向的傾斜角？茲y。其中，X軸向設定：人面向桿塔大號側順線方向定位X軸正方向；Y軸向設定：人面向桿塔大號側橫向右方向作為Y軸正方向。

順線傾斜度Gx為桿塔沿線路方向的傾斜值與監測點地面高度之比。橫向傾斜度Gy為桿塔在垂直于線路方向的傾斜值與監測點地面高度之比。它們與傾斜角之間的關系如式（1）、（2）：

Gx=tan？茲x （1）

Gy=tan？茲y （2）

綜合傾斜度G為桿塔偏離中心線的傾斜值與監測點地面高度之比。

G= （3）

根據《DLT 741-2010架空輸電線路運行規程》中的相關規定，50m及以下桿塔綜合傾斜度不應大于1%，即10mm/m，50m及以上桿塔綜合傾斜度不應大于0.5%，即5mm/m。

2.2 實際應用中存在的問題及分析

經過大量安裝試驗，傾角傳感器安裝時很難與桿塔保持水平，因此傳感器測得數據并不準確。圖2是某在線監測廠家設計的傳感器與桿塔連接使用的鐵片，從圖中看出傳感器與桿塔分別通過螺絲與該連接片的兩端相連，實現傳感器對桿塔傾斜的實時監測。傳感器和桿塔與連接片通常不能保證絕對平行，例如不同點的螺絲受力不一樣，微小的偏差都會引起傳感器的巨大誤差。表1是山西公司高仿1線安裝時，6套桿塔傾斜裝置監測的數據。從數據上分析，其數值都超過國家相關標準，不具有實際參考意義。

文章對涉及山西的65套桿塔傾斜裝置進行了跟蹤分析，發現桿塔傾斜監測裝置在未進行數據處理情況下，數值偏差大，造成大量裝置停止使用，浪費財力。

2.3 改進后的桿塔傾斜監測效果

目前，桿塔傾斜監測技術尚未成熟，從長期分析來看，桿塔傾斜監測裝置數據變化值相對穩定，其傳感器監測值能夠達到準確、持續地反映當前桿塔的實際狀態，而非實際桿塔傾斜值。為了實現桿塔傾斜監測裝置的實用化，文章選取了山西10套桿塔傾斜裝置作為試點，對其進行數值處理，從而達到有效應用。

由于在安裝時，傾角傳感器無法與桿塔橫擔保持平衡，所以，安裝后的初始值（假設這個初始值為A）不是桿塔實際的傾斜值，固然以后每次測得的值（設這個值為C）都不準確。同時文章安排當地供電公司實際測了安裝桿塔傾斜裝置當時的桿塔傾斜值（設這個值為B）。為了準確反映桿塔實際傾斜值，真正發揮在線監測的作用，將C-A+B作為最終數值傳給狀態監測系統（C-A是桿塔傾斜監測儀測得的桿塔傾斜變化量，B是實際測量值，B+C-A作為桿塔傾斜檢測儀測量桿塔實時數值）。

從表2看出，修改過初值的桿塔傾斜監測值真實度大大提高。圖3為高仿1線30#塔監測畫面，其監測值為9.6mm/m，接近報警值10mm/m，應引起當地運維人員的注意。實際情況也是如此，該桿塔計劃在今年大修中進行扶正處理。

2.4 在線監測裝置的入網考核

為了全面把關輸電線路在線監測裝置的質量，國網公司要求開展對新接入在線監測系統的裝置進行為期6個月的入網考核。目前輸電線路在線監測存在的問題主要分為三個方面：（1）電池問題，輸電線路在線監測裝置大都處于野外，不像變電在線監測裝置一樣可以直接獲取穩定電源，其電源供電可靠性難以保持；（2）通信問題，野外GPRS/SIM的信號好壞直接影響數據傳輸；（3）數據準確問題，其取決于傳感器的精度、模型的精確和安裝的工藝。

對于電池和通信問題，在考核期間都可以反映在數據丟失率這一指標上。數據丟失率是指一段時間內該監測裝置依據采集周期采集數據缺失的次數占總次數的百分比，如式（4）。

數據丟失率=×100%（4）

其中裝置數據正常是指在主站系統中可根據采樣周期完整統計出有效數據，而未按采樣周期采集的視為數據缺失。

為了能實現桿塔傾斜監測裝置準確性入網考核，有地市公司采取如下考核指標，數據誤差率是指一段時間內某一監測裝置所采集數據的偏差值與實際值的相對偏差來衡量。

數據誤差率=×100%（5）

但是采用數據誤差率來衡量桿塔傾斜在線監測裝置的準確性并不現實。目前，國內桿塔傾斜在線監測裝置采用的傾角傳感器，其精度為0.05度，折合傾斜度為0.9mm/m。例如，對于山西公司長南1線139#塔裝設的桿塔傾斜在線監測裝置而言，其在線監測值為1.2mm/m，現場采用全站儀實測桿塔傾斜值為0.2mm/m，其數據誤差率為500%，沒有實際參考意義。文章認為桿塔傾斜在線監測裝置目前尚未達到數值比較的水準，而我們也并非關心實際監測值，重點在于裝置是否報警，即桿塔傾斜在線監測裝置能否準確、持續地反映桿塔當前的運行狀態。在長南1線139#塔的例子中，1.2mm/m的監測值遠遠小于報警值，而且與實際值存在1mm/m偏差，但它可以反映出139#塔的實際傾斜情況。

3 結束語

在當地運維公司和桿塔傾斜監測裝置生產廠家的配合下，山西狀態監測系統中的桿塔傾斜大部分進行了初值設定。設定后的數據準確度大大提高，實現了在線監測系統的實用性。

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