输电杆塔的倾斜沉降监控系统设计

郭继辉

(吉林省电力有限公司检修公司松原分部,吉林 松原 138000)

输电杆塔的倾斜沉降监控系统设计

郭继辉

(吉林省电力有限公司检修公司松原分部,吉林 松原 138000)

为了解决输电杆塔倒塌等事故带来的不必要损失,提出了输电杆塔倾斜沉降在线监测系统。该系统由传感器采集节点、3G网络接收基站节点、以及监控中心节点组成。它利用处理器控制传感器采集杆塔的倾斜、沉降数据,经过一定的处理后,通过3G网络传到基站,最后再传输到远处监控中心平台，从而保证输电杆塔安全、稳定运行。

输电杆塔;杆塔倾斜;杆塔沉降;3G网络;监控中心

近年来,随着环境恶化、能源危机、社会经济发展等诸多方面对电力的需求日益增加,从而使电网稳定运行的问题不断突出[1-2]。输电杆塔是电网运行的重要组成部分,它们运行性能的优劣,直接影响电网的安全、稳定运行。然而大多输电杆塔建在自然条件比较恶劣,交通不便利,信息不通畅的野外,这为输电杆塔的倾斜沉降状态的监测带来了不便。目前，大多输电监控采用人工巡检的方式,不仅造成了大量人力的浪费,而且不能保证对杆塔的实时监测。因此,提出设计输电杆塔倾斜沉降监控系统,实现输电杆塔倾斜沉降信息智能采集和传输,从而保证了整个电网的正常运行。

1 系统设计

1.1 总体方案设计

输电杆塔倾斜沉降系统由倾斜沉降数据采集节点、3G网络的接收基站、监控中心节点等三部分组成[3-4],终端采集节点通过处理器控制倾斜传感器、沉降传感器等采集输电杆塔的倾斜沉降信息,进行一定的处理之后进行存储、显示并通过3G网络传输到远处的监控中心的数据库[5]。该系统的总体设计结构框图和采集节点的框图分别如图1、图2所示。

图1 系统总体框图

图2 采集节点系统框图

2 部分硬件电路图

2.1 倾斜传感器电路设计

倾斜传感器采用的是芬兰VTI Technologies公司生产的一款SCA100T倾斜传感器[6],它是通过测量重力加速度来对倾斜角度进行计算的。SCA100T的供电电源:4.75～5.25 V；工作温度:-40～80 ℃;测量量程:30°;测量精度:千分之一度。为了保证SCA100T稳定的工作,选取5 V直流电源供电。处理器芯片的P2-0、P2-1、P2-2引脚分别和倾斜传感器SCA100T的SCK、MISO和MOSI引脚相连接,实现相互之间的通讯,把采集到的倾斜角度数据通过存储转发。采集节点的原理如图3所示。

图3 采集节点的原理图

2.2 沉降数据采集节点

沉降采集节点主要是对输电杆塔的沉降数据进行采集,为了提高监测精度,需要在杆塔底部安放多个沉降传感器来完成沉降数据的采集。沉降传感器选用北京路宝科技生产的WSN18B20型沉降观测系统。工作温度为-45～80 ℃,误差范围±0.5 mm,测量范围0～800 mm,输出特性为RS-485[7-8],电源+12 VDC。WSN18B20型沉降观测系统输出端为RS485接口,因此需设计一个485电路接口,如图4所示。

2.3 电源模块

WSN18B20型沉降观测系统的供电电源为12 V直流电源,可通过S-150-12开关电源将220 V交流电源转换为12 V直流电源为其供电。SCA100T传感器模块和处理器模块采用5 V电压供电,系统可通过变压芯片,将12 V转换为5 V,为其提供稳定的电源,电路如图5所示。

图5 电压转换电路原理图

2.4 供电方式选择

由于采集传输是间接进行的,当不进行采集时,处理器进入休眠状态,因此可以减少对电能的消耗。然而,目前采集节点的供电方式主要有太阳能供电、振动自供能、电磁波供电等,所以从能量来源、适用范围、成本及优缺点等多方面对各种能量采集技术进行分析比较,提出了系统使用成本低、性价比高的能量采集方案的具体原则。对于采集节点和3G网络传输节点的供电,由于采集和传输利用太阳能供电，因此无需布线和提供电池,减少了因经常更换电池组带来的不便。当节点需要电能时,能量从能量存储与管理模块中取出,供给需要供电的各个元器件,如模数转换器芯片、处理器芯片、存储器芯片以及射频收发器等,保证了它们能够正常工作,实现了对设备长期有效的供电。

3 软件平台设计

3.1 系统软件流程图设计

设计中,通过SCA100T倾斜传感器和WSN18B20沉降传感器进行倾斜沉降信息采集,系统复位后,利用处理器对其进行操作,首先进行初始化并启动传感器,之后等待传感器采集数据信息,最后完成测量后将进行数据类型转换和存储,将传感器的输出数据转换为浮点型。数据信息采集节点的流程如图6所示。

图6 采集节点传感器流程图

3.2 监控中心模块

本系统基于Visual Studio开发平台,C#作为编程语言,联合部分Matlab编程。其中输电杆塔故障预测等主要部分的核心算法设计均为自主研发。

输电杆塔的倾斜沉降监控系统平台由数据监测模块、故障诊断模块、故障预测模块三部分组成,它通过传感器等采集杆塔的倾斜沉降参数,存储在数据库系统中,并在PC机显示和打印数据曲线,也可以从数据库中调用历史数据,进行显示和打印曲线。在故障预测模块中,系统能够根据已采集的数据对设备的发展趋势进行预测,预测故障的发生。在故障诊断模块中,能够实时监测杆塔是否正常运行,当发生故障时,故障指示灯会变红,并能发送短信,否则故障指示灯为绿色。其监控中心软件结构如图7所示。

图7 监控中心软件系统结构图

3.3 倾斜沉降数据监测模块

倾斜沉降数据监测功能区包括杆塔倾斜、沉降两个信息监测数据。手动选择杆塔组号以及送检时间,查询历史数据,并根据历史数据打印曲线,直观了解杆塔的走势;根据已有的数据对杆塔的故障的发生发展趋势进行预测,预测杆塔的运行状态,同时将预测值和预测的状态存储到数据库中,界面如图8所示。

图8 监控界面

4 结 语

随着嵌入式和无线技术的不断发展,无线技术既可以减少布线的复杂度以及线路老化带来的不便,又可以减轻工作人员的工作强度,成为人们工作、生活的得力助手。因此,本文结合实际状况,设计了输电杆塔倾斜沉降监控系统,以防止输电杆塔倒塌等事故的发生。

[1] 陈祥和,田启华.输电杆塔设计[M].中国三峡出版社,2000. CHEN Xianghe, Tianqihua. Design of transmission tower [M]. China Three Gorges Publishing House, 2000.

[2] 王芳.电网的未来——智能电网[J].内蒙古科技与经济,2010(23):75-77. WANG Fang. The future of power grid — intelligent netwo-rk [J]. Inner Mongolia Science Technology and Economy, 2010(23):75-77.

[3] 袁力翔.输电线路综合在线监测终端——基于 ARM 的数据采集和传输系统的设计与实现[M].上海交通大学,2009. YUAN Lixiang. Integrated online monitoring terminal of transmission line——The design and realization of data acquisition and transmission platform based on ARM [M]. Shanghai Jiaotong University, 2009.

[4] 彭兰地,米明.基于3G 技术的远程医疗监护系统设计[J].计算机与现代化,2013,209(1):88-91. PENG Landi, MI Ming. Design of remote medical monitoring system based on 3G technology [J]. Computer and Modernization, 2013,209(1):88-91.

[5] ETSI,Use of Data Terminal Equipment-Data Circuit terminating;Equipment(DTE-DCE) interface for Short Message Service(SMS)and Cell Broadcast Service(CBS)Stage 2(GSM 07.05 version 5.5.0 Release 1997).

[6] 李静,张萌.高精度倾角传感器SCA100T在测斜仪中的应用[J].仪器仪表用户,2008,15(1):55-56. LI Jing, ZHANG Meng. The application of high accuracy inclination angle sensor SCA100T in omni-directional inclinometer [J]. Instrument and sers, 2008,15(1):55-56.

[7] 杨巍巍.输电线路状态在线监测系统终端[M].上海交通大学,2007. YANG Weiwei. Transmission line state online monitoring syst-em terminal [M]. Shanghai Jiaotong University, 2007.

[8] 黄新波，李国倡，赵隆，等.输电线路在线监测与故障诊断[M].北京：中国电力出版社,2008. HUANG Xinbo, LI Guochang，ZHAO Long，et al. Transmission line online monitoring and fault diagnosis [M]. Beijing:China Electric Power Press, 2008.

(责任编辑 郭金光)

Design of monitoring system for transmission tower tilt and settlement

GUO Jihui

(Power Maintenance Company of Jilin Electric Power Company Limited, Songyuan 138000, China)

In order to solve the unnecessary loss brought by the collapse of transmission towers, this paper proposed the monitoring system for transmission tower tilt and settlement. It is a system that consists of sensor acquisition nodes, network base station nodes of 3G network, and monitoring center nodes. By the processors which control sensors, tower tilt and settlement data were acquired and transmitted to base stations by 3G network after a certain treatment, and finally send to monitoring center database, which guarantees the secure and stabile running of transmission tower.

transmission tower;tower tilt; tower settlement; 3G network; monitoring system

2015-05-16。

郭继辉(1972—),男,工程师,主要从事变电运维工作。

TM753

B

2095-6843(2015)06-0540-03