黄土高原易滑坡区域电力铁塔稳定状态实时监控系统

马旭明 张晓刚 贾俊芬 关旭东(国网甘肃省电力公司临夏供电公司,甘肃临夏 731100)



黄土高原易滑坡区域电力铁塔稳定状态实时监控系统

马旭明 张晓刚 贾俊芬 关旭东
(国网甘肃省电力公司临夏供电公司,甘肃临夏 731100)

【摘 要】电力铁塔的稳定性关系着电力传输的正常运行。黄土高原地区地广人稀、地质条件复杂,由于特殊的地形地貌及水文条件决定了黄土高原地区存在大量的易滑坡区域。在这些地区同样存在着大量的电力铁塔用以保障正常的电力传输,但是由于滑坡等原因,经常出现因为电力铁塔歪斜、倾覆而影响电力传输的问题。本文设计了一种能够安装在电力铁塔上的稳定状态实时监控系统,这种监控系统集电力铁塔稳定状态监控、异常数据的处理及发送、报警功能于一体,为黄土高原易滑坡区域电力铁塔稳定状态监控提供帮助。

【关键词】易滑坡区域 电力铁塔 稳定状态 实时监控

国家电网公司科技项目资助(合同号:SGGSLX00FCJS1500136)。

黄土高原位于中国西北部，总面积达到62万平方公里，气候干旱，降雨集中。黄土高原地区黄土颗粒细，土质松软，利于耕种。但同时又由于缺乏植被保护，加上降雨集中于夏季且多为暴雨，导致地表被破坏的支离破碎[1]。同时黄河流域存在着为数众多的水电站，较大的如刘家峡水电站、龙羊峡水电站等[2]。而由于这些水电站所处地区人烟稀少，工业发展水平较低[3]，所以存在着较大的水电外输压力。黄土高原平坦地形不足整个黄土高原总面积的10%，且多为城市或者耕地，大量的电力铁塔架设在坡度10到45度的易滑坡区域。在这种情况下，铁塔的地基稳定就变得很难保证。现有条件下，对铁塔的稳定状态观测一般是由巡线员完成[4]，而黄土高原地区由于地质地形及经济发展条件的制约，巡线人员巡查频率较低，而且很多小的不稳定隐患如小范围的地基塌陷，地表偏移又很难被巡线人员发现，所以经常发生电力铁塔事故。这些事故导致的直接结果就是电力传输的中断，一方面使得电力外输变得不稳定，另一方面又对当地居民生产生活用电产生了重大影响。

本文设计了一种适用于黄土高原易滑坡区域的电力铁塔稳定状态实时监控系统，该系统包含两铁塔间小相对位移实时监控模块、异常数据处理模块、异常数据传输模块和报警及复位模块。该系统能够24小时不间断的对铁塔稳定状态进行监控，一旦发生铁塔不稳定的情况，就能及时发出警报，同时通知相关工作人员经行后续处理。

1 系统简要介绍

本文中所介绍的黄土高原易滑坡区域电力铁塔稳定状态实时监控系统工作原理框图如图1所示。

首先在两电力铁塔上分别安装激光发射装置和接收装置，由于激光具有极好的单向性能，因此两铁塔一旦发生相对位移，那么发送装置和接收装置就将不能一一对应，一旦接收装置不能正常接收发送装置所发送的激光信号，则异常数据处理模块开始进行检测，主要是检测发送装置和接收装置是否正常工作。如果两者均正常，就认为是两铁塔发生了相对位移，随即开始检测两铁塔的邻近铁塔是否正常工作，如果临近铁塔也发生故障，则居中的铁塔即为不稳定状态铁塔。随即该铁塔上的报警及复位模块开始工作，报警系统通过声音和灯光的方式在铁塔上发出警报，方便工作人员尽快定位。同时异常数据传输模块通过无线发送系统向相关工作人员移动终端和管理机构发送报警信号，及时通知相关工作人员进行后续处理，以免发生更大的问题。

2 系统各模块介绍

2.1 两铁塔间小相对位移实时监控模块

本文所设计的两铁塔间小相对位移实时监控系统的核心就是两铁塔间小相对位移实时监控系统。本文选择激光作为检测介质。其发送和接收装置的排布如图2所示。

发送装置和接收装置的形状相似，分别由三个激光发射器和三个激光接收器构成。每一个激光发射器对应一个激光接收器。两个三角形装置虽然相似但大小不同，这是为了保证两铁塔之间即使出现间距变小或者变大时而不发生上下或者倾斜位移时，也能通过焦点的原理达到检测的目的。所有铁塔需安装一个发送装置和一个接收装置，这是为了能够在发生相对位移时确定真正不稳定的电力铁塔。激光发射器按照一定频率发送激光信号，由于激光具有极好的单向性[6]，所以在接收装置中只要有一个激光接收器不能按照特定频率接收到激光信号，即说明两铁塔发生相对位移或者激光发射器和激光接收器发生故障，导致错误发生。

2.2 异常数据处理模块

当铁塔间小相对位移实时监控模块不能正常发送或者接受激光信号时，即认为有异常情况发生，此时系统需要甄别错误的具体来源，甄别错误具体来源的就是异常数据处理模块。首先模块开启激光发射器和激光接收器自检装置，检测发射器和接收器是否正常工作，如果没有正常工作，则开启系统复位装置进行系统复位重启。若重启失败，则调用异常数据传输模块进行数据传输。如果自检通过，即认为两铁塔间出现了相对位移，模块开始调用异常数据传输

模块进行数据传输，同时启用报警机制。

2.3 异常数据传输模块

如果异常数据处理模块认定整个系统出现故障不能正常工作，则调用异常数据传输模块进行无线通信，将相关信息传送给系统检修人员进行处理。若异常数据处理模块认定两铁塔间出现相对位移，也需要调用异常数据传输模块将相关信息传送给铁塔检修人员，保证相关人员尽快到达现场进行处理。其中的短信收发模块可选用能在恶劣环境下工作的DTP_S09等工业级短信模块。

2.4 报警及复位模块

报警及复位模块是当相对位移实时监控模块不能正常工作时，由异常数据处理模块调用工作的，如果发现系统不能正常工作，则需调用其中的复位功能使整个系统复位或者重启。如果发现两铁塔间发生相对位移，则需要调用其中的报警模块，用声音和灯光的形式发出报警，一方面阻止非专业人员靠近以免发生危险，另一方面可使得工作人员快速定位不稳定铁塔，尽快到达现场。

3 结语

本文设计了一种黄土高原易滑坡区域电力铁塔稳定状态实时监控系统，详细介绍了其各模块的组成及应用方式，为黄土高原易滑坡区域的电力铁塔稳定状态实时监控提供了一条崭新的思路，也为国家电网的智能化发展提供了理论依据。

参考文献:

[1]鹿化煜,安芷生.黄土高原黄土粒度组成的古气候意义[J].中国科学,1998(3):278-283.

[2]黄永健,毛继新,黄金池.刘家峡水电站运行水位与坝前及洮河淤积的研究[J].水利水电技术,1997(6):2-7.

[3]刘艳华,徐勇,刘毅.基于ESDA方法的黄土高原地区经济发展格局及其演化特征分析[J].地理科学进展,2011,30(5):627-634.

[4]杜伟,罗正帮,杨雪峰 等.高压输电铁塔结构强度和稳定性分析与加固[J].合肥工业大学学报:自然科学版,2015(1):69-74.

[5]蒋定生.黄土高原水土流失与治理模式[M].中国水利水电出版社, 1997.

[6]张海峰,孟文东,吴志波,等.单向激光测距及其测量试验[J].中国激光,2013,40(3):197-203.

图1 系统工作原理框图

图2 监控模块发送装置、接收装置结构图