摘要：结合当前电力设施监控的实际背景，从实用性出发，以高性能、低功耗为目标，设计出基于GPRS网络的输电线路杆塔倾斜监控系统。该系统能够实时、准确地监测到杆塔的倾斜程度，可以及时发现杆塔可能存在的安全隐患并快速予以排除，从而可以节约大量的人力、财力和物力，实现对杆塔安全监控的无人值守，提高电网输电线路的安全，保证电力系统的稳定运行。
关键词：监控终端；实时监测；倾斜传感器；倾斜原理；数据采集
在电网设备由定期检修向状态检修模式的转变过程中，在线监测作为输变电设备状态检修管理、提升输变电专业生产运行管理精益化水平的重要技术手段，其建设和推广工作取得了快速的发展；但在全面推进在线监测的过程中，也凸显出了一些问题，影响和制约了状态检修的全面深化发展。
1.倾斜监测原理分析
1.1测斜重要性
在一些地区，由于土质松软、塔基被挖、塔材被盗、地表沉降或自然灾害(如雨水冲刷)等因素，会导致输电线路铁塔的塔基滑移、塔体不均匀沉降、向某一方向倾斜等。在铁塔倾斜、不均匀沉降或位移现象发生的初期，巡塔人员很难通过目测观察到，铁塔倾斜会造成倒塔、断线、跳闸等电力事故。输电线路铁塔数量大、铁塔倾斜因素多、分布范围广，仅靠输电线路巡塔人员的日常检查很难实现及时和准确地发现铁塔发生倾斜故障。如果能实时监测并及早发现铁塔倾斜角度超出标准，结合导线覆冰、微气象环境等参数，综合分析倾斜角度对电力铁塔的危害程度，对其进行计算、分析和预警，及时对铁塔进行维护，可以防止倒塔事故的发生。
1.2测斜原理
倾斜探测器可以用来测量物体相对于某一方向的倾角偏移量。其理论原理是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统的内部，无法测量其速度，但是可以测量出其加速度。如果再已知初速度，就可以通过积分计算出速度，再次积分进而可以计算出位移。所以倾斜探测器其实是运用牛顿第二定律的一种加速度传感器。倾斜探测器一般由测斜探头、电缆、数据采集器组成。测斜探头中至少含有一个重力加速度传感器，用来测量铁塔各测量点处的倾斜状况。重力加速度传感器有单轴、双轴、三轴3种类型。单轴重力加速度传感器中仅含有一个敏感轴；双轴重力加速度传感器中含有两个敏感轴，且两轴互相垂直；三轴重力加速度传感器中含有3个敏感轴，它们互相正交。
2.杆塔倾斜在线监测存在的问题
2.1连接件工艺及安装水平影响数据的准确性
杆塔倾斜监测传感器的精度和准确度是决定监测数据可靠性、准确性的主要因素，所以各个厂家都竞先采用高精度传感器，但对传感器与线路杆塔连接的连接件做工、安装工艺等却不太重视。因此，就会出现安装时因连接片安装歪斜或后期受外力因素使连接螺丝松动，进而导致监测装置随连接片歪斜，监测数据不能真实反映杆塔实际倾斜的程度。
2.2后台软件案例库匮乏影响状态评价
趋势分析是杆塔倾斜情况分析、预测的重要手段，趋势分析包括根据历史数据和当前数据来拟合杆塔倾斜函数曲线，然后根据此函数求出未来的杆塔倾斜值，推断杆塔倾斜的发展趋势，预测杆塔倾斜故障，从而真正实现状态检修的目的。实践中由于案例库匮乏，后台算法模型简陋，趋势分析功能往往得不到有效利用。
3.倾斜数据采集
3.1倾斜数据采集原理
数据采集是指将温度、压力、流量、速度等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机存储、处理、显示或打印的过程。数据采集系统从硬件上看由模拟部分和数字部分组成，从功能上看能实现数据采集和处理。精度和速度是衡量数据采集系统性能最重要的两个指标，在保证精度前提下，应尽可能提高采样速度，以满足系统实时采集、实时处理和实时控制要求。一般数据采集系统主要由传感器、信号调理器、多路模拟开关、A／D转换器和数据记录装置组成。倾斜传感器将被测的非电量参数信号转换成电参数信号，通过信号调理器变换成适当的电压信号。信号调理器主要是将各个传感器输出的电信号进行调整和处理，使其满足A／D转换器的输入要求。由于大部分传感器输出的信号是低电平的，低于lV，而A／D转换器的满量程一般为几伏，为了有效利用A／D转换器的最大分辨率，低电平信号需要经过低电平放大器进行放大。SHA采样／保持放大器在接到保持命令后，其输出信号将保持不变。因此，一方面，在A／D转换时，SHA可以降低在采样时间内由于输入信号变化而引起的编码误差；另一方面，在系统的各通道中装有SHA时，对各个放大器同时给出保持命令，可以使各输出信号保持在同一瞬间的数值，然后再依次进行A／D转换。多路模拟开关是将各通道输入的模拟电压信号依次或有选择地送至放大器和A／D转换器。A／D转换器将采集的杆塔实时信息(z轴和Y轴)的倾斜角度采用串行通信传输给工控主板。
3.2倾斜数据的测量
倾斜探测器将采集到的电力杆塔的倾斜角度传输给控制主板，控制主板将信息通过GSM／GPRS网络及其通信接口来实现输电线路铁塔远距离数据传输，工作框图如图1所示。
图1 倾斜数据测量工作框图
4.光线传感器的应用
光线是20世纪后半叶的重要发明之一。它与激光器、半导体光电探测器一起构成了新的光学技术，即光电子学新领域。光线的最初研究是为了通讯；由于光线具有许多新的特性，因此，在其他领域也发展了许多新的应用，其中之一就是构成光线传感器。
光纤传感器以其高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、可挠曲、体积小、结构简单、以及与光线传输线路相容等独特优点，受到世界各国广泛重视。现已证明，光线传感器可应用于位移、振动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、电流、磁场、电压、湿度、温度、声场、流量、浓度、pH值等70多个物理量的测量，且具有十分广泛的应用潜力和发展前景。
5.料位传感器的应用
料位测量是物位测量中的一个分支。物位是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒状固体、气体之间的分界面位置，根据具体用途分为液位、料位和界位传感器。
目前，我国主要是以原煤为发电燃料，大多数电厂锅炉都采用煤粉向锅炉供料。对于直吹式供料的锅炉，煤仓料位高低关系到锅炉乃至发电系统能否正常运行。煤仓料位过满溢出，造成冒煤事故；煤仓料位过低或排空会造成燃烧不稳甚至灭火停机的大事故。对于中贮式供料的锅炉，既有煤仓，又有粉仓，煤仓粉位的控制尤为重要。煤粉仓是燃料的中转站，煤粉是用空气传输的，高热的气体使煤粉进入煤仓中就有了一定的“基温”，一般在70°C左右，其作用是使煤粉有一定的离散性。可是，这个温度使煤粉中的水分快速蒸发并被吸潮管排出仓外，煤粉将越来越干燥，这种煤粉是极易集热，集热的最终结果是燃烧。燃烧加剧周围乃至仓内的集热，周而复始，恶性循环，这样如不能及时的有效控制，其结局将是白白烧掉大量煤粉。据有关资料报道，自燃煤粉约占发电总用煤量的0.5%左右。另外，煤仓煤粉爆炸的损失更大，多年来，煤仓煤粉爆炸事故常有发生，给火电厂造成巨大损失。目前，最经济、最适用的方法是通过可靠的料位传感器对煤仓的煤位和粉位进行监控，使其始终处于最佳中转适控状态，这是火力发电机组安全运行的首要保证。
结论
针对我国目前电力铁塔监控系统的发展现状和趋势，文中研究的电力杆塔倾斜监测系统适合监控偏远地区电力系统的安全传输，能有效地对电力杆塔的倾斜角度实时监测。有效预防因狂风暴雨等自然灾害及人为破坏对电力系统带来的损坏。
参考文献
[1]陈怡。电力设施保护工作的现状与建议[J]。广西电业，2005(3)：37—39。
[2]吕捷。GPRS技术[M]。北京：北京邮电大学出版社，2001。
[3]吴义锋。输电线路杆塔中心位移的计算方法[J]。陕西电力，2006，34(1)：67—69
基金项目：广东电网科技项目（031300KK5216xxxx）
论文作者:罗步升
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：杆塔论文; 传感器论文; 铁塔论文; 信号论文; 测量论文; 煤粉论文; 重力加速度论文; 《电力设备》2017年第30期论文;