郭繼輝

(吉林省電力有限公司檢修公司松原分部,吉林 松原 138000)

輸電桿塔的傾斜沉降監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

郭繼輝

(吉林省電力有限公司檢修公司松原分部,吉林 松原 138000)

為了解決輸電桿塔倒塌等事故帶來的不必要損失,提出了輸電桿塔傾斜沉降在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由傳感器采集節(jié)點、3G網(wǎng)絡(luò)接收基站節(jié)點、以及監(jiān)控中心節(jié)點組成。它利用處理器控制傳感器采集桿塔的傾斜、沉降數(shù)據(jù),經(jīng)過一定的處理后,通過3G網(wǎng)絡(luò)傳到基站,最后再傳輸?shù)竭h(yuǎn)處監(jiān)控中心平臺，從而保證輸電桿塔安全、穩(wěn)定運行。

輸電桿塔;桿塔傾斜;桿塔沉降;3G網(wǎng)絡(luò);監(jiān)控中心

近年來,隨著環(huán)境惡化、能源危機、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等諸多方面對電力的需求日益增加,從而使電網(wǎng)穩(wěn)定運行的問題不斷突出[1-2]。輸電桿塔是電網(wǎng)運行的重要組成部分,它們運行性能的優(yōu)劣,直接影響電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。然而大多輸電桿塔建在自然條件比較惡劣,交通不便利,信息不通暢的野外,這為輸電桿塔的傾斜沉降狀態(tài)的監(jiān)測帶來了不便。目前，大多輸電監(jiān)控采用人工巡檢的方式,不僅造成了大量人力的浪費,而且不能保證對桿塔的實時監(jiān)測。因此,提出設(shè)計輸電桿塔傾斜沉降監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)輸電桿塔傾斜沉降信息智能采集和傳輸,從而保證了整個電網(wǎng)的正常運行。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 總體方案設(shè)計

輸電桿塔傾斜沉降系統(tǒng)由傾斜沉降數(shù)據(jù)采集節(jié)點、3G網(wǎng)絡(luò)的接收基站、監(jiān)控中心節(jié)點等三部分組成[3-4],終端采集節(jié)點通過處理器控制傾斜傳感器、沉降傳感器等采集輸電桿塔的傾斜沉降信息,進(jìn)行一定的處理之后進(jìn)行存儲、顯示并通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫[5]。該系統(tǒng)的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖和采集節(jié)點的框圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

圖2 采集節(jié)點系統(tǒng)框圖

2 部分硬件電路圖

2.1 傾斜傳感器電路設(shè)計

傾斜傳感器采用的是芬蘭VTI Technologies公司生產(chǎn)的一款SCA100T傾斜傳感器[6],它是通過測量重力加速度來對傾斜角度進(jìn)行計算的。SCA100T的供電電源:4.75～5.25 V；工作溫度:-40～80 ℃;測量量程:30°;測量精度:千分之一度。為了保證SCA100T穩(wěn)定的工作,選取5 V直流電源供電。處理器芯片的P2-0、P2-1、P2-2引腳分別和傾斜傳感器SCA100T的SCK、MISO和MOSI引腳相連接,實現(xiàn)相互之間的通訊,把采集到的傾斜角度數(shù)據(jù)通過存儲轉(zhuǎn)發(fā)。采集節(jié)點的原理如圖3所示。

圖3 采集節(jié)點的原理圖

2.2 沉降數(shù)據(jù)采集節(jié)點

沉降采集節(jié)點主要是對輸電桿塔的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,為了提高監(jiān)測精度,需要在桿塔底部安放多個沉降傳感器來完成沉降數(shù)據(jù)的采集。沉降傳感器選用北京路寶科技生產(chǎn)的WSN18B20型沉降觀測系統(tǒng)。工作溫度為-45～80 ℃,誤差范圍±0.5 mm,測量范圍0～800 mm,輸出特性為RS-485[7-8],電源+12 VDC。WSN18B20型沉降觀測系統(tǒng)輸出端為RS485接口,因此需設(shè)計一個485電路接口,如圖4所示。

2.3 電源模塊

WSN18B20型沉降觀測系統(tǒng)的供電電源為12 V直流電源,可通過S-150-12開關(guān)電源將220 V交流電源轉(zhuǎn)換為12 V直流電源為其供電。SCA100T傳感器模塊和處理器模塊采用5 V電壓供電,系統(tǒng)可通過變壓芯片,將12 V轉(zhuǎn)換為5 V,為其提供穩(wěn)定的電源,電路如圖5所示。

圖5 電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖

2.4 供電方式選擇

由于采集傳輸是間接進(jìn)行的,當(dāng)不進(jìn)行采集時,處理器進(jìn)入休眠狀態(tài),因此可以減少對電能的消耗。然而,目前采集節(jié)點的供電方式主要有太陽能供電、振動自供能、電磁波供電等,所以從能量來源、適用范圍、成本及優(yōu)缺點等多方面對各種能量采集技術(shù)進(jìn)行分析比較,提出了系統(tǒng)使用成本低、性價比高的能量采集方案的具體原則。對于采集節(jié)點和3G網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點的供電,由于采集和傳輸利用太陽能供電，因此無需布線和提供電池,減少了因經(jīng)常更換電池組帶來的不便。當(dāng)節(jié)點需要電能時,能量從能量存儲與管理模塊中取出,供給需要供電的各個元器件,如模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片、處理器芯片、存儲器芯片以及射頻收發(fā)器等,保證了它們能夠正常工作,實現(xiàn)了對設(shè)備長期有效的供電。

3 軟件平臺設(shè)計

3.1 系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計

設(shè)計中,通過SCA100T傾斜傳感器和WSN18B20沉降傳感器進(jìn)行傾斜沉降信息采集,系統(tǒng)復(fù)位后,利用處理器對其進(jìn)行操作,首先進(jìn)行初始化并啟動傳感器,之后等待傳感器采集數(shù)據(jù)信息,最后完成測量后將進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換和存儲,將傳感器的輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為浮點型。數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點的流程如圖6所示。

圖6 采集節(jié)點傳感器流程圖

3.2 監(jiān)控中心模塊

本系統(tǒng)基于Visual Studio開發(fā)平臺,C#作為編程語言,聯(lián)合部分Matlab編程。其中輸電桿塔故障預(yù)測等主要部分的核心算法設(shè)計均為自主研發(fā)。

輸電桿塔的傾斜沉降監(jiān)控系統(tǒng)平臺由數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、故障診斷模塊、故障預(yù)測模塊三部分組成,它通過傳感器等采集桿塔的傾斜沉降參數(shù),存儲在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,并在PC機顯示和打印數(shù)據(jù)曲線,也可以從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用歷史數(shù)據(jù),進(jìn)行顯示和打印曲線。在故障預(yù)測模塊中,系統(tǒng)能夠根據(jù)已采集的數(shù)據(jù)對設(shè)備的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測故障的發(fā)生。在故障診斷模塊中,能夠?qū)崟r監(jiān)測桿塔是否正常運行,當(dāng)發(fā)生故障時,故障指示燈會變紅,并能發(fā)送短信,否則故障指示燈為綠色。其監(jiān)控中心軟件結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 傾斜沉降數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊

傾斜沉降數(shù)據(jù)監(jiān)測功能區(qū)包括桿塔傾斜、沉降兩個信息監(jiān)測數(shù)據(jù)。手動選擇桿塔組號以及送檢時間,查詢歷史數(shù)據(jù),并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)打印曲線,直觀了解桿塔的走勢;根據(jù)已有的數(shù)據(jù)對桿塔的故障的發(fā)生發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測桿塔的運行狀態(tài),同時將預(yù)測值和預(yù)測的狀態(tài)存儲到數(shù)據(jù)庫中,界面如圖8所示。

圖8 監(jiān)控界面

4 結(jié) 語

隨著嵌入式和無線技術(shù)的不斷發(fā)展,無線技術(shù)既可以減少布線的復(fù)雜度以及線路老化帶來的不便,又可以減輕工作人員的工作強度,成為人們工作、生活的得力助手。因此,本文結(jié)合實際狀況,設(shè)計了輸電桿塔傾斜沉降監(jiān)控系統(tǒng),以防止輸電桿塔倒塌等事故的發(fā)生。

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(責(zé)任編輯 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。

郭繼輝(1972—),男,工程師,主要從事變電運維工作。

TM753

B

2095-6843(2015)06-0540-03