王準濤，王新偉，王 斌，陳勇建

（河南崤函電力供應(yīng)有限責任公司，河南 三門峽 472300）

采煤沉陷區(qū)造成的地質(zhì)災(zāi)害對高壓架空輸電線桿塔的安全運行形成了嚴重威脅。河南能源化工集團義煤公司礦區(qū)是中國重要的能源化工基地，近年，由地質(zhì)沉陷區(qū)引起的高壓桿塔傾斜帶來的垂弧、絕緣擊穿等故障時有發(fā)生，導致礦區(qū)供電異常，嚴重時還會導致系統(tǒng)崩潰，最終帶來嚴重的經(jīng)濟損失和安全事故。

本系統(tǒng)針對采煤沉陷區(qū)或者地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定地區(qū)高壓輸電桿塔易發(fā)生傾斜和地基沉降，而人工巡檢工作量大且無法及時發(fā)現(xiàn)故障隱患的現(xiàn)狀，開發(fā)了一套高壓桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r采集、無線傳輸桿塔傾斜、風速、風向等參數(shù)，并據(jù)此進行趨勢分析和故障預(yù)警，對于保障電網(wǎng)安全供電、降低運維人員勞動強度具有重要意義。

由于一軸加速度傳感器無法測量全擺幅，兩軸傳感器雖然能夠測量全擺幅，但精度有限，因此本論文采用三軸傳感器[1-2]測量傾斜角度。

1 傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 傾斜傳感裝置

高精度傾斜傳感裝置由三軸加速傾斜傳感器、信號處理電路、主控單元、信號收發(fā)和電源五部分模塊組成，各電路模塊之間的硬件框圖，如圖1所示。

圖1 高精度傳感裝置硬件框圖

1.2 數(shù)據(jù)傳輸裝置

根據(jù)對系統(tǒng)采集傳輸數(shù)據(jù)的需求分析，本模塊設(shè)計實現(xiàn)了基于NB-IoT數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸慕K端系統(tǒng)，終端模組采用TI公司的低功耗TMS320F2812芯片作為主控芯片，Quectel公司的BC95模塊作為收發(fā)數(shù)據(jù)的NB-IoT通信模塊。基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)前端硬件設(shè)計總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 總體結(jié)構(gòu)

1.3 傾斜在線監(jiān)測整體系統(tǒng)

高壓桿塔傾斜監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)采用先進智能的信號采集、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，結(jié)合傳感器技術(shù)、電子測量技術(shù)、智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對輸電桿塔安全信息進行實時監(jiān)測，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析及時做出預(yù)警和告警。系統(tǒng)兼具智能化、云模式、高精度等多重優(yōu)勢。對超標桿塔狀況及時進行預(yù)警，指導檢修和維護，提醒運行維護人員加固地基，防止倒塔事故發(fā)生。

高精度傾斜傳感裝置內(nèi)部的傾斜傳感模塊用來檢測桿塔的傾斜度，而模塊的主控單元用來進行高精度裝置設(shè)備控制，并將桿塔傾斜數(shù)據(jù)通過高精度傾斜傳感裝置中的信號處理電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的發(fā)送與轉(zhuǎn)換，然后通過485通信方式，將傾斜數(shù)據(jù)信息傳給前端數(shù)據(jù)采集裝置，最終由數(shù)據(jù)采集裝置采用窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（NB-IoT），上傳到云端后臺系統(tǒng)，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2 實驗分析

設(shè)計的采煤沉陷區(qū)高壓架空桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)的高精度傾斜傳感裝置在實驗室的測試過程中，可以實現(xiàn)傾斜角度的高精度測量，同時實現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)警、報警功能，目前該系統(tǒng)已取得傾斜校準計量證書?，F(xiàn)已在河南能源化工集團義煤公司位于采煤沉陷區(qū)的部分輸電桿塔上進行了現(xiàn)場安裝測試，如圖4～6所示。

圖4 傳感器單元

圖5 供電單元

圖6 后臺系統(tǒng)

經(jīng)過現(xiàn)場的安裝與測試，采空區(qū)高壓架空桿塔傾斜監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)得到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)如圖7所示，由于人工安裝存在一定的誤差，安裝后系統(tǒng)云端后臺顯示的初始數(shù)據(jù)為傾斜0°2'57"，東4°15'45"，經(jīng)過系統(tǒng)后臺預(yù)留功能“置零”后，數(shù)據(jù)如圖8所示，此時系統(tǒng)云端后臺顯示的初始數(shù)據(jù)為傾斜北0°0'0"，東0°0'0"。由于采空區(qū)高壓架空桿塔的傾斜是一個長時間積累的過程，在20天的觀察下桿塔傾斜情況如圖9所示，此時系統(tǒng)云端后臺顯示的初始數(shù)據(jù)為傾斜北0°1'14"，西0°5'18"。

圖7 現(xiàn)場安裝后數(shù)據(jù)

圖8 系統(tǒng)置零后數(shù)據(jù)

圖9 目前桿塔傾斜數(shù)據(jù)

圖8表明桿塔在南和西方位已經(jīng)產(chǎn)生了偏南0°1'14"，偏西0°3'17"的傾斜角度，由此我們可以看出該桿塔確實已經(jīng)發(fā)生了約5'的傾斜，同時也表明了位于采空區(qū)高壓架空桿塔安裝傾斜在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的必要性。

3 結(jié)束語

為了實現(xiàn)實時高精度測量采煤沉陷區(qū)高壓架空輸電桿塔的傾斜角度，本文設(shè)計了采空區(qū)高壓架空桿塔傾斜監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，在經(jīng)過實驗室以及現(xiàn)場的工業(yè)性實驗后，均表明該系統(tǒng)能正常實現(xiàn)傾斜角度的實時測量，同時采取無動作、預(yù)警或報警功能，完全能夠滿足礦區(qū)高壓架空桿塔傾斜角度測量的要求；滿足礦區(qū)安全供電的要求，實現(xiàn)礦區(qū)的安全生產(chǎn)。