一种输电线路杆塔位移监测系统及方法与流程

本发明涉及监测控制领域，特别是一种输电线路杆塔位移监测系统及方法。

背景技术：

我国沿海大部份地区，在台风、强降雨等恶劣天气情况下，易发生山体滑坡、泥石流等自然灾害，引发电力塔护坡塌方等；在持续低温极端气候下，导线、杆塔等电力设施的覆冰情况，容易引起杆塔倾斜、倒塌、导线断线，线路跳闸等事故，影响电网的安全稳定运行。架空电力杆塔分布范围比较广，传统的单纯靠输电运维人员逐一巡线排查，乃至目前推行的无人机巡线，都很难及时准确地发现杆塔倾斜，因为电力塔杆的沉降和变形是相对缓慢的。而且线路电力杆塔很多都是建设在偏远地带，很多地方没有移动运营商信号的，发现到有倒塔、倾斜等情况也无法第一时间回传。

发展智能电网，坚强电网是电力发展的趋势，社会用电量的持续上升，投产输电线路杆塔数量的不断增加。但是随着电网规模的不断扩大，输电线路越来越长，杆塔越来越多，而人员的增加却是有限的，同时电网的安全运行及智能化水平要求越来越高，因此传统的巡视检测手段已不能满如实际需要。

为打造可靠性高、互动友好、经济高效的一流现代化智能电网，需要越来越多的一套具有智能化、实时化、信息化、网络化水平的杆塔实时监测系统。

目前国内对电力架空塔的检测大部分采用人工巡检，并进行记录。所以在电力塔形变监测应用中，人工成本一直居高不下，且人工探测无法实时监测，在发生肉眼无法识别的偏移时，无法做到提前预警和纠正工作，数据容易因为检测人员的技术水平产生偏差，导致数据不准确，且数据量无法达到一定的量无法做分析使用或分析结果不准确。

虽然有采用gps或者北斗技术对杆塔进行定位，并在杆塔上安装倾角传感器来监测杆塔姿态。但是，增加倾角传感器不仅降低系统可靠性，而且由于倾角传感器安装时很难与杆塔保持水平，因此误判、遗漏的概率大。

gps高精度定位的方法是采用对杆塔上的两个gps流动站的信号做差分处理，精度可达厘米级，但是需要额外建设gps基准站，成本居高不下。并且由于电力杆塔位置环境复杂，分布地点偏远，电力线路延绵数百公里甚至上千公里，所处于山地、农田之中，不能够在无信号区域进行通讯利，无法与外界取得联系。整体成本也比较高，因此应用受限。另一方面，gps技术开发的目的是供美国军方使用，电网属于国民经济命脉，采用gps技术并不合适。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种输电线路杆塔位移监测系统及方法，能有效提升电网运行的可靠性、降低运行成本并且大大降低运维人员的工作强度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，一种输电线路杆塔位移监测系统，包括：监测基准站、监测终端和监测服务器；所述监测基准站为北斗卫星导航系统基准站；所述监测终端安装在输电线路杆塔上且包括北斗定位芯片；所述监测基准站与所述监测终端相连以发送监测基准站的地理坐标；所述监测终端接收所述监测基准站的地理坐标并通过载波相位差分技术获得输电线路杆塔的姿态信息；所述监测终端与所述监测服务器相连以发送输电线路杆塔的姿态信息；所述监测服务器接收输电线路杆塔的姿态信息并与预设的姿态信息做比较以进行监测。

优选的，所述监测系统还包括安装在输电线路杆塔上的气象采集装置；所述气象采集装置与监测终端相连以发送采集的输电线路杆塔周边的气象信息；所述气象信息包括降雨量、风力和风向；所述监测终端与所述监测服务器相连以发送气象信息；所述监测服务器结合输电线路杆塔的姿态信息与所述气象信息以进行监测。

优选的，每根输电线路杆塔上安装有多个监测终端以获取输电线路杆塔的三维姿态信息；所述多个为三个及以上。

优选的，所述多个监测终端中的一个监测终端设置为主模块，其他监测终端设置为从模块，从模块只与主模块通信，通信方式采用zigbee技术；主模块与所述监测服务器相连以发送输电线路杆塔的姿态信息。

优选的，所述监测系统还包括安装在输电线路杆塔上的气象采集装置；所述气象采集装置与主模块相连以发送采集的气象信息；所述气象信息包括降雨量、风力和风向；所述主模块与所述监测服务器相连以发送气象信息；所述监测服务器结合输电线路杆塔的姿态信息与所述气象信息以进行监测。

优选的，所述监测系统还包括：移动通信基站；所述监测终端通过所述移动通信基站或北斗短报文与所述监测服务器通信。

另一方面，一种输电线路杆塔位移监测方法，包括：

基于北斗卫星导航系统监测基准站的地理坐标，安装在输电线路杆塔上设置有北斗定位芯片的监测终端获得输电线路杆塔的姿态信息；

气象采集装置采集输电线路杆塔周边的气象信息并发送给所述监测终端；所述气象信息包括降雨量、风力和风向；

所述监测终端发送输电线路杆塔的姿态信息和气象信息给监测服务器；所述监测服务器根据接收的姿态信息判断输电线路杆塔的偏移量是否超出预设的临界值，如果超出，发出警报信息；如果未超出，进一步判断偏移量是否查出预设的稳定值，如果超出，将该输电线路杆塔进行跟踪，结合所述气象信息分析产生偏移原因并判断是否需要进行现场核查及调整预设稳定值。

优选的，每根输电线路杆塔上安装有多个监测终端以获取输电线路杆塔的三维姿态信息；所述多个为三个及以上。

优选的，所述多个监测终端中的一个监测终端设置为主模块，其他监测终端设置为从模块，从模块只与主模块通信，通信方式采用zigbee技术；所述气象采集装置与主模块相连以发送采集的气象信息；所述主模块与所述监测服务器相连以发送姿态信息和气象信息。

优选的，所述监测终端通过移动通信基站或北斗短报文与所述监测服务器通信。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明一种输电线路杆塔位移监测系统及方法，能有效提升电网运行可靠性，能够识别出肉眼无法识别的位移，避免隐患发展为事故；通过大量的监测数据构建大数据分析，分析不同因素(地形、气候等)对杆塔姿态的影响，并绘制形态变化报表实现预警，提前消除隐患；将运行人员的现场目测巡视与经验判断的检查模式变为自动采集与事后共同总结，避免了手工记录运行状态不够形象直观造成漏记、错记的问题；

(2)本发明一种输电线路杆塔位移监测系统及方法，终端利用与卫星数据互传原理，通过载波相位差分技术实现对各地区的电力塔杆进行精准定位；并记录、保存安装人员行径路线，生成位置离线包；当杆塔发生倾斜、沉降时，平台发生抢修信号，协助负责人确认杆塔位置及偏移情况；系统可将监测终端和负责部门进行绑定，可将告警杆塔位置离线包发送至运维人员手机，让其得知路线以及达到时间；因此能降低运维人员工作强度，供电单位的运维人员可以省去现场巡查的时间成本，并且实现实时监测；输电运维人员有针对性提高巡检及检修质量，利用北斗定位系统确定事故发生地点后，可以提前规划路径，不用再盲目搜索；

(3)本发明每根输电线路杆塔上安装有三个及以上的监测终端以获取输电线路杆塔的三维姿态信息以实现对输电线路杆塔的全方位监测；

(4)本发明将短距离无线通信方式zigbee应用在同一杆塔内监测模块间信息传递，大大降低了设备的后期费用及流量成本，并且不影响系统的原有功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的输电线路杆塔监测系统的结构图；

图2为本发明的电线杆塔上的多个监测终端的通信结构图；

图3为本发明的输电线路杆塔监测方法的处理流程图；

图4为本发明的杆塔姿态采样分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1至图2所示，一方面，本发明一种输电线路杆塔位移监测系统，包括：北斗卫星1、监测基准站3、监测终端5、气象采集装置6、监测服务器7；所述监测基准站3为北斗卫星导航系统基准站；所述监测终端5安装在输电线路杆塔4上且包括北斗定位芯片；所述监测基准站3与所述监测终端5相连以发送监测基准站3的地理坐标；所述监测终端5接收所述监测基准站3的地理坐标并通过载波相位差分技术(rtk处理模块)获得输电线路杆塔4的姿态信息；所述监测终端5与所述监测服务器7相连以发送输电线路杆塔4的姿态信息；所述监测服务器7接收输电线路杆塔4的姿态信息并与预设的姿态信息做比较以进行监测。

所述气象采集装置6与监测终端5相连以发送采集的输电线路杆塔4周边的气象信息；所述气象信息包括降雨量、风力和风向；所述监测终端5与所述监测服务器7相连以发送气象信息；所述监测服务器7结合输电线路杆塔4的姿态信息与所述气象信息以进行监测。

具体的，监测基准站3安装在地理坐标已知、相对比较稳定的地方，主要负责定位基准站的地理坐标，并发送至周围的监测终端5；监测终端5安装在输电线路杆塔4上，通过北斗定位系统定位该点位置，并利用北斗短报文技术接收监测基准站3发送过来的位置信息，通过载波相位差分技术提高被监测输电线路杆塔4的监测点坐标精度，从而获取输电线路杆塔4的高精度姿态信息。所述气象采集装置6可以是气象传感器，安装在输电线路杆塔4上，能够采集降雨量、风力、风向等自然气候信息，监测终端5能够读取气象采集模块的气象信息，最后将杆塔姿态信息和气象信息打包压缩后通过无线公网发送至监控中心。所述气象采集装置6和所述检测终端可通过无线或有线(如串口)进行通信，本发明不做具体限制。

上述的监测终端5包括北斗定位芯片及北斗卫星接收天线。一个杆塔上若只安装一个监测终端5，则只能够监测一个点的位置情况；如果安装两个监测终端5，则够监测杆塔一个面的位置情况；如果要完整观测杆塔的三维姿态，一根杆塔上至少需要安装三个监测终端5。

当一根杆塔上安装多个监测终端5时，如果每个监测终端5均采用无线公网通信无疑增加了流量成本。在杆塔监测中，同一杆塔内可以采用一个主模块和多个从模块的方式，从模块只与主模块通信，通信方式采用zigbee技术，主模块与基站采用无线公网通信。参见图2所示，系统安装了三个监测终端5，其中一个(可选取靠近气象采集装置6的监测终端5，当然也可以是其他两个中的任意一个)作为主模块与监测服务器7通信，另外两个监测终端5作为从模块将采集到的姿态信息发送给主模块，由主模块进行转发。由此可知，所述监测终端还包括zigbee模块和zigbee天线。

在有移动通信基站2的地区，输电线路杆塔4可通过gprs/cdma与监测服务器7通信。但很多时候输电线路杆塔4安装在偏远地区，可能没有移动通信基站2或者没有移动信息，因此，无法采用无线公网传输。北斗相比gps的优势是有独有的短报文技术，在没有公网信号的地区也能将该地区的地理位置信息发送出去。北斗通信技术在短报文通信中，有专门的紧急通道，并没有时间限制，一直发出求救信息，便于在紧急状况下使用。在电网事故中可以第一时间报送事故信息。监控服务器接收数据后将信息录入数据库，关联气象信息和杆塔姿态，绘制报表。

参见图3所示，另一方面，基于所述输电线路杆塔位移监测系统，本发明一种输电线路杆塔位移监测方法，包括：

基于北斗卫星导航系统监测基准站3的地理坐标，设置有北斗定位芯片的监测终端5获得输电线路杆塔4的姿态信息；

气象采集装置6采集输电线路杆塔4周边的气象信息并发送给所述监测终端5；所述气象信息包括降雨量、风力和风向；

所述监测终端5发送输电线路杆塔4的姿态信息和气象信息给监测服务器7；所述监测服务器7根据接收的姿态信息判断输电线路杆塔4的偏移量是否超出预设的临界值，如果超出，立刻发出抢修信号；如果未超出，进一步判断偏移量是否查出预设的稳定值(平常正常运行的偏移范围)，如果超出，将该输电线路杆塔4进行跟踪，结合所述气象信息分析产生偏移原因并判断是否需要进行现场核查及调整预设临界值和安全值。通过运维人员现场核查、检修后回馈处理结果，再进行修正数据库，完善大数据分析功能。

本实施例中，每根输电线路杆塔4上安装有多个监测终端5以获取输电线路杆塔4的三维姿态信息；所述多个为三个及以上。

本实施例中，所述多个监测终端5中的一个监测终端5设置为主模块，其他监测终端5设置为从模块，从模块只与主模块通信，通信方式采用zigbee技术；主模块与所述监测服务器7相连以发送输电线路杆塔4的姿态信息；所述气象采集装置6与主模块相连以发送采集的气象信息；所述主模块与所述监测服务器7相连以发送姿态信息和气象信息。

本实施例中，所述监测终端5通过移动通信基站2或北斗短报文与所述监测服务器7通信。

具体的，参见图4所示，监测服务器7将采集到的气象信息和位置坐标关联，再把位置坐标绘制成点阵。其中原点o为第一次测量的杆塔坐标(姿态信息)，其他点8为在固定时间间隔内测量得到杆塔坐标。图中圆a内区域表示杆塔在稳定运行下的姿态变动范围。根据dl/t741—2010《中华人民共和国电力行业标准:架空输电线路运行规程》中规定，不同杆塔的最大歪斜程度如表1所示。根据表1的数据，将杆塔运行的极限状态绘制在图4中，如圆b。当杆塔的偏移量超出临界值时，立即发出报警信号提示进行抢修。当存在恶劣气候时，杆塔的偏移量在圆a和圆b区域内时，此时将该杆塔列入跟踪对象，跟踪超出图中圆a范围内运行的频数。同时可以结合气象信息分析产生偏移原因。当检测到频数超出一定次数时，系统自动发起预警，通知运维人员现场核查。

表1杆塔的倾斜、杆(塔)顶挠度、横担的歪斜程度限值

在抢修人员处理完故障或现场核查后，通过反馈结果，并且与现场的气象数据关联。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。