一种架空输电线路杆塔倾斜监测方法与流程

本发明涉及一种架空输电线路杆塔倾斜监测方法，属于电力设备在线监测技术领域。

背景技术：

杆塔作为架空输电线路的重要组成部分，是承受导线应力及外力的直接部位。严格控制铁塔倾斜是保证输电线路安全运行的一个重要环节。

杆塔倾斜产生的原因主要有：

1)塔腿基础高差超出允许偏差。施工单位铁塔基础在施工完成之后塔腿基础高差不符合设计图纸，超过规程、规范允许的偏差，易出现杆塔倾斜的现象。

2)铁塔螺栓紧固率不符合要求。紧线前铁塔螺栓紧固率达不到标准，而进行紧线施工，在外力的作用下，易出现塔材弯曲的情况，将导致杆塔倾斜。

3)基础不均匀沉降。环境破坏，水土流失，导致输电线路出现基础位移、基础不均匀沉降等情况，导致杆塔倾斜。

4)施工单位野蛮施工。施工单位在组塔以及架线施工过程时，不按作业指导书、施工方案施工，塔材受外力破坏严重，出现杆塔倾斜。

5)受外界不可抗力破坏。导线覆冰、台风等外界条件都肯能使其超出了铁塔所能承受的外力，导致杆塔倾斜。

杆塔倾斜产生的危害主要有：

1)杆塔横线路方向倾斜，易造成绝缘子横向迈步，线路运行后造成带电部分与杆塔间隙过小，电气安全距离不够引起放电。

2)杆塔顺线路方向倾斜，易造成杆塔向身部倾斜，造成导线弧垂变化，引起导线张力变化，及导线对地安全距离不足。

3)杆塔倾斜易导致绝缘子迈步，特别是地线由于挂点距地线距离较小，迈步到一定程度地线横担会受力增大，超过设计承受力时，将会造成横担歪曲变形、塔头挠曲等现象。

4)杆塔倾斜绝缘子迈步后，会导致导线、地线线夹发生位移,导线、地线会在线夹内滑动，滑动不一致时引起弧垂变大，导致导线对地、对树障等安全距离发生变化。

当前架空输电线路在线监控系统一般采用双轴倾角传感器、三轴倾角传感器，但由于倾角传感器给出的是x轴倾角、y轴倾角，对于运行维护很不直观。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种架空输电线路杆塔倾斜监测方法，根据倾角传感器倾角信息，计算架空输电线路顺线倾角、横向倾角，当计算结果大于阈值时，提供告警信号，提升运维效率。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种架空输电线路杆塔倾斜监测方法，包括：

获取双轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角；

基于双轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角计算沿架空线路输电方向的顺线倾角和横向倾角；

根据顺线倾角和横向倾角进行架空输电线路杆塔倾斜预警。

进一步的，所述获取双轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角，包括：

双轴倾角传感器直接提供x轴倾角和y轴倾角，

或者，

根据双轴倾角传感器提供的x轴重力加速度分量xx、y轴重力加速度分量yy，计算x轴倾角x和y轴倾角y：

x＝arctan(xx/g)·180/π

y＝arctan(yy/g)·180/π

其中，g是垂直方向重力加速度。

进一步的，所述基于双轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角计算沿架空线路输电方向的顺线倾角和横向倾角，包括：

获取架空线路输电正方向与x轴夹角angle_x，结合x轴倾角和y轴倾角，计算顺线倾角s_resul和横向倾角t_result：

x’＝tan(x·π/180)

y’＝tan(y·π/180)

angle_x’＝angle_x·π/180

s＝x’·cos(angle_x’)+y’·sin(angle_x’)

t＝y’·cos(angle_x’)-x’·sin(angle_x’)

s_result＝arctan(s)·180/π

t_result＝arctan(t)·180/π

其中，x’，y’，angle_x’，s和t为计算的中间变量；

当s为正数时，顺线倾角s_result为沿输电正方向倾角，

当s为负数时，顺线倾角s_result为沿输电反方向倾角；

当t为正数时，横向倾角t_result为左横向倾角，其中左横向为面朝输电正方向，

当t为负数时，横向倾角t_result为右横向倾角。

进一步的，所述基于双轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角计算沿架空线路输电方向的顺线倾角和横向倾角，包括：

获取架空线路输电正方向与y轴夹角angle_y，结合x轴倾角x、y轴倾角y，计算顺线倾角s_resul和横向倾角t_result：

x’＝tan(x·π/180)

y’＝tan(y·π/180)

angle_y’＝(angle_y+90)·π/180

s＝x’·cos(angle_y’)+y’·sin(angle_y’)

t＝y’·cos(angle_y’)-x’·sin(angle_y’)

s_result＝arctan(s)·180/π

t_result＝arctan(t)·180/π

其中，x’，y’，angle_y’，s和t为计算的中间变量；

当s为正数时，顺线倾角s_result为沿输电正方向倾角，

当s为负数时，顺线倾角s_result为沿输电反方向倾角；

当t为正数时，横向倾角t_result为左横向倾角，其中左横向为面朝输电正方向，

当t为负数时，横向倾角t_result为右横向倾角。

进一步的，所述根据顺线倾角和横向倾角进行架空输电线路杆塔倾斜预警，包括：

将顺线倾角s_result与预设的顺线倾角整定定值进行比较，超过顺线倾角整定定值时越限状态置为1，给出顺线倾角告警信息，否则越限状态置为0；

将横向倾角t_result与预设的横向倾角整定定值进行比较，超过横向倾角整定定值时越限状态置为1，给出横向倾角告警信息，否则越限状态置为0。

进一步的，

由就地杆塔监测装置计算沿架空线路输电方向的顺线倾角和横向倾角，进行整定定值比对，超过整定定值时给出告警信息，并将计算的顺线倾角和横向倾角和告警信息发送至中台或直接发送至各业务后台系统；

或者，

将双轴倾角传感器的重力加速度分量或倾角信息发送至中台或直接发送至各业务后台系统，由中台或业务后台系统计算沿架空线路输电方向的顺线倾角和横向倾角，进行整定定值比对，超过整定定值时给出告警信息。

进一步的，将信息发送至中台或直接发送至各业务后台系统，包括：

以无线或有线通信方式上送；

或者，

经本间隔汇聚节点上送；

或者，

经相邻间隔接入节点上送，将若干个间隔节点信息集中后，通过统一节点发送，采用无线通信多跳组网方式，将本间隔信号传送至接入节点。

本发明还提供一种架空输电线路杆塔倾斜监测方法，包括：

获取三轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角；

基于三轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角计算沿架空线路输电方向的顺线倾角和横向倾角；

根据顺线倾角和横向倾角进行架空输电线路杆塔倾斜预警。

进一步的，所述获取三轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角，包括：

三轴倾角传感器直接提供x轴倾角和y轴倾角，

或者，

根据三轴倾角传感器提供的x轴重力加速度分量xx、y轴重力加速度分量yy和z轴重力加速度分量zz，计算x轴倾角x和y轴倾角y：

其中，g是垂直方向重力加速度。

进一步的，所述基于双轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角计算沿架空线路输电方向的顺线倾角和横向倾角，包括：

获取架空线路输电正方向与x轴夹角angle_x，结合x轴倾角和y轴倾角，计算顺线倾角s_resul和横向倾角t_result：

x’＝tan(x·π/180)

y’＝tan(y·π/180)

angle_x’＝angle_x·π/180

s＝x’·cos(angle_x’)+y’·sin(angle_x’)

t＝y’·cos(angle_x’)-x’·sin(angle_x’)

s_result＝arctan(s)·180/π

t_result＝arctan(t)·180/π

其中，x’，y’，angle_x’，s和t为计算的中间变量；

当s为正数时，顺线倾角s_result为沿输电正方向倾角，

当s为负数时，顺线倾角s_result为沿输电反方向倾角；

当t为正数时，横向倾角t_result为左横向倾角，其中左横向为面朝输电正方向，

当t为负数时，横向倾角t_result为右横向倾角。

进一步的，所述基于双轴倾角传感器的x轴倾角和y轴倾角计算沿架空线路输电方向的顺线倾角和横向倾角，包括：

获取架空线路输电正方向与y轴夹角angle_y，结合x轴倾角x、y轴倾角y，计算顺线倾角s_resul和横向倾角t_result：

x’＝tan(x·π/180)

y’＝tan(y·π/180)

angle_y’＝(angle_y+90)·π/180

s＝x’·cos(angle_y’)+y’·sin(angle_y’)

t＝y’·cos(angle_y’)-x’·sin(angle_y’)

s_result＝arctan(s)·180/π

t_result＝arctan(t)·180/π

其中，x’，y’，angle_y’，s和t为计算的中间变量；

当s为正数时，顺线倾角s_result为沿输电正方向倾角，

当s为负数时，顺线倾角s_result为沿输电反方向倾角；

当t为正数时，横向倾角t_result为左横向倾角，其中左横向为面朝输电正方向，

当t为负数时，横向倾角t_result为右横向倾角。

进一步的，所述根据顺线倾角和横向倾角进行架空输电线路杆塔倾斜预警，包括：

将顺线倾角s_result与预设的顺线倾角整定定值进行比较，超过顺线倾角整定定值时越限状态置为1，给出顺线倾角告警信息，否则越限状态置为0；

将横向倾角t_result与预设的横向倾角整定定值进行比较，超过横向倾角整定定值时越限状态置为1，给出横向倾角告警信息，否则越限状态置为0。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提出的一种架空输电线路杆塔倾斜监测方法，通过采集双轴倾角传感器的x轴倾角、y轴倾角或三轴倾角传感器x轴倾角、y轴倾角、z轴倾角，计算转化为沿架空线路输电方向的顺线倾角、横向倾角，当顺线倾角或横向倾角实时计算结果大于阈值时，提供告警信号。本发明适用于后台系统计算，也适用于就地杆塔监测装置计算，适用性广，基于输电线路方向顺线倾角、横向倾角显示直观，更便于运行和维护。

附图说明

图1为本发明实施例中双轴倾角传感器的顺线倾角、横向倾角计算流程图；

图2为本发明实施例中三轴倾角传感器的顺线倾角、横向倾角计算流程图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明实施例公开了一种基于双轴倾角传感器的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，如图1，包括：

步骤一：如果双轴倾角传感器提供x轴重力加速度分量xx(单位m/s²)、y轴重力加速度分量yy(单位m/s²)，则计算得出x轴倾角x(单位°)、y轴倾角y(单位°)：

x＝arctan(xx/g)·180/π

y＝arctan(yy/g)·180/π

其中，g是垂直方向重力加速度，可取9.8。

如果双轴倾角传感器直接提供x轴倾角x、y轴倾角y，则可直接进入下一步。

步骤二：通过水平测试仪，得到架空线路输电正方向与x轴夹角angle_x(单位°)，结合x轴倾角x、y轴倾角y，计算顺线倾角s_resul(单位°)、横向倾角t_result(单位°)：

x’＝tan(x·π/180)

y’＝tan(y·π/180)

angle_x’＝angle_x·π/180

s＝x’·cos(angle_x’)+y’·sin(angle_x’)

t＝y’·cos(angle_x’)-x’·sin(angle_x’)

s_result＝arctan(s)·180/π

t_result＝arctan(t)·180/π

其中，x’，y’，angle_x’，s和t为计算的中间变量。

当s为正数时，顺线倾角计算结果s_result为沿输电正方向倾角，当s为负数时，顺线倾角计算结果s_result为沿输电反方向倾角。

当t为正数时，横向倾角计算结果t_result为左横向倾角(面朝输电正方向)，当t为负数时，横向倾角计算结果t_result为右横向倾角。

步骤三：将计算的顺线倾角计算结果s_result与预设的顺线倾角整定定值进行比较，超过整定定值时越限状态置为1，给出顺线倾角告警信息，否则越限状态置为0；

将计算的横向倾角计算结果t_result与预设的横向倾角整定定值进行比较，超过整定定值时越限状态置为1，给出横向倾角告警信息，否则越限状态置为0。

实施例2

步骤一：根据双轴倾角传感器提供的x轴重力加速度分量xx(单位m/s²)、y轴重力加速度分量yy(单位m/s²)，计算得出x轴倾角x(单位°)、y轴倾角y(单位°)：

x＝arctan(xx/g)·180/π

y＝arctan(yy/g)·180/π

其中，g是垂直方向重力加速度，可取9.8。

需要说明的是，如果双轴倾角传感器直接提供x轴倾角x、y轴倾角y，可可直接进入下一步。

步骤二、通过水平测试仪，得到架空线路输电正方向与y轴夹角angle_y(单位°)，结合x轴倾角x、y轴倾角y，计算顺线倾角s_resul(单位°)、横向倾角t_result(单位°)：

x’＝tan(x·π/180)

y’＝tan(y·π/180)

angle_y’＝(angle_y+90)·π/180

s＝x’·cos(angle_y’)+y’·sin(angle_y’)

t＝y’·cos(angle_y’)-x’·sin(angle_y’)

s_result＝arctan(s)·180/π

t_result＝arctan(t)·180/π

其中，x’、y’、angle_y’、s和t为计算的中间变量。

当s为正数时，顺线倾角计算结果s_result为沿输电正方向倾角，当s为负数时，顺线倾角计算结果s_result为沿输电反方向倾角。

当t为正数时，横向倾角计算结果t_result为左横向倾角(面朝输电正方向)，当t为负数时，横向倾角计算结果t_result为右横向倾角。

步骤三：将计算的顺线倾角计算结果s_result与预设的顺线倾角整定定值进行比较，超过整定定值时给出顺线倾角告警信息；

将计算的横向倾角计算结果t_result与预设的横向倾角整定定值进行比较，超过整定定值时给出横向倾角告警信息。

实施例3

本发明实施例提供一种基于三轴倾角传感器的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，如图2，包括：

步骤一：如果三轴倾角传感器提供x轴重力加速度分量xx(单位m/s²)、y轴重力加速度分量yy(单位m/s²)、z轴重力加速度分量zz(单位m/s²)，则计算得出x轴倾角x(单位°)、y轴倾角y(单位°)：

如果三轴倾角传感器直接提供x轴倾角x、y轴倾角y，则可直接进入下一步。

步骤二：通过水平测试仪，得到架空线路输电正方向与x轴夹角angle_x(单位°)，结合x轴倾角x、y轴倾角y，计算顺线倾角s_resul(单位°)、横向倾角t_result(单位°)：

x’＝tan(x·π/180)

y’＝tan(y·π/180)

angle_x’＝angle_x·π/180

s＝x’·cos(angle_x’)+y’·sin(angle_x’)

t＝y’·cos(angle_x’)-x’·sin(angle_x’)

s_result＝arctan(s)·180/π

t_result＝arctan(t)·180/π

其中，x’、y’、angle_x’、s和t为计算的中间变量。

当s为正数时，顺线倾角计算结果s_result为沿输电正方向倾角，当s为负数时，顺线倾角计算结果s_result为沿输电反方向倾角。

当t为正数时，横向倾角计算结果t_result为左横向倾角(面朝输电正方向)，当t为负数时，横向倾角计算结果t_result为右横向倾角。

步骤三：将计算的顺线倾角计算结果s_result与预设的顺线倾角整定定值进行比较，超过整定定值时越限状态置为1，给出顺线倾角告警信息，否则越限状态置为0；

将计算的横向倾角计算结果t_result与预设的横向倾角整定定值进行比较，超过整定定值时越限状态置为1，给出横向倾角告警信息，否则越限状态置为0。

实施例4

步骤一：如果三轴倾角传感器提供x轴重力加速度分量xx(单位m/s²)、y轴重力加速度分量yy(单位m/s²)、z轴重力加速度分量zz(单位m/s²)，则计算得出x轴倾角x(单位°)、y轴倾角y(单位°)：

如果三轴倾角传感器直接提供x轴倾角x、y轴倾角y，则可直接进入下一步。

步骤二：通过水平测试仪，得到架空线路输电正方向与y轴夹角angle_y(单位°)，结合x轴倾角x、y轴倾角y，计算顺线倾角s_resul(单位°)、横向倾角t_result(单位°)：

x’＝tan(x·π/180)

y’＝tan(y·π/180)

angle_y’＝(angle_y+90)·π/180

s＝x’·cos(angle_y’)+y’·sin(angle_y’)

t＝y’·cos(angle_y’)-x’·sin(angle_y’)

s_result＝arctan(s)·180/π

t_result＝arctan(t)·180/π

其中，x’、y’、angle_y’、s和t为计算的中间变量。

当s为正数时，顺线倾角计算结果s_result为沿输电正方向倾角，当s为负数时，顺线倾角计算结果s_result为沿输电反方向倾角。

当t为正数时，横向倾角计算结果t_result为左横向倾角(面朝输电正方向)，当t为负数时，横向倾角计算结果t_result为右横向倾角。

步骤三：将计算的顺线倾角计算结果s_result与预设的顺线倾角整定定值进行比较，超过整定定值时越限状态置为1，给出顺线倾角告警信息，否则越限状态置为0；

将计算的横向倾角计算结果t_result与预设的横向倾角整定定值进行比较，超过整定定值时越限状态置为1，给出横向倾角告警信息，否则越限状态置为0。

需要说明的是，本发明的上述实施例中，由就地杆塔监测装置接收双轴倾角传感器上送的重力加速度分量或倾角数据信息，就地完成杆塔的顺线倾角、横向倾角的计算，以及进行整定定值比对，给出告警信息，再将计算结果和告警信息发送至中台或直接发送至各业务后台系统。

本发明实施例还可以将双轴倾角传感器的重力加速度分量或倾角数据信息以无线或有线通信方式上送至中台或直接发送至各业务后台系统，由企业中台或业务后台系统计算得出杆塔的顺线倾角、横向倾角，并与整定定值进行比对，超过告警阈值时给出告警信息。

具体的说，上送计算结果和告警信息可由如下三种方式实现。方式一直接上送，即由接入双轴倾角传感器采样信息的就地杆塔监控装置直接以无线或有线方式上送，受制于本地需有通信信号覆盖，才可以使用直接通信上送的模式。方式二经本间隔汇聚节点上送，即按间隔汇聚信息后再上送，受制于本地需有通信信号覆盖，才可以使用直接通信上送的模式。方式三经相邻间隔接入节点上送，即若干个间隔节点信息集中起来后，再通过统一节点发送信息，不受制于本地有或无通信信号覆盖，通过无线通信多跳组网方式，将本间隔信号传送至接入节点。

具体的说，有线通信方式是通过光纤以太网、串口等进行通信。

无线通信方式是包括但不仅限于lora、wifi、nb-iot、zigbee、微波、蓝牙等。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。