综合管廊电力舱室支架受力预警的智能监控系统及方法与流程

本发明属于综合管廊系统领域，具体涉及一种综合管廊电力舱室支架受力预警的智能监控系统及方法。
背景技术：
：最近这些年，伴随着都市的急速发展，市中心的负荷密度越来越大，当架空走廊困难或无法与城市供电需求相一致时，都市电网配电系统大部分采用综合管廊传输分配系统，便于提高电力系统抵抗自然灾害的能力并且能最大限度的利用土地资源。长距离、高电压、大截面高压线路在大、中都市的经济发达区和人口密集区的配电网架中占据了十分重要的地位，电力线路的管理维护和安全运行也变得越来越重要了。虽然综合管廊的建造成本远大于目前广泛采用的架空式管线和直埋式的敷设方式，但为了增强高压线路的稳定性、耐久性，减少重复开挖，地下空间和维护成本，提高城市生活，改善城市环境，以及从提高管理的角度出发，必然具有很好的经济效益和社会效益，且能实现一次投入达到终生受益的目的。高压线路在综合管廊电力舱室内运行条件较好，环境相对恒定，运行管理便利，特别是在主城干线配电网上，当有较多高压线路铺设其中时，其在经济指标等方面能体现出合理性。结合施工运行和工程实际，在所有管线中，电力舱室的110kv及以上的高电压等级的线路尤为重要，由于电力舱室内部线路较多，支架受力较为复杂，当综合管廊电力舱室发生支架垮塌将会给相关地区造成停电，甚至造成整个高压供电系统崩溃。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是：提供一种综合管廊电力舱室支架受力预警的智能监控系统及方法，能够为综合管廊电力舱室的支架受力提供预警与监控。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种综合管廊电力舱室支架受力预警的智能监控系统，其特征在于：它包括设置在电力舱室中用于获取环境风速的风速计量仪，用于根据采集的环境风速选取对应的风速不均匀系数计算综合管廊电力舱室支架单位受力的控制器，用于在综合管廊电力舱室支架单位受力大于预设阈值时发出报警信号的上位机；其中，风速计量仪、控制器和上位机依次连接。按上述方案，所述的电力舱室中设有沿电力舱室内壁间隔设置的支架立柱，高压线路通过支架托臂固定在支架立柱上；所述的风速计量仪设置在支架立柱或支架托臂上。按上述方案，在高压线路沿线设置有若干节点，每个节点设置一个控制器，所述的风速计量仪与最近的控制器连接，控制器的输出端分别与上位机连接。按上述方案，控制器的输出端通过网络与上位机无线连接。利用所述的综合管廊电力舱室支架受力预警的智能监控系统实现的智能监控方法，其特征在于：它包括以下步骤：s1、实时获取电力舱室内的环境风速；s2、根据获取的环境风速所在区间，选择预设的对应的风速不均匀系数；s3、利用选定的风速不均匀系数，对电力舱室支架受力进行分析：式中，σm为已知情况下的弧垂最低点高压线路单位受力，单位为n/mm2；σ为待求情况下的高压线路弧垂最低点单位受力，单位为n/mm2；rm为已知情况下的高压线路比载，单位为n/(m·mm2)；r为待求情况下的高压线路比载，单位为n/(m·mm2)；l为线路正弦形波长的一半，单位为mm；e为高压线路的弹性模数，单位为n/mm2；a为高压线路的温度伸长系数，单位为1/℃；tm为已知情况下的某一时刻；t为待求情况下的某一时刻；令上式中a′＝|a′|，将式(1)化简为σ2(σ+ca′)＝b(2)，设式(2)的判别式如下：当δ＞1时，设θ＝ch-1δ，则推出当δ＜1时，设θ＝cos-1δ，则推出令δ＝0，得到综合管廊电力舱室支架单位受力σzj等于线路单位长度上的受力与支架两侧线路最低点水平距离的乘积：σzj＝rvlv(10)，式中，lv为线路的垂直挡距，单位为m；rv为线路的垂直比载，单位为n/(m·mm2)；as为支架的综合高差系数，无量纲；p1为线路的单位质量，单位为kg/m；g为重力加速度，单位为m/s2；a为线路芯线的截面积，单位为mm2；ab为风速不均匀系数，无量纲；kb为线路的空气动力系数，无量纲；wb为理论风压，单位为pa；d为线路的外直径，单位为mm；ρb为空气密度，单位为kg/m3；vb为电力舱室内的环境风速，单位为m/s；综合式(1)-(10)，得出待求情况下的综合管廊电力舱室支架单位受力σzj的取值；s4、预警判断：已知待求情况下的综合管廊电力舱支架单位破坏受力σzjp，单位为n/mm2，设置安全系数k，当时，发出报警信号。按上述方法，所述的安全系数k＝4。本发明的有益效果为：巧妙的利用电力舱室中的风速来分析综合管廊电力舱室支架单位受力，从而为综合管廊电力舱室的支架受力提供预警与监控。附图说明图1为城市地下综合管廊横断面图。图2为线路敷设示意图。图3为金属层感应电压敷设示意图。图4为本发明一实施例的硬件结构原理图。图5为本发明一实施例的方法流程图。图中：1-高压线路；2-线路接头层；3-管道舱室；4-电力电信舱室；5-电力舱室；6-支架托臂；7-支架立柱；8-感温光缆；1’-升温后的线路；9-绝缘接头；10-接地电阻。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。如图1所示，城市地下综合管廊包括管道舱室3、电力电信舱室4和电力舱室5，高压线路1设置在电力舱室5中。其中，高压线路1通过支架托臂6和支架立柱7进行固定，并且间隔的设有线路接头层2。每根高压线路1上敷设有感温光缆8。本发明中所述的高压线路1均为110kv及以上高压线路。管廊内部环境温度发生变化或线路发生短路故障时，将引起线路的温度发生变化，这将在线路内部产生一个横向拉力。当线路直线敷设拉力在6kn以内时，可以采用直线敷设；当线路直线敷设拉力大于6kn时，在综合管廊电力仓内的线路可以采用竖向正弦形敷设，进而减小线路拉力。本发明以正弦形敷设为例，如图3所示，首尾各设有绝缘接头9和接地电阻10，如图2所示，当升温后，高压线路1有一个侧向位移n，变成升温后的线路1’。若为直线敷设，也会有一个侧向位移n，从而成为正弦形。线路导体正常工作时在交流系统中单芯线路一回的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电压，一般不得大于50v。因110kv三相供电回路，除敷设于湖、海水下等场所且线路截面不大时可选用三芯型外，每回可选用3根单芯线路。110kv以上三相供电回路，每回应选用3根单芯电缆。综合管廊电力舱室线路敷设方式确定原则：1.当线路直线敷设时且其线路拉力满足要求(一般认为线路拉力应限制在6kn以下)，又因直线敷设节约投资成本且施工较为方便，则优先采用直线敷设,并确定出线路的侧向位移n和线路正弦形波长的一半l；2.当线路直线敷设线路拉力不满足要求时，则考虑采用正弦形敷设，使其线路拉力及线路感应电压均满足要求，并确定出线路的侧向位移n和线路正弦形波长的一半l。本发明提供一种综合管廊电力舱室支架受力预警的智能监控系统，如图4所示，它包括设置在电力舱室中用于获取环境风速的风速计量仪，用于根据采集的环境风速选取对应的风速不均匀系数计算综合管廊电力舱室支架单位受力的控制器，用于在综合管廊电力舱室支架单位受力大于预设阈值时发出报警信号的上位机；其中，风速计量仪、控制器和上位机依次连接。本实施例中，控制器为plc控制器，上位机为监控中心计算机。所述的电力舱室5中设有沿电力舱室5内壁间隔设置的支架立柱7，高压线路1通过支架托臂6固定在支架立柱7上；所述的风速计量仪设置在支架立柱7或支架托臂6上。在高压线路1沿线设置有若干节点，每个节点设置一个控制器，所述的风速计量仪与最近的控制器连接，控制器的输出端分别与上位机连接。控制器的输出端通过网络与上位机无线连接。利用所述的综合管廊电力舱室支架受力预警的智能监控系统实现的智能监控方法，如图5所示，它包括以下步骤：s1、实时获取电力舱室内的环境风速。s2、根据获取的环境风速所在区间，选择预设的对应的风速不均匀系数。本实施例中，按表1设定风速不均匀系数。表1风速不均匀系数环境风速vb(m/s)vb＜2020≤vb＜3030≤vb＜35vb≥35风速不均匀系数ab1.00.850.750.70s3、利用选定的风速不均匀系数，对电力舱室支架受力进行分析：式中，σm为已知情况下的弧垂最低点高压线路单位受力，单位为n/mm2；σ为待求情况下的高压线路弧垂最低点单位受力，单位为n/mm2；rm为已知情况下的高压线路比载，单位为n/(m·mm2)；r为待求情况下的高压线路比载，单位为n/(m·mm2)；l为线路正弦形波长的一半，单位为mm；e为高压线路的弹性模数，单位为n/mm2；a为高压线路的温度伸长系数，单位为1/℃；tm为已知情况下的某一时刻；t为待求情况下的某一时刻；令上式中a′＝|a′|，将式(1)化简为σ2(σ+ca′)＝b(2)，设式(2)的判别式如下：当δ＞1时，设θ＝ch-1δ，则推出当δ＜1时，设θ＝cos-1δ，则推出令δ＝0，得到综合管廊电力舱室支架单位受力σzj等于线路单位长度上的受力与支架两侧线路最低点水平距离的乘积：σzj＝rvlv(10)，式中，lv为线路的垂直挡距，单位为m；rv为线路的垂直比载，单位为n/(m·mm2)；as为支架的综合高差系数，无量纲；p1为线路的单位质量，单位为kg/m；g为重力加速度，单位为m/s2；a为线路芯线的截面积，单位为mm2；ab为风速不均匀系数，无量纲；kb为线路的空气动力系数，无量纲；wb为理论风压，单位为pa；d为线路的外直径，单位为mm；ρb为空气密度，单位为kg/m3；vb为电力舱室内的环境风速，单位为m/s；综合式(1)-(10)，得出待求情况下的综合管廊电力舱室支架单位受力σzj的取值；s4、预警判断：已知待求情况下的综合管廊电力舱支架单位破坏受力σzjp，单位为n/mm2，设置安全系数k，当时，发出报警信号。本实施例中所述的安全系数k＝4。当综合管廊通风风机的转速变化将造成支架的单位受力发生改变，这种情况重复性出现，严重时将支架垮塌。本发明通过深入分析综合管廊电力舱室高压线路的拉力、接触电压等问题，结合工程实例，在满足线路、支架的力学性能及保证人身安全的前提下，提出一种综合管廊电力舱室支架受力预警的智能监控系统及方法，巧妙的利用电力舱室中的风速来分析综合管廊电力舱室支架单位受力，从而为综合管廊电力舱室的支架受力提供预警与监控，为综合管廊电力舱室的支架设计提供参考。以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。当前第1页12