一种输电线路铁塔倾斜在线监测系统及方法与流程

本发明涉及架空线路监测领域，具体的设计一种输电线路铁塔倾斜在线监测系统及方法。

背景技术：

高压输电线路基本上都采用架空线路，由于线路架设在空中，需要承受自重、风力、暴雨和冰雪等机械力的作用和风沙等有害气体的侵蚀，运行条件十分恶劣。在沙漠地带、高盐土质区、采空区和山地滑坡区等不良地质区，在重力、应力、自然力扰动作用下，杆塔地基容易变形，导致杆塔倾斜、甚至倒塔断线，使供电线路陷于瘫痪，严重影响人们的生产生活，造成巨大损失。因此需要对杆塔或者铁塔的倾斜度进行监测，而传统的监测主要靠电力工人人工巡线来完成，这样的监测不但耗时耗力而且效率低，监测也不及时。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种输电线路铁塔倾斜在线监测系统及方法。

本发明具体通过如下方式实现的：

一种输电线路铁塔倾斜在线监测系统，包括通过网络连接的终端层和主站集控层；所述终端层包括相互之间通过网络连接的感知模块装置和信息转发模块装置；所述主站系统层包括通过网络依次连接的交换机模块装置和计算机模块装置；所述交换机模块装置与所述信息转发模块通过网络连接。

所述信息转发模块为汇聚转发基站设备，包括保护壳，以及固定安装在防水保护壳内部的无线数据传输基站、控制器和电池组；所述电池组和无线数据传输基站分别与控制器电连接。

还包括与主站层网络连接的手持终端。

所述感知模块包括1号至6号六个杆塔倾斜传感器，所述1号和2杆塔倾斜传感器分别安装相互轴对称的底层横担上；所述3号、4号杆塔倾斜传感器呈中心对称状安装在铁塔离地面高度h1处；所述5号、6号杆塔倾斜传感器呈中心对称状安装在铁塔离地面高度h2处；所述h1和h2均大于底层横担的高度，且h2大于h1。

所述塔倾斜传感器的x轴指向线路大号侧。

所述感知模块还包括分别与所述信息转发模块网络连接的雨量传感器和风速风向传感器。

一种输电线路铁塔倾斜在线监测方法，包括以下步骤：

步骤一，传感器配置建模；

步骤二，数据检测和发送，终端层将检测到的数据铁塔倾斜度数据以及雨量、风速、风向信息发送至主站层；

步骤三，数据存储，主站层在接受到无线数据传输基站发来的数据后将这些数据别存储在对应的杆塔倾斜传感器文件夹下；

步骤四，数据处理与预警，主站层的输电线路状态检测平台将接收到的铁塔倾斜度数据与设置的告警阈值进行对比，如果铁塔倾斜度数据的至大于告警阈值则发出告警信息，否则不发出告警信息；

步骤五，数据显示，无告警信息时，显示屏显示桌面或者供用户调取产看数据的对话框；在有告警信息时，会自动在显示屏上弹出告警信息对话框。

所述步骤四数据处理与预警具体包括：

步骤401.在主站层的输电线路状态检测平台设定1号、2号杆塔倾斜传感器的告警阈值为d1;3号、4号杆塔倾斜传感器的告警阈值为d2;5号、6号杆塔倾斜传感器的告警阈值为d3；

步骤402.输电线路状态检测平台调取已经存储的1号和2号杆塔倾斜传感器传回的铁塔倾斜度数据m1、m2，3号和4号杆塔倾斜传感器传回的铁塔倾斜度数据m3、m4，5号和6号杆塔倾斜传感器传回的铁塔倾斜度数据m5、m6；根据上述每个杆塔倾斜传感器的实时数据绘制倾斜度趋势变化的曲线图，同时将数据与相应的警告阈值数据进行比较；

步骤403.如果所述m1、m2均小于d1，m3、m4均小于d2，m5、m6均小于d3则判断为整个铁塔状态良好；

步骤404.如果所述m1、m2大于d1，m3、m4均大于d2，m5、m6也均大于d3，且倾斜方向一致，则判断为整个铁塔有倾倒危险，并发出告警信息；如果所述m5、m6均大于d3并且倾斜方向一致，同时m1、m2均小于d1,m3、m4均小于d2,则判断为铁塔上部有折断或者损伤风险；如果m5、m6均大于d3并且倾斜方向不一致时m1、m2均小于d1,m3、m4均小于d2,则判断为铁塔上部发生扭曲，发出告警信息；如果m3、m4均大于d2，m5、m6大于d3，并且倾斜方向均一致，同时m1、m2均小于d1，判断铁塔中上部有折断风险出告警信息；如果所述的m1、m2，m3、m4，m5、m6三对数据中任意一对以上的数据达到或者持续超过相应告警阈值的两倍，判断铁塔发生倾覆，发出告警信息。

步骤405.将接受到的数据进行统计根据统计数据自动绘制统计图以及统计报表。

所述步骤一传感器配置建模具体为将每个杆塔倾斜传感器的id、安装地址等信息配置到平台软件中；将配置好的传感器分配到输电线路应用场景中，构建传感器信息模型及模型树。

所述步骤五中告警信息对话框包括警的铁塔位置/杆塔倾斜传感器的安装位置、id、告警的数值、告警的类型、雨量以及风速风向。

本发明具有以下技术效果:本发明实现对铁塔倾斜实现检测设备配置管理、检测数据实时显示、历史信息分析查询、检测异常告警提示、巡检数据同步查看、基站网络通信等功能；能够实时在线监控铁塔的倾斜状态，并能对已经发生倾斜或者即将发生倾斜的铁塔做出预警，避免了人工巡线效率低、及时性查的问题；采用多组传感器进行检测，在不同的高度安装多个传感器，各个传感器独立运作，保证中心对称安装提高了数据准确性。

附图说明

附图1为本发明输电线路在线监测系统体系的结构示意图。

附图2a为本发明的杆塔倾斜传感器安装方式俯视示意图。

附图2b为本发明的杆塔倾斜传感器安装方式立体示意图。

附图3为本发明的杆塔倾斜传感器在杆塔上安装位置俯视示意图。

附图4为本发明的杆塔倾斜传感器在杆塔上安装位置正视示意图。

附图5为本发明的汇聚转发基站设备结构示意图。

附图6为杆塔倾斜传感器实物安装图。

附图7为汇聚转发基站设备实物安装图。

图中，1-横担，2-杆塔倾斜传感器，3-底层横担，4-雨量传感器，5-风速风向传感器，6-汇聚转发基站设备，6-1-保护壳，6-2-无线数据传输基站，6-3-电池组，6-4-控制器，6-5-支架，7-天线，8-太阳能电池板。

具体实施方式

以下仅为本发明的优选的具体实施方式，但是本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

附图1至附图4为本发明的一种具体实施例，该实施例提供了一种输电线路铁塔倾斜在线监测系统，包括主要分为终端层和主站集控层，可作为输电状态在线监测系统的一部分。终端层主要实现对输电线路铁塔倾角的数据采集及转发功能，通过无线通信方式将采集数据传输至就近基站，基站通过3g/4g/5g的方式将数据上传至主站集控层。

具体如附图1所示，终端层主要包括安装于铁塔上的杆塔倾斜传感器2构成的感知模块，用于感知铁塔的倾斜角度和倾斜方向；

由汇聚转发基站设备6构成的信息转发模块，用于接收感知模块的信息并将这些信息传送至主站集控层；信息转发模块与感知模块之间，以及信息转发模块与主站集控层均为无线网络连接。

杆塔倾斜传感器2通过钢扎带固定安装在杆塔的横担1上，并统一遵循x轴面向线路大号侧的原则实施安装，并应尽量保持传感器x轴、y轴水平。每一个杆塔倾斜传感器2均具有唯一的安装位置和传感器id信息，安装时将杆塔倾斜传感器2安装位置和传感器id信息记录在案并输入至主站集控层的输电线路状态检测平台中。线路大号侧是线路的一种编号方法，一般从电源端开始编号1、2、3一直到受电端，大号侧就是指铁塔或杆塔面向受电端的那档，小号侧则相反。

感知模块包括6个杆塔倾斜传感器2，底层横担3上安装有两个传感器且呈轴对称状即选取两条相互轴对称的底层横担3，每条横担上安装一个杆塔倾斜传感器2，分别为1号、2号杆塔倾斜传感器2；在离地面高度为h1和h2处安装分别安装两个杆塔倾斜传感器2并呈中心对称装，即h1或h2米处的两个杆塔倾斜传感器2分别安装在a柱和c柱处，或者分别安装b柱和d柱处，安装在高度h1处的两个杆塔倾斜传感器2分别为3号、4号杆塔倾斜传感器2；安装在高度h2处的两个杆塔倾斜传感器2分别为5号、6号杆塔倾斜传感器2，其中h1和h2均大于底层横担3的高度，且h2大于h1,优选为h2：h1等于2:1，本实施例中h1为15米，h2为30米,这样的安装方式可以更好的对铁塔不同高度部位变化情况进行监测。

杆塔倾斜传感器2是型号为sgc6206p的无线杆塔倾斜传感器，角度测量范围为±30°，测量精度为0.2°，并且内部安装有蓄电池。该杆塔倾斜传感器2可实现重力参考系下倾斜角度的测量，通过对杆塔的横向倾斜度和顺向倾斜度等数据的在线监测，结合线路设计参数给出杆塔倾斜的预警信息，及时掌握杆塔安全运行情况,。

信息转发模块包含6个汇聚转发基站设备6，每一个汇聚转发基站设备6包括一个外部的金属防水保护壳6-1，壳体内部安装有无线数据传输基站6-2、控制器6-4和电池组6-3；在保护壳6-1的顶部安装有与无线数据传输基站6-2电连接的天线7。电池组6-3和无线数据传输基站6-2分别与控制器6-4电连接；控制电池组6-3对基站的电压输送，即三者之间串联；电池组6-3用于为无线数据传输基站6-2供电；无线数据传输基站6-2用于接收和转发杆塔倾斜传感器2信息，并可以控制相应的杆塔倾斜传感器2；基站间支持链状与星型自组网，可通过多跳通讯方式将无线数据信息传递到主站集控层。该防水保护壳6-1通过固定在壳体后部的支架6-5固定安装在杆塔的底层横担3上或者杆塔第一层塔身平台，该支架6-5根据现场安装时的位置及铁塔的类型进行制作。在支架6-5上还固定安装有太阳能电池板8，该太阳能电池板8与电池组6-3电连接。

每台杆塔倾斜传感器2需单独配套安装1个汇聚转发基站设备6。

6个杆塔倾斜传感器2均单独配备汇聚转发基站设备6,独立运作将测量的数据分别传输,设备与设备间不会相互干扰，能有效确保数据的准确性；将6个杆塔倾斜传感器2两两一组分别安装在不同的高度，从而通过不同传感器的数据变化确定铁塔出现问题的位置和类型，根据三组高度不同的位置进行测量的数据更容易找到准确的缺陷位置。

感知模块还包括分别与信息转发模块无线网络连接的雨量传感器4和风速风向传感器5。

主站系统层包括交换机模块装置、包含安全接入平台和输电线路状态检测平台的计算机模块装置，其中交换机与汇聚转发基站设备6无线网络连接，交换机模块装置和计算机模块装置网络连接。输电设备状态监测平台，实现对采集数据进行处理及存储，向巡检人员提供直观的输电监测区域设备状态信息。安全接入平台包括身份认证模块、集中监管模块、安全数据交换模块以及安全接入网关。

该输电线路杆塔倾斜在线监测系统还包括由显示屏构成的显示模块、由警示灯和喇叭构成的告警模块以及手持终端机，巡检人员可通过手持终端机直接访问输电线路状态监测平台，来实时监测输电线路杆塔倾角状态，手持终端机可以是专用的终端设备，也可以是个人算计、手机等；显示模块、告警模块分别于计算机模块装置电连接。

进一步的，该输电线路杆塔倾斜在线监测系统还包括固定安装在底层横担3上的雨量传感器4和风速风向传感器5，并且雨量传感器4和风速风向传感器5与无线数据传输基站6-2通过无线网络连接。

一种输电线路杆塔倾斜在线监测方法：

步骤1.传感器配置建模

安装完毕后，将每个杆塔倾斜传感器2的id、安装地址等信息配置到输电线路状态检测平台中。将配置好的传感器分配到输电线路应用场景中，构建传感器信息模型及模型树。也可将应用场景二维图上传至输电线路状态检测平台，在二维图上布置传感器节点。同时将雨量传感器4、风速风向传感器5的id、安装地址与每个杆塔倾斜传感器2进行关联。

步骤2.数据检测和发送

感知模块的杆塔倾斜传感器2检测铁塔在x轴以及y轴的倾斜角度，并将铁塔的倾斜角度、倾斜方向数据、相应的杆塔倾斜传感器2的id一同无线发送至对应的汇聚转发基站设备6的无线数据传输基站6-2，同时雨量传感器4和风速风向传感器5也将测得的雨量、风力、id等信息出送至无线数据传输基站6-2；无线数据传输基站6-2接收到数据后进行解析，把解析后数据无线发送至主站系统层的输电线路状态检测平台。

步骤3.数据存储，主站系统层的输电线路状态检测平台在接受到无线数据传输基站6-2发来的数据后讲这些数据别存储在对应的杆塔倾斜传感器2文件夹下。

步骤4.数据处理与预警

输电线路状态检测平台的计算机开始对接收到的数据进行处理。

首先设定1号、2号杆塔倾斜传感器2的告警阈值为d1;3号、4号杆塔倾斜传感器2的告警阈值为d2;5号、6号杆塔倾斜传感器2的告警阈值为d3；告警阈值为铁塔允许的最大倾斜值的二分之一。

根据接收到的每个杆塔倾斜传感器2的实时数据绘制倾斜度趋势变化的曲线图，同时将数据与相应警告阈值数据进行比较。

当同一个铁塔的1号和2号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据m1、m2均小于d1，3号和4号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据m3、m4均小于d2，5号和6号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据m5、m6均小于d3时判断为整个铁塔状态良好，系统继续正常工作；

当铁塔的1号和2号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据均m1、m2大于d1并且倾斜方式一致，3号和4号的倾斜铁塔倾斜度数据m3、m4均大于d2，5号和6号的倾斜铁塔倾斜度数据m5、m6也均大于d3，且6个杆塔倾斜传感器2测得的铁塔倾斜方式一致则判断整个铁塔有倾倒危险。

当铁塔5号和6号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据m5、m6均大于d3并且倾斜方式一致，1号到4号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据m1到m4均正常，即m1、m2均小于d1,m3、m4均小于d2,则判断为铁塔上部有折断或者损伤风险；若铁塔5号和6号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据均大于d1倾斜方式不一致且1到4号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据均正常则判断为铁塔上部出现扭曲。

当3号和4号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据m3、m4均大于d2，5号和6号的倾斜铁塔倾斜度数据m5、m6均大于d3，并且3号到6号杆塔倾斜传感器2的倾斜方向一致，而铁塔的1号和2号杆塔倾斜传感器2传回的铁塔倾斜度数据均正常即m1、m2均小于d1时，判断铁塔中上部有折断风险；若3号到6号杆塔倾斜传感器2的倾斜方向一致判断铁塔中上部出现扭曲；

当1号和2号、3号和4号、5号和6号三对杆塔倾斜传感器2传中任意一对或者一对以上的铁塔倾斜度数据发生包含大于告警阈值的剧烈变化时，即三对杆塔倾斜传感器2传中任意一对或者一对以上的铁塔倾斜度数据的倾斜度数据达到或者持续超过相应告警阈值的两倍，判断铁塔发生倾覆。

当6个杆塔倾斜传感器2的数据均正常，则系统根据倾斜度趋势变化曲线预测可能会出现危险的铁塔并进行预警。

当判断为铁塔出现或可能出现倾斜、扭曲、折断等风险时随即通过警示灯和喇叭发出警报，并在显示屏上显示发生危险的铁塔的信息，包括出现告警的铁塔位置/杆塔倾斜传感器2的安装位置，6个杆塔倾斜传感器2的id、告警的数值及变化趋势、告警的类型、相关天气信息包括雨量、风力、气温信息等，同时通过手持终端发出警示提醒相关工作人员。工作人员结合雨量及风力信息、当时的温度条件等判断出现警报的原因，如两侧线路拉力不均，暴雨导致地基下陷，冻雨危害等等；

将接受到的数据进行统计包括每个杆塔倾斜传感器2传回的数据的总量，未达到告警阈值的数据量，达到或超过告警阈值的数据量，以及对应的雨量风力等信息，并根据统计数据自动绘制饼形图等统计图，同时提供各种统计报表。

步骤5.数据显示

平台提供统一的数据综合展现界面显示在显示屏上，以便于快捷、方便、直观、有效的查看输电线路及变电站的重要信息，并可展示生产运行的相关实时数据画面。

平台可多角度多层次地动态展现数据。该平台能对整合后的数据提供常规的各种查询浏览、报表统计和曲线分析功能，数据展现和交互支持面向对象的方式，可由统计查询直接转如曲线分析。平台提供常用的基本图形报表，包括日运行历史数据，多月运行历史数据和多年历史数据、各类别的趋势分析图等。用户在客户端可利用系统提供的各类报表。展示的界面应当是模块化的，用户自定义数据自己关心的展示内容及展示风格。

无告警信息时，显示屏上桌面或者时供用户调取产看数据的对话框；在有告警信息时，平台会自动在显示屏上弹出告警信息对话框，包括出现告警的铁塔位置/杆塔倾斜传感器2的安装位置、id、告警的数值、告警的类型、相关天气信息，同时平台启动警示灯亮起，喇叭发出警报。