杆塔倾斜在线监测系统可行性报告.docx
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杆塔倾斜在线监测系统可行性报告
杆塔倾斜在线监测系统可行性研究报告
邯郸奥瑞电子科技公司
一、项目的必要性
我国地理分布广泛，地质条件复杂多样，输电线路又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。
当输电线路经过煤炭开采区、软土质地区、山坡地、沙漠地带、河床地带等不良地质区时，在自然环境和外界条件的作用下，杆塔基础时常会发生滑移、倾斜、沉降、开裂等现象，从而引起杆塔的变形、杆塔倾斜、甚至倒塔断线。
杆塔倾斜将造成杆塔导地线的不平衡受力，引起杆塔受力发生变化，造成电气安全距离不够，影响线路正常运行。
倒塔断线将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。
在杆塔倾斜现象发生发展的初期，巡线人员很难用肉眼观察到微小的变化。
目前迫切需要使用智能化的数据监测装置对输电线路杆塔倾斜进行在线监测与故障诊断，及早发现隐患，及时排除故障，以提高输电线路运行的可靠性。
杆塔倾斜监测可以实时监测杆塔倾斜情况，及时了解运行杆塔的安全、可靠状况，根据倾斜监测数据发展趋势，对超标杆塔倾斜状况及时进行多种方式预报警，指导检修和维护，提醒运行维护人员加固地基，防止倒塔事故发生。
二、国内外技术现状
随着电网建设的加速和市场经济的推进,电力企业为避免由定期预防性试验及定期检修对设备检修“过渡”或“漏失”而引起的运行可靠性降低和经济损失,迫切需要以输变电设备状态在线监测与诊断技术为基础的状态维修,以预防和减少事故的发生,提高电力系统的安全性、可靠性、稳定性。
国外较早开展了输电线路在线监测技术的研究,美国最早开展以在线监测为前期的状态检修工作,日本也是从20世纪80年代开始对电力设备实施以状态分析和在线监测为基础的状态检修,而欧洲很多国家也采用状态检修来提高检修效率。
国外统计资料表明,在实施状态检修后,一般可使设备大修周期从3～5年延长到6～8年,甚至10年,并且1～2年即可收回实施状态检修所增加的投资。
应该说,国外在状态检修技术研究与实践应用方面都已取得了显著成绩。
据美国电力研究院诊断检修中心的统计表明，实施状态检修提高设备利用率在5%以上，节约检修费用25%～30%。
我国开展状态检修起步较晚,原水电部1987年颁布的SD230—1987《发电厂检修规程》指出,应用诊断技术进行预知维修是设备检修的发展方向。
他们将自己国家成熟或试运行的各类在线监测设备推向中国市场,国内清华大学、西安交通大学、武汉大学、武汉高压研究所等科研单位陆续开展了输电在线监测技术的研究,并在2000年之后研发了具有完整功能的输电线路在线监测技术,其中,GSM的普及应用在很大程度上促进了该技术的迅速发展，有效解决了远距离数据传输问题。
由于缺乏市场能力和足够的资金，无法将研制的成果批量产业化，导致我国目前成为全球输电线路在线监测与诊断系统需求最大的市场。
最近几年,随着高新技术企业的发展,国内出现了一些专业的在线监测技术生产厂家，他们在积极学习国外先进技术的同时，立足我国电力国情，开发了一系列输电线路在线监测技术，有效提高了现有输电线路的运行安全水平。
对此我公司依托武汉大学在研发杆塔倾斜在线监测系统时，取得了较好的成果。
该系统不仅对杆塔倾斜程度进行监测，还对其倾斜方向进行监测，在此我们还使用了“空间偏转动态精密监测技术”。
三、主要内容
输电线路杆塔倾斜在线监测系统，能够对高压运行中的杆塔进行全天候的在线、有效地监测。
主要由三部分组成，包括倾角监测仪、线路监测基站和当地监测中心（远程监测中心）。
当地监测中心只设置一个，能同时满足多个现场的不同监测系统的数据的处理和分析。
倾角监测仪将采集到的杆塔倾斜角等数据发送给线路监测基站，基站再将处理后的数据发送给远程的监测中心，后台系统综合分析监测数据，判断杆塔倾斜发展趋势，为线路运行和设计部门提供实际依据，当杆塔倾斜角度出现异常时，系统能够及时将预/告警信息发送给线路运行负责人，使其对线路运行状况予以关注或采取相应处理措施，减少因杆塔倾斜而引发的事故，同时协助运行部门查找杆塔故障点，指导检修和维护，对防止电网事故的发生具有重要意义。
1、系统采用分层分布式结构，由传感器、前置机和后台服务器三部分组成。
系统采用分层分布式结构，由传感器、前置机和后台机三部分组成。
传感器完成对监测设备的测量，将信息量送到前置机进行集中分析、显示以及告警，并将数据上传到后台机进行全面的监视和分析。
这种结构不仅使整套系统的结构非常清晰和简洁，也使得各子系统功能完整独立，任何一个监测单元异常不会影响其它设备正常工作。
采用统一数据接口规范，大大提高了系统的兼容性和可扩展性。
2、在线监测的就地化
实现对电气设备状态参数的现场实时检测，这是在线监测系统实现测量高精确性和高可靠性测量的重要保证。
3、在线监测的数字化和网络化
就地智能监测单元通过独特的传感器和先进的数字信号处理技术得到设备状态参数，采用了先进的网络技术，网络之间传递数字化信息，避免了模拟小信号的距离传输，这是本项目实现高精确性和高可靠性测量的另一保证。
4、测量的准确性和可靠性
由于实现了设备在线监测的就地化和数字化，从而保证了在线监测系统有高度的测量准确性和可靠性，为故障诊断系统提供了坚实的基础。
5、系统的可维护性
由于采用了先进的总线网络和模块化的硬件结构设计，使得在线监测系统的现场安装、调试及维护非常简便。
3.2主要设备的材料
序号
设备名称
1
倾角监测仪
2
数据转换模块
3
太阳能板
4
充电控制器
5
电池
6
无线数据传输模块
7
手机卡
8
前端设备配套安装固定夹具
9
接收基站
10
后台软件
本项目实施的阶段目标
1、实时监测杆塔倾斜情况；
2、具有后台显示和分析功能，能够实现数据的分析对比；
3、通过现场网络完成对在线监测单元的管理和控制；
4、可在办公桌上实现对设备的实时监测、状态诊断和优化决策；
5、及时发现输电线路运行故障，提前消除潜在缺陷，避免突发事故停电，系统供电更加安全可靠所产生的经济效益；
6、实现设备管理自动化、科学化和智能化，节省不必要的定期计划检修所产生的经济效益。
四、项目预期达到的技术、经济指标
通过实施该项目，预期达到以下的技术指标
◆使用范围：
10KV-1000KV的输电线路中运行杆塔的在线状态监测；
10KV-1000KV的变电站中运行杆塔的在线状态监测；
◆监测数据：
沿线路方向倾斜角和垂直线路方向倾斜角；
◆线路方向角度测量范围：
－90°～＋90°；
◆线路垂直方向角度测量范围：
－90°～＋90°；
◆测量精度：
±1°；
◆监测单元工作环境温度：
-40℃～+85℃；
◆监测单元工作环境湿度：
不大于98％RH；
◆低功耗：
整机功耗3mA；
◆通讯方式：
GSM/GPRS/CDMA无线通信；
◆监测主机电源：
太阳能+蓄电池；
◆监测主机无阳光情况下可连续运行时间：
>30天；
◆防护等级：
IP65；
◆软件系统：
终身免费升级。
经济效益
1、直接经济效益
杆塔倾斜在线监测系统投运后,可以取得可观的经济效益和社会效益。
由于提高了设备运行的可靠性，实现了少停电、多供电，便于实现状态检修，减少因年度计划预试小修而造成的重复性停电；可以在不停电状态下，进行输电线路监测。
一般情况下，每条输电线路每年可多供电量约数千万千瓦时，节约巡线的差旅、台班费约几十万元，若全面推广使用，效益难以估量。
2、间接经济效益
（1）提高供电可靠性
采用杆塔倾斜在线监测，能发现人工很难用肉眼观察到的杆塔倾斜微小变化，帮助运行部门及早发现隐患，及时排除故障，从而提高输电线路运行的可靠性。
（2）提高人身和设备安全
通过输电线路在线监视技术的实施减少了大量的停电检修和带电检修工作量，减少了发生人身事故的机率。
原来的巡视，需要人员定时到线路进行，且输电线路都在地质条件比较恶劣的地方，还有在天气条件比较恶劣的情况，工人很疲劳，在实际工作中，发生人身事故的险情在系统内时有发生。
采用输电线路在线监视技术减少了人员定时巡视的需要，对确保人身安全和设备安全十分有利。
五、项目可行性分析
杆塔倾斜监测仪安装在杆塔的横担上。
环境温度
-25°C~+45°C
工作温度
-40°C~+85°C
相对湿度
5%RH~100%RH
大气压力
550hPa~1060hPa
杆塔倾斜在线监测系统
1、通讯方式：
采用GPRS/CDMA无线通信方式传输数据。
2、供电方式：
采用太阳能供电方式。
电源部分包括太阳能电池组件、锂电电池、充放电控制器。
有阳光时，系统由太阳能供电并对蓄电池充电，锂电电池无阳光使用的供电时间在30天以上，蓄电池使用寿命为5年以上。
3、运行方式：
系统可采用自动采集方式或者受控采集方式。
（1）工作原理
系统由三部分组成，分别是现场杆塔倾斜角采集终端，后台服务器和管理人员客户端。
现场数据采集终端将实时采集到的现场杆塔倾斜角等数据进行压缩编码，利用无线通信方式将数据传输到后台服务器。
（2）工作过程
远程杆塔倾斜角采集监控终端有两种工作模式，一种是自动（报警）工作模式，它根据预先设定报警工作模式进行现场数据采集，然后自动将采集数据上传到后台服务器上，客户端可以连接上服务器下载监测数据；另一种工作模式是受控工作模式，这种工作模式下，远程数据采集终端一直等待客户端发送采集监测数据的命令或者其它控制命令，只有接收到控制命令，它才会进行相应的动作，这种模式可用于客户即时获取现场监测数据和实时设置工作状态。
杆塔倾斜在线监测系统属于前沿技术，项目实施后，可从技术上保证电网的安全运行，也极大地提升了线路运行管理水平，为线路的巡视及状态检修开辟一条新的思路，有着巨大的经济效益和社会效益。
随着智能化电网的发展和业内大力的推广，输电线路在线监测系统处在逐步发展和升温阶段中，相信不久将会达到国内领先技术水平。
六、项目技术特点
杆塔倾斜监测装置特点
（1）具有加电自启动或定时启动监控系统功能；
（2）具有在线自诊断功能；
（3）具有实时、即时或定时采集现场监测数据功能；
（4）具有终端设备工作状态监测功能；
（5）具有将监测数据传输到后端综合分析软件系统功能；
（6）具有时间同步功能，能接收综合分析软件系统的对时命令，每天对时一次，误差不大于5s；
（7）具有自动报警功能；
（8）数据暂存功能，可以在通讯异常时能存储3天以上的数据；
（9）设备内置OS系统和标准TCP/IP网络协议栈；
（10）设备采用休眠、待机、定时传输相结合的低功耗模式设计；
（11）数据采集前端采用多层屏蔽、抗干扰、抗雷击技术；
（12）测量精度高；
（13）基于移动通信网络TCP/ZP方式对后台通信；
（14）可授权相关人员用手机参与系统管理；
（15）支持用手机远程远程查看现场监测数据；
（16）具有适当的接口，供本地调试；
（17）只要有GPRS、CDMA通讯网络的地方均可使用、不用自建、维护通讯网络，通讯距离不受限制；
（18）整体结构设计，安装方便快捷；
（19）安装后不会对线路自身结构特性和后期运行维护造成安全隐患。
（20）在滨海地区台风比较多的地方，可以装上风速传感器。
将风速作为一个参数，画出风速随时间变化的曲线，与倾角随时间变化的曲线显示在同一个坐标系中。
可以清楚地看出风速对倾角的影响。
数据处理系统特点
（1）具有实时、定时自动接收监控装置采集的监测数据功能；
（2）具有远程设置数据采集密度功能；
（3）具有远程设置视频数据采集方式功能（自控或受控方式）；
（4）具有自动采集时间，并能向监控装置发送对时命令功能；
（5）具有终端设备工作状态监测功能。
（6）具备报警提示功能；多种报警方式，报警信息发送到相关人员手机上（多部手机）；
（7）报警提示信息将提供报警测点的准确地理位置、测点名称以及本次报警的详细时间，同时在平面图上测点所在位置变成红色；
（8）具有设备管理功能和存储服务功能；
（9）本系统软件平台能够同时在B/S及C/S方式下工作；
（10）多方式远程监控：
远程WEB、客户端系统控制；
（11）对监测的数据进行统计、分析和输出，根据需要选择不同的测点、不同的时间段，将数据以各种报表、统计图、曲线等方式显示出来；
（12）可根据其历史数据和当前数据可作出趋势图，来推断杆塔倾斜的发展速度与趋势，确定杆塔倾斜周期变化的规律；
（13）具有无限扩展功能；
（14）各地市局的监控中心与省公司监控中心采用LAN方式组网，省公司监控中心可以直接调用各地市局监控中心监测的数据，了解杆塔运行情况；
（15）可以从其它MIS系统进行接口；
（16）操作简单，界面美观；
（17）可终身免费升级。
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