發布日期：2022-05-20 點擊率：48
一、 系統背景
安裝在野外的輸電線鐵塔，雖然地基堅固，但是由于長期受到地殼運動、天氣環境、人為施工（如修公路等情況下的野外爆破）等的影響，容易發生傾斜。當傾斜達到一定程度，或者由于傾斜造成的鐵塔應力變化，均有可能使得鐵塔發生形變，從而引發輸電線舞動、斷裂，甚至鐵塔倒塌等生產和安全問題。
而對于鐵塔傾斜的早期預測，目前采用的辦法是巡線的工作人員，攜帶笨重的儀器設備，到達鐵塔附近，然后展開設備進行測量。這樣不但效率低，而且也不準確、及時，并不能從根本上解決鐵塔傾斜的早期預測，及時排除安全隱患，保證生產的正常進行。
由于以上原因，目前需要有一種能夠完成鐵塔傾斜自動檢測的辦法，同時需要將野外現場的檢測信號傳送到監測中心，并且發布在安全生產的內部網絡上，這樣方便有關人員實時監測、統計、分析。本方案利用成熟的、低成本GPRS 技術，在保持系統可靠性的同時，保證了系統的先進性。每個無線檢測模塊安裝靈活，無需其他線路的布線，所以也就更加安全、可靠。另外，將多個測量點的數據連接成網絡后，便于統一管理，實現管理的網絡化、自動化。
二、系統設計目標
本系統設計目標分三步，首先設計無線終端采集設備，包括形變、傾斜、振動傳感器選型、定型，采集電路及處理算法實現；然后根據鐵塔結構特點設計無線終端設備的安裝及系統工作電源設計；最后設計后端處理軟件，使得鐵塔傾斜、振動檢測自動化、無線化、網絡化和安全化。
三、系統的組成
本系統由傳感器模塊、無線檢測終端、系統電源、Web 服務器及其管理軟件組成。其中前三個在本系統中安裝在現場，稱為前端設備。
無線檢測終端安裝在檢測點附近，負責采集來自傳感器模塊的傾斜度、振動等數據，并將這些數據轉換成無線信道數據發射出去；Web 服務器配備無線接收模塊一個和服務器一臺，它接收來自無線檢測終端的無線信道數據，并把它記錄在本地數據庫中，使得通過認證的用戶可以通過IE 瀏覽器訪問。無線檢測終端、傳感器模塊、系統電源的蓄電池安裝在一個金屬外殼的機箱里，在殼體外部固定太陽能電池，并統一安裝在鐵塔上。
3.1、系統構成
采用無線網絡技術的無線檢測系統，實現了對鐵塔傾斜度和振動進行實時在線檢測，經過與電力系統內部網絡連接，在中心監控室內就可以監視運行狀態，真正做到了遠距離遙測，當被測點傾斜度或者振動超過預先設定的閥值時，就發出報警信號及時提醒有關人員采取措施。
3.2、系統特點
實時性：實時在線監測；
準確性：測量傾斜度精度可達±0.1°；
靈活性：用戶可根據自己的需求，靈活、方便的設置參數；
安全性：不論是產品、還是工具及其維護，都具有系統安全性和可靠性；
采集方式：定時采集。
圖 1 系統構成網路結構圖
1）傳感器部分
傾角傳感器如下圖所示：
圖 2 傾角傳感器示意圖
振動傳感器示意圖如下：
圖 3 振動傳感器示意圖
2）無線檢測終端
無線檢測終端是本系統的核心，負責本系統的傾角、振動數據采集和GPRS數據傳輸。由于采用國外成熟的射頻發射接收集成電路，工作穩定可靠，經多次工程應用測試，完全滿足系統設計指標。
GPRS 數據傳輸部分采用被動傳輸的辦法，即，當有超過門限值的振動，才將數據上傳；或者，定時將，采集到的傾角檢測數據上傳。所以并不需要時刻將設備連接到GPRS 網絡上，也不需要不停的傳輸數據，所以GPRS 數據流量并不大。
假設，定時1 小時采集一次傾角數據，并上傳。每次采集到的傾角數據按照100 個字節計算，每次上傳數據所需要其他網絡數據流量400 字節，共計500 字節；每天需要的流量為12K 字節，每個月需要的流量為360K 字節。另外，如果有超過預設門限的振動，會同時上傳數據，假設每次上傳數據量也為500 字節；每天假設有一次振動數據上傳，則每月流量為15K 字節。共計流量375K 字節。
考慮其他未知原因，每月流量定為500K 字節。目前，中國移動的GPRS 收費為0.01 元/K 字節，則每月費用為5 元。如果流量很大，則可以考慮，包月的GPRS網絡，一般費用為5 元包10M 字節流量，完全夠用。因此，日常維護費用是很低的，基本上每個點的月費用在5 元以內。
3）供電電源
根據本系統構成框圖，由于無線檢測終端置于鐵塔上，即戶外，必須采用電池供電的方式；又由于無線檢測終端內包括無線傳輸模塊和傳感器模塊。所以，系統供電電源采用太陽能電池，提供12V 電壓和12Ah 的電流，并配置太陽能電池專用蓄電池，以便在陰雨天氣為系統提供足夠的電能，在天氣較好的時候又能夠儲存電量。
4）數據遠傳
1、無線網絡接口數據傳輸：由于采用成熟的GPRS 通訊方式，只要有移動網絡的地方都可以將數據傳回監控中心。
2、以太網方式數據發布。在具有以太網接口的機房，可通過10M/100M 網口把從無線網采集到的傾斜度、振動和其他數據直接傳輸到控制中心。
3.3、檢測中心的軟件
檢測中心軟件為運行在Windows上的圖形化服務器軟件，客戶端直接通過IE瀏覽器直接訪問服務器，查詢各種形式的傾斜度、振動數據。
1） 圖形顯示形式：可監測到現場傾斜度、振動連續變化的情況，以曲線圖的形式表現；也可以監測到傾斜度、振動離散變化的情況，以柱狀圖的形式表現；
2） 實現傾斜度、振動數據的存儲和管理。能實現歷史數據查詢：根據用戶設定的時間段、無線檢測節點地址、傳感器編號進行歷史數據的查詢。根據查詢結果及樣式打印報表（報表可定制）；
3） 當傾斜度、振動超過規定值，發出報警信息，提示操作人員對相應刀閘進行故障排查；
4） 本控制系統應用軟件采用外掛式或嵌入式（留有接口）設計，軟件安裝容易，操作簡單，功能齊全，維護方便。在具有和機房數據通訊的條件下，管理人員可遠程對每個傾斜度、振動傳感器進行報警值的設置，定義不同級別的報警方式。如有異常可以及時通過聲音等方式通知管理人員。報警時軟件中報警項顯示為紅色。
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