杨斌
深圳供电局有限公司，深圳，0755
摘要：为了精确量化监测，动态跟踪并分析输电线路铁塔位移及倾斜的大小及变化趋势，有效监测输电线路杆塔位移及沉降变化，实时直观的掌握电力铁塔及设备地基表面位移及本体倾斜状态，本课题基于北斗差分定位技术研究并设计了一套输电线路杆塔倾斜事实监测系统，替代人工巡检方式，实现了杆塔倾斜、微气象等特征量的全天候、自动化监测、分析和预警，为紧急负荷转移提供决策依据，大幅减少因基础变形导致的倾斜、倒塌及引发的电网事故事件，同时也减少人工频繁巡视的成本和降低人身安全风险。
关键词：北斗差分、在线监测、安全生产
前言：近年来，随着电网的建设规模不断扩大，使得高压电力设备随之不断增多。由于电网的整体结构越来越复杂，各类故障和事故的发生频率也越来越高，这在一定程度上影响了电网的安全、稳定、可靠、经济运行，尤其在地质灾害频繁地区，雨季山体滑坡和外力破坏容易造成输电线路铁塔塔基、设备基础沉降及位移、塔身倾斜的问题。目前，杆塔基础位移或沉降只能通过人工巡视发现，且隐患治理后，无法进行治理效果的跟踪和评估，严重影响电网安全稳定运行。本课题研究成果的应用为铁塔的安全监测与运行管理决策提供有力支持，大幅减少了因基础变形导致的倾斜、倒塌及引发的电网事故事件，同时也减少人工频繁巡视的成本和降低人身安全风险，项目对提升供电企业防灾减灾及应急处置能力，提升输电线路远程可视化运维水平具有重要意义。
1目的和意义
架空输电线路杆塔倾斜在线监测系统是根据倾角传感器和监控摄像头、北斗模块相互配合，建立全天候无人值守监测，全天候、自动化监测的实时监测电力铁塔形变点的空间移动、监测线路沉降、倾斜状态，并通过北斗传输模块传至监控站，电力人员可通过系统后台随时查看杆塔倾斜形变区的变形状况、几何线形以及位置情况，特别是对于户外、无人区、信号差的山区、无信号区，通过“北斗”传送数据，可以解决传统数据传输的短板。通过对监测到的数据进行加工、处理和分析后，利用各种图表、视频、图片及数字地图的形式进行直观、可视的分析和展现，从而为线路运维管理人员提供智能、自动的分析、预警和辅助决策支持，该成果的研究及应用，对实现输电线路运行状态的实时监测和远程运维，提高供电企业电网运行维护管理水平，提升输电线路防灾减灾及应急处置能力具有重要意义。
2主要研究内容及效果
本课题研究基于北斗差分定位技术的杆塔基础位移沉降在线监测系统，实现了输电杆塔的实时、精确量化监测，动态跟踪并分析铁塔基础位移及倾斜的大小及变化趋势，有效监测输电线路杆塔位移及沉降变化情况，替代人工巡检方式，实时直观的掌握电力铁塔及设备地基表面位移及本体倾斜等状况，有利于杆塔倾斜防控工作的实施。研究内容由杆塔倾斜监测装置、北斗差分解算装置、微气象监测装置三部分组成。
2.1杆塔倾斜监测装置
本课题研究的杆塔倾斜监测装置，分室内和室外设备，室内设备主要由北斗多星导航定位接收机、不间断电源、通讯设备、雷电防护设备、计算机、集成柜等组成；室外设备主要由天线、观测墩、避雷针、防护栏等组成，具备实时进行卫星定位数据跟踪、采集、记录、设备完好性监测等功能，主要由倾斜仪设备和解算设备统一完成解算，倾斜监测设备安装于杆塔的平台、墩处，实时在线监测地表位移、地表裂缝、杆塔倾斜、降雨量等数据，当铁塔表面发生位移变化时，多个监点的倾斜设备会回传数据到现场的解算仪器上进行实时解算，解算完成的数据会通过网络模块通过4GAPN通道回传至系统中，供运维管理人员远程进行监测和分析，从而采取科学、可靠的预防措施。
2.2北斗差分解算装置
本课题研究的北斗差分解算装置采用的是多星参考站接收机，针对常规GNSS监测方法的局限性而开发，采用了当前最先进的 GNSS算法—卡尔曼滤波三差解，解决了RTK算法必须求解整周模糊度而带来的相关局限性。如环境变化、电磁干扰、卫星阻挡及时间不同步等。软件将原来在接收机内进行解算的工作移植到性能更高、速度更快、更稳定的计算机上来进行。系统中所有的GNSS原始数据（美国 GPS、北斗二代卫星、GLONASS 等）都通过网络（有线/无线）传回到控制中心的计算机上，软件对所有数据进行同步的、实时的解算。同时，所有的GNSS接收机设置也都通过控制中心的计算机来执行。所有的数据及相关设置都采用工业级通讯协议 TCP/IP 协议，完全实现无人值守及远程控制。每个GNSS接收机只需要输出GNSS的原始数据和星历，原始数据包含了GNSS解算所有必要的伪距和载波相位数据等，数据通过广域网、局域网络、串口、无线设备等传在线监测及辅助决策模块，在线监测及辅助决策模块根据每台GNSS接收机对应的IP地址和端口号，获得每个监测点的原始实时数据流，并自动对其进行实时或准实时差分解算，得到各个监测站的坐标，并存入数据库或发送给客户端。
2.3微气象监测套件
本课题微气象监测套件安装于输电线路杆塔处，是一套针对输电线路在特殊地点的气象环境监测而设计的多要素微气象监测系统，可监测环境温度、湿度、风速、风向、气压气象参数，并将采集到的各种气象参数及其变化状况，通过手机无线网络实时的传送到系统主机中，系统主机可对采集到的数据进行存储、统计与分析，并将所有数据通过各种报表、统计图、曲线等方式显示给用户。当出现异常情况时，系统会以多种方式发出预报警信息，提示管理人员应对报警点予以重视或采取必要的预防措施。
4 应用效果
该装置通过在云南电网临沧供电局220kV博南II回线#354塔、110kV勐大捧线#40塔的试点应用，其功能和性能满足输电线路杆塔倾斜监测的应用要求，实现了地表位移、地表裂缝、杆塔倾斜毫米级的全天候的连续监测和远方可视化运维，其监测结果与人工现场测试数据几乎一致，装置运行稳定，具有良好的可靠性，该装置的应用有利于及时发现、分析并消除铁塔倾斜、沉降等位移隐患，对提高输电线路运行管理的时效性和可靠性具有重要意义。
结论：综上所述，本项目充分利用了GNSS技术、倾斜监测技术和移动应用技术、网络通信技术、移动互联网技术、自组网无线传输技术，研究的杆塔倾斜在线监测应用套件，实现了杆塔巡检无人化、杆塔状态实时管控。相关管理人员利用该套件，输电线路运维监督管理人员不再受时间地点的限制，即可全方位、可视化、多专业地对杆塔监测情况进行协同巡查，实时掌控预警信息，远程诊断并指导现场工作，为解决当前输电线路监督管理人员不足、设备状态不到位、掌控难、预警慢等问题提供了新的手段和方法。
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