输电杆塔无线应力监测系统的研究

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　　1 前言

　　随着人类社会的不断进步，日常生活对电的依赖越来越强，输电的通畅是人们正常生活的保证。输电线路由于自然和人为原因受到损坏，对人们的日常生活造成了巨大影响。

　　造成输电线路损坏的主要原因有以下两种：

　　一是由于气象条件的变化，外界环境中输电线路的外荷载也随之变化，起主要破坏作用的外荷载是覆冰和大风，其中覆冰对输电线路最有破坏力。

　　二是开采沉陷产生的地面变形，主要有垂直方向的移动和变形(下沉、倾斜、曲率、扭曲)，水平方向的移动和变形(水平移动、拉伸与压缩变形)以及地表平面内的剪应变。这些地表变形将直接对高压输电线路杆塔的基础、杆塔、档距产生影响，并进一步引起高压输电线路其它元素的变形，甚至倒塔。

　　由于这两种情况都有一个缓慢的过程，通过对杆塔主材应力变化的监测可以在杆塔破坏前发出预警，以供电力部门采取相应的措施。这样就可以避免破坏发生或减小破坏所带来的损失。

　　2方案

　　输电线路在承受外载荷时应力变化主要反映在连接金具上，而杆塔倾斜时应力变化主要发生在塔身主材上，所以应在连接金具和塔身主材上监测应力变化。根据理论分析和现场监测得出该系统方案如下：

　　该产品由应力监测子系统、GPRS 转发子系统、后台软件处理子系统三部分组成。系统构成如图 1。

　　2.1应力监测子系统

　　该子系统由两部分监测模块组成，其安装位置如图 2 所示，这两部分模块分别是：

　　一杆塔应力监测模块，该模块安装于杆塔四条塔身主材上，当杆塔发生倾斜时杆塔塔身的应力变化为倾斜侧应力增大，另一侧为应力减小，该模块将监测到的应力及倾角变化数据发回后台，由后台解算出杆塔的倾斜角度。

　　另一导线重量变化监测终端，该终端取代原有的连接金具悬挂于绝缘子和杆塔横担之间，可以实时监测到导线重量的变化，终端将监测到的数据发回后台，由后台结合倾角、温度等数据分析导线是覆冰还是摆动、舞动，如果是覆冰应能估算出覆冰厚度。这两部分终端由应力传感器(称重传感器)、倾角传感器、主机板、ISM通讯模块、锂电池组成。

　　这两种模块主机板采用低功耗CPU，系统休眠时功耗为50A×24h;系统工作时系统功耗 lmA×5s;无线模块功耗为 24mA×2s;应力传感器功耗10mA×50ms;倾角传感器功耗 20mA×0.5s，按以上计算系统理论功耗约为600mAh/年。系统电源采用两节2000mAh，3.6V 电池保证系统工作 3 年以上。