彭松枭 袁里
【摘 要】论文探讨了输电线路杆塔倾斜监测问题，研究利用北斗导航系统三维定位技术，并应用RTK算法、惯性测量、序列学习及静态后处理技术，精确地对电力铁塔倾斜进行全天候监控、预警，以满足电力信息化支撑功能的需求，保障输电线路的安全运行。
【Abstract】This paper discusses the problem of oblique monitoring of transmission line tower. This paper studies the use of three-dimensional location technology of Beidou navigation system， and the application of RTK algorithm， inertial measurement， sequence learning and static post-processing technology to accurately monitor and warn the obliqueness of power iron tower all day， so as to meet the needs of power informatization support function and ensure the safe operation of power transmission line.
【关键词】输电线塔;北斗;倾斜监测
【Keywords】transmission line tower; Beidou; oblique monitoring
【中图分类号】TM752 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）12-0175-02
1 引言
近年来，因自然灾害和人为等因素造成电力铁塔倾倒和损坏的事故时有发生，极大地影响了电力传输系统的安全可靠运行，造成巨大的经济损失。依据DL/T 741—2010《架空输电线路运行规程》中电力直线杆塔监测要求，经常出现人工巡检效率低、肉眼难以观察到其初期微小变化、复巡周期长无法全天候监测、缺乏智能化预警及统计分析功能等问题。目前，常规的杆塔倾斜测量方法有经纬仪测量法、平面镜测量方法和倾角仪法等。经纬仪法受地形条件影响大，平面镜测量方法要求平面镜与测量中心线所在平面垂直不易操作，倾角仪法受温度环境影响大且不能反映沿塔高方向的姿态变化。本文设计研究了一种基于北斗定位的方法，建立杆塔倾斜计算模型，实现各种极端环境和特殊地形下杆塔倾斜度及姿态的实时监测与预警[1]。
2 输电线塔倾斜监测原理
输电线塔倾斜监测中北斗系统主要由北斗卫星接收基准站、监测站、通信网络、数据分析处理中心、远程监控平台等组成。北斗定位系统直接解算测点坐标数据，通过测点天线接收卫星导航信号，利用卫星导航高精度差分定位实现毫米级的高精度坐标定位。为获取杆塔倾斜值，将三个北斗天线分别安置在输电线塔顶部的三个拐角点上，利用姿态测量原理和卫星相对定位，计算得到三点构成的夹角，进而获取1-2与1-3方向的倾斜角，即杆塔在两个方向的倾斜。
3 北斗倾斜监测系统设计
从系统组成的角度看，倾斜监测系统由如下部分构成：传感器层、数据采集层数据采集卡板、无线传输层、现场区域中心基站、电网监控中心客户端。由于杆塔北斗天线的安装位置均位于杆塔端部，因此，需使用无线通信手段，选用GSM通信方式，减少空间距离带来的干扰。但由于输电线路杆塔数量庞大，每基杆塔配置相应的GSM模块将极大地增加成本。采用Zigbee短距离无线数据传输技术，可在较低成本的基础上满足实际使用功能。Zigbee是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术，具有模块功耗低、简单易用、成本低、通信可靠稳定等特点，可满足杆塔间通信需要。杆塔间采用Zigbee通信，而杆塔和控制室间采用GSM通信，以达到降低成本的目的[2]。
4 倾斜监测数据的智能分析与处理
为对倾斜监测原始数据进行分析及对杆塔倾斜发展进行预测，从而对可能发生的险情进行预警，达到避灾或减灾的目的，本技术采用“卡尔曼滤波”方法对定位结果进行平滑和预测，并用支持向量机进行分析推理。
卡尔曼滤波器的操作包括两个阶段：预测与更新。在预测阶段，滤波器使用上一倾斜状态的估计，对当前倾斜状态进行估计;在更新阶段，滤波器利用对当前倾角状态的观测值优化在预测阶段获得的预测值，以获得一个更精确的新估计值。卡尔曼滤波预测状态计算公式如下：
5 系统试验及工程应用研究
北斗倾斜监测系统会经受高低温等恶劣环境，为保障系统在输电线塔工作环境下运行的可靠性，进行了干扰试验。
5.1 高低温试验
从0°C逐渐升到50°C，在50°C时保持温度恒定，观测时间为晚上8：00至第二天早上8：00，数据接收12个小时，共解算40组数据。角度误差为0.0401°，小于0.050°。从0°C逐步降到在-30°C，保持温度不变。观测时间为晚上8：00至第二天早上6：00，数据接收10个小时，角度的误差为0.0389°，小于0.050°测试结果表明北斗系统受温度影响较小。
5.2 高压电场干扰试验
将被测试GPS倾斜监测设备处于开机状态，放入高电压测试环境中，将GPS天线安置于高压电线下方1m处。在有无磁干扰与加电磁干扰的情况下分别测试。测试结果表明：在加压、不加压两种情况下，测量结果基本不变。
在乌鲁木齐米东区750kV（超高压）电力铁塔上布设应用了本文研发的系统（图3），太阳能板抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），系统终端能存储30天数据。塔上坐标定位精度为2～3mm（静态相对定位），铁塔倾斜度测量精度为0.003%。经过一年多的连续监测，铁塔倾斜度为0.16%，未发生持续性的倾斜。
6 结语
本文创新地将北斗系统研究应用到电网输电线塔倾斜在线监测预警中，研究应用表明，采用北斗姿态测量技术监测电塔倾斜，无需稳定的地面基准点，将传统的后端模糊度解算技术改为现场分布式解算，有效地减少了数据传输量，可结合GPS采用两个卫星系统的多频信号，利用组合信号，可以提高定位的精度，缩短定位的时间，检测定位中的粗差数据，提高定位可靠性。该系统成功应用于乌鲁木齐超高压电力铁塔，实现了电力铁塔的高精度、远程、自动化监测，具有重要的应用价值。
【参考文献】
【1】黄新博，孙钦东，王小敬，等.输电线路危险点远程图像监控系统[J].高电压技术，2007，33（8）：7-9.
【2】王登峰.电力杆塔倾斜实时检测系统预警系统的设计[J].实用技术，2012，21（5）：35-37.
