输电线路塔杆防倒检测预警系统及检测方法

技术领域

本发明涉及输电线路安全技术领域，具体地说是一种输电线路塔杆防倒检测预警系统及检测方法。

背景技术

输电线路风偏闪络导致线路跳闸是影响输电线路正常运行的重要因素之一。据统计资料，我国输电线路的跳闸事故多数是由于线路中绝缘子串风偏引起的，在风荷载作用下，输电线路悬垂绝缘子串容易发生位移，带动下端导线位移，使导线与塔杆之间的距离减小，即空气间隙减小，当这个空气间隙的耐受电压小于线路运行电压，此时线路电压将会击穿空气，对电线塔杆发生放电，导致电能损耗、线路跳闸等危险发生，严重情况甚至影响局部电网正常运行，造成重大的电能和经济损失。通过对近年来由于风偏闪络造成电网运行故障的原因进行分析可以看到，影响风偏的原因有很多，包括内因和外因，内因主要包括输电线路的档距、档数、导线型号、线路夹角线路运行电压等，外因主要包括风荷载、地形高差等。而且当输电线路发生风偏闪络致使线路跳闸后，该线路的合闸率很低，严重降低了电能的运输效率。

除风偏闪络之外，随着大风等强对流天气的频发，倒塔事故对输电线路的安全供电也产生了极大地威胁，也造成了较大的损失。通过对全国220KV线路的不完全统计，近15年来平均倒杆塔率为每百公里年0.01次，此值与欧美日相比，明显偏高。经分析，倒杆塔率高的基本原因是风荷载未考虑阵风的动力效应即风振，导致杆塔的实际抗风水平偏低，此外杆塔的结构强度、风力以及地貌等因素也会导致倒杆塔率的上升。深入研究特高压输电线路倒杆塔特性，对特高压输电线路倒杆塔进行风险评估和预警方法研究势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输电线路塔杆防倒检测预警系统及检测方法，通过对输电线路杆塔倾斜角度进行检测对杆塔防倒进行预警。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：输电线路塔杆防倒检测预警系统，包括检测组件和数据传输组件，所述检测组件包括支架、桶体和检测机构，所述支架与输电线路杆塔上端固定连接，所述桶体位于支架的底部，所述桶体顶部具有连接节，所述连接节位于桶体轴线上；所述检测机构包括固定杆、检测杆和摆锤，所述固定杆为沿周向均匀设置的多根且固定在桶体内壁，所述检测杆的一端滑动设置在固定杆内，所述检测杆的一端与固定杆之间具有弹簧，所述摆锤的上端与连接节转动连接，所述摆锤的下端具有配重块，所述配重块的底部具有压杆，所述桶体处于竖直状态时摆锤位于桶体轴线上，且所述压杆位于检测杆的另一端之间，所述固定杆内具有检测弹簧所受压力的压力传感器；

所述数据传输组件包括PLC控制器和5G模块，所述压力传感器与PLC控制器信号连接向PLC控制器传送压力数据，所述PLC控制器与5G模块信号连接通过5G模块将压力数据上传至监控端。

进一步地，所述支架包括两根安装臂，所述安装臂为“L”形结构，两所述安装臂的竖直部分之间具有上下设置的侧杆和底杆，两所述安装臂的水平部分之间具有底板；所述侧杆、底杆与输电线路杆塔固定连接，所述桶体位于底板上。

进一步地，所述支架上具有光伏板，所述光伏板为压力传感器、PLC控制器和5G模块提供电能。

进一步地，所述桶体顶部具有桶盖，所述桶盖与底板固定连接，所述桶盖与桶体螺纹连接。

进一步地，所述摆锤的上端具有连接头，所述连接头具有球形外壁，所述连接节内具有球形内腔，所述连接头位于球形内腔中与连接头360度转动连接。

进一步地，所述检测杆一端端部具有滑板，所述滑板滑动设置在固定杆内的弹簧腔内，所述弹簧的一端与滑板固定连接，所述弹簧的另一端与弹簧腔内壁固定连接。

进一步地，所述桶盖与底板之间具有调整组件，所述调整组件包括第一安装壳和第二安装壳，所述第一安装壳顶部与底板固定连接，所述第一安装壳下部与第二安装壳上部转动连接，所述第二安装壳下部与桶盖转动连接；所述第一安装壳内具有驱使第二安装壳在第一竖直面内旋转的第一调整机构，所述第二安装壳内具有驱使桶盖在第二竖直面内旋转的第二调整机构，所述第一竖直面与第二竖直面垂直。

进一步地，所述第一调整机构包括转动安装在第一安装壳内的第一蜗杆、与所述第一蜗杆啮合的第一蜗轮，所述第一蜗轮的蜗轮轴与第二安装壳固定连接，所述第一蜗杆的蜗杆轴上固定有第一手柄。

进一步地，所述第二调整机构包括转动安装在第二安装壳内的第二蜗杆、与所述第二蜗杆啮合的第二蜗轮，所述第二蜗轮的蜗轮轴与桶盖顶部的下耳板固定连接，所述第二蜗杆的蜗杆轴上固定有第二手柄。

本发明还提供一种输电线路塔杆防倒检测方法，包括以下步骤：

（1）将预警系统安装在输电线路杆塔上，并保证摆锤位于桶体轴线上；

（2）检测固定杆内弹簧所受压力，并将弹簧所受压力数据上传至PLC控制器，通过PLC控制器计算杆塔倾角；

（3）通过PLC控制器将倾角数据上传至监控端，当倾角大于阈值时，向监控端发送预警提示。

本发明的有益效果是：本发明安装于输电线路杆塔上端，当输电线路杆塔发生倾斜时，输电线路杆塔上端倾斜角度大，进而通过对输电线路杆塔上端倾角进行检测，可以及时发现输电线路杆塔存在的倾斜现象；本发明的检测机构设置在桶体内，可以避免自然风对检测机构的正常工作造成影响；本发明由摆锤、固定杆、弹簧和检测杆构成的检测机构结构简单，当杆塔倾斜时，摆锤发生相同角度的倾斜，对摆锤倾斜角度的测量转化为对检测杆位移的测量，对检测杆位移的测量转化为对弹簧压力的测量，测量数据单一且弹簧在弹性范围内不易失效。

附图说明

图1为本发明预警系统实施例一的三维图之一；

图2为本发明预警系统实施例一的三维图之二；

图3为本发明预警系统实施例一的左视图；

图4为本发明预警系统实施例一的检测组件透视图；

图5为本发明预警系统实施例一的检测组件剖视图；

图6为本发明预警系统实施例一的桶体内部结构示意图；

图7为本发明预警系统在杆塔上的安装示意图；

图8为本发明预警系统实施例一的压杆压动检测杆移动后的示意图；

图9为本发明预警系统实施例一的压杆与桶体同轴设置时的示意图；

图10为本发明预警系统实施例一的桶体随杆塔倾斜后压杆与桶体、检测杆位置关系图；

图11为本发明预警系统实施例一的压杆偏移量、摆锤有效长度和桶体倾斜角度关系图；

图12为本发明预警系统实施例一的桶体仰视图；

图13为本发明预警系统实施例二的左视图；

图14为本发明预警系统实施例二的检测组件和调整组件的三维图；

图15为本发明预警系统实施例二的调整组件中第一调整机构的示意图；

图16为本发明预警系统实施例二的调整组件中第一、第二调整机构的位置关系示意图；

图17为本发明预警系统的数据传输组件的结构图；

图中：1支架，11安装臂，12底杆，13侧杆，14底板，2光伏板，21限位块，3桶盖，31安装环，32连接杆，33连接节，34下耳板，4桶体，41固定杆，411弹簧腔，42检测杆，421滑板，43弹簧，44底孔，5摆锤，51连接头，52配重块，53压杆，54色环，6杆塔，7第一安装壳，71第一蜗杆，711蜗杆轴，72第一蜗轮，73第一蜗杆支座，74第一手柄，8第二安装壳，81第二蜗杆，82第二蜗轮，83第二蜗杆支座，84第二手柄，85上耳板。

具体实施方式

如图1至图17所示，本发明的预警系统包括检测组件、数据传输组件，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1至图12所示，实施例一的输电线路塔杆防倒检测预警系统包括检测组件和数据传输组件，如图1至图6所示，检测组件包括支架1、桶体4和检测机构，如图1至图3所示，支架1包括两根安装臂11，安装臂11为“L”形结构，两安装臂11的竖直部分之间具有上下设置的侧杆13和底杆12，两安装臂11的水平部分之间具有底板14，如图7所示，安装时，使用螺栓将侧杆13、底杆12与输电线路杆塔6固定连接在一起，进而实现杆塔6与本发明预警系统的连接。具体为支架1的侧杆13和底杆12与输电线路杆塔6上端固定连接，输电线路杆塔上端倾斜角度和位移大，便于检测预警系统及时的检测出杆塔倾斜问题。安装臂11、底杆12和侧杆13均采用角钢，方便获得且便于与杆塔6连接。

如图3所示，桶体4位于底板14的底部，如图4所示，桶体4顶部具有连接节33，连接节33位于桶体4轴线上。检测机构包括固定杆41、检测杆42和摆锤5，如图4和图6所示，固定杆41为沿周向均匀设置的多根且固定在桶体4内壁，检测杆42的一端滑动设置在固定杆41内，检测杆42的一端与固定杆41之间具有弹簧43，弹簧处于自然状态时，检测杆42伸出固定杆41的长度最大。摆锤5的上端具有连接头51，连接头51具有球形外壁，连接节33内具有球形内腔，连接头51位于球形内腔中与连接节33之间360度转动连接。进而，当桶体4随杆塔向任一方向倾斜时，摆锤5均能相对桶体轴线倾斜，即摆锤5相对连接节33转动，如图8所示，此时压杆53挤压倾斜方向的检测杆42，使得检测杆42伸入固定杆41内一段，此时弹簧43受压。连接节33的球形内腔中具有润滑油，以减小连接头51与连接节33之间的摩擦力，确保摆锤5能够相对连接节33灵活转动。摆锤5的下端具有配重块52，配重块52为金属件，重量大，配重块52的设置，便于桶体4倾斜时摆锤5能够及时的与连接节33之间发生相对转动。配重块52的底部具有压杆53，如图9所示，桶体4处于竖直状态时摆锤5位于桶体4轴线上，压杆53位于检测杆42的另一端之间，此时检测杆42另一端端部与压杆53轴线之间的距离最大，记为d。固定杆41内具有检测弹簧43所受压力的压力传感器，当杆塔发生倾斜后，如图10所示，桶体4虽然与杆塔发生同步倾斜，但摆锤5依然保持竖直状态，此时的摆锤5与桶体4轴线之间的夹角β即为桶体4的倾角。压杆53随桶体4倾斜而与倾斜方向的检测杆42另一端端部接触，并挤压检测杆42向固定杆41内移动一段。压力传感器检测到的弹簧压力为F时，弹簧形变量为x=F/k，其中k为弹簧的劲度系数。压杆53的偏移量为y=d+x，摆锤有效长度L等于连接头51球心至压杆53中段的距离，如图11所示，压杆偏移量d+x、摆锤有效长度L和桶体4轴线之间够成直角三角形，由于L和d为固定值，x可通过检测弹簧压力计算得到。因此摆锤5倾角β=arcsin｛（d+x）/L｝，其中x=F/k。由于桶体4倾角不同时，摆锤5与检测杆42另一端端部的接触点不同，此时将弹簧43形变量与d的和作为压杆偏移量稍有误差，可通过减小压杆53外径、增大摆锤5有效长度来缩小上述误差的影响。

如图17所示，数据传输组件包括PLC控制器和5G模块，压力传感器与PLC控制器信号连接向PLC控制器传送压力数据，PLC控制器内根据压力传感器检测的压力数据F、弹簧43的劲度系数k以及摆锤5的有效长度L计算桶体4的倾角β，5G模块与监控端通信，PLC控制器与5G模块信号连接通过5G模块将压力数据上传至监控端。

如图1、图2所示，支架1上具有光伏板2，光伏板2为压力传感器、PLC控制器和5G模块提供电能。在底板14顶部设有限位块21，限位块21上具有安装斜面22，一方面限位块21的设置便于光伏板2的安装固定；另一方面限位块21上安装斜面22的设置，为安装光伏板2时的倾斜摆放提供安装基础。

如图4、图5所示，桶体4顶部具有桶盖3，桶盖3与底板14固定连接，桶盖3底部具有安装环31，安装环31外壁具有外螺纹，安装环31与桶体4螺纹连接。桶体4与桶盖3可拆卸安装方式，以及桶盖3与支架1的底板14固定连接，便于更换、维护桶体4。

如图5所示，检测杆42一端端部具有滑板421，滑板421滑动设置在固定杆41内的弹簧腔411内，弹簧43的一端与滑板421固定连接，弹簧43的另一端与弹簧腔411内壁固定连接。滑板421的设置，便于弹簧43的装配。

将检测预警系统安装在杆塔6上后，应确保摆锤5位于桶体4轴线上作为杆塔未发生偏斜的基准，即对摆锤5进行校准，这样当杆塔发生倾斜时，可以精确测量摆锤5倾角。将检测预警系统安装在杆塔上后，为便于对摆锤5进行校准，如图12所示，在压杆53底部设有圆环形的红色或绿色的色环54，在桶体4底部中心设置底孔44，透过底孔44观察色环54与底孔44的同心度，即可判别压杆53是否位于桶体4轴线上。当压杆53位于桶体4轴线上时，即实现了对摆锤5的校准。底孔54的设置，还可保持桶体内气压处于自然状态，进而使得摆锤5自然摆动。

为实现对摆锤5的校准，桶盖3与底板14之间具有调整组件。如图13至图16所示，为本发明的实施例二，与实施例一的区别在于，实施例二中包括调整组件，调整组件包括第一安装壳7和第二安装壳8，第一安装壳7顶部与底板14固定连接，第一安装壳7下部与第二安装壳8上部转动连接，第二安装壳8下部与桶盖3转动连接。第一安装壳7内具有驱使第二安装壳8在第一竖直面内旋转的第一调整机构，第二安装壳8内具有驱使桶盖3在第二竖直面内旋转的第二调整机构，第一竖直面与第二竖直面垂直。根据摆锤5偏斜方向，通过第一、第二调整机构调整桶体4至竖直方向，此时摆锤5位于桶体4轴线。

如图13至图16所示，第一调整机构包括转动安装在第一安装壳7内的第一蜗杆71、与第一蜗杆71啮合的第一蜗轮72，第一蜗轮72的蜗轮轴与第二安装壳8固定连接，第一蜗杆71的蜗杆轴711上固定有第一手柄74。为便于装配，在第一安装壳7内设有一对第一蜗杆支座73，第一蜗杆71转动安装在两第一蜗杆支座73之间。第一蜗轮72的蜗轮轴上固定有上耳板85，上耳板85与第二安装壳8顶部固定连接，且上耳板85与第一安装壳7滑动连接，滑动方向为以第一蜗轮72中心为圆心的圆弧方向，进而第一蜗轮72转动时带动第二安装壳8相对第一安装壳7旋转。第一蜗杆71的蜗杆轴711伸出第一安装壳7，并在蜗杆轴711端部具有伸出第一安装壳7的第一手柄74。第二调整机构包括转动安装在第二安装壳8内的第二蜗杆81、与第二蜗杆81啮合的第二蜗轮82，在第二壳体8内设有两个第二蜗杆支座83，通过第二蜗杆支座实现对第二蜗杆81的安装。第二蜗轮82的蜗轮轴与桶盖3顶部的下耳板34固定连接，第二蜗杆82的蜗杆轴711上固定有第二手柄84。旋转第二手柄84时，第二蜗杆81转动，带动第二蜗轮82转动，进而驱使桶盖3的旋转，桶盖3旋转时带动桶体4的旋转。下耳板34与第二壳体8之间滑动连接，且滑动方向为以第二蜗轮82中心为圆心的圆弧方向。

需要调整桶体4倾斜角度时，可根据需要，旋转第一手柄74使得桶体4在第一竖直面内旋转，然后旋转第二手柄84使得桶体4在第二竖直面内旋转，直至摆锤5移动至桶体4轴线上。调整好桶体4安装位置后，将第一手柄74与第一壳体7锁止固定，将第二手柄84与第二壳体8锁止固定，进而实现对已调整好的桶体4的固定保持。

本发明还提供一种输电线路塔杆防倒检测方法，包括以下步骤：

（1）将预警系统安装在输电线路杆塔上，并保证摆锤位于桶体轴线上；

（2）检测固定杆内弹簧所受压力，并将弹簧所受压力数据上传至PLC控制器，通过PLC控制器计算杆塔倾角；

（3）通过PLC控制器将倾角数据上传至监控端，当倾角大于阈值时，向监控端发送预警提示。

本发明的有益效果是：本发明安装于输电线路杆塔上端，当输电线路杆塔发生倾斜时，输电线路杆塔上端倾斜角度大，进而通过对输电线路杆塔上端倾角进行检测，可以及时发现输电线路杆塔存在的倾斜现象；本发明的检测机构设置在桶体内，可以避免自然风对检测机构的正常工作造成影响；本发明由摆锤、固定杆、弹簧和检测杆构成的检测机构结构简单，当杆塔倾斜时，摆锤发生相同角度的倾斜，对摆锤倾斜角度的测量转化为对检测杆位移的测量，对检测杆位移的测量转化为对弹簧压力的测量，测量数据单一且弹簧在弹性范围内不易失效，进而确保检测精度。