電力設(shè)備周?chē)鷦?dòng)土在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置探討

時(shí)間:2022-07-27 11:31:34

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電力設(shè)備周?chē)鷦?dòng)土在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置探討

隨著大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)的廣泛應(yīng)用和迅猛發(fā)展,電力系統(tǒng)日益復(fù)雜和脆弱[1],自然災(zāi)害因其突發(fā)性和破壞性,已成為威脅電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素[2]。電力桿塔基礎(chǔ)是電力線(xiàn)路的重要組成部分,受線(xiàn)路走廊氣候和地形、區(qū)域地質(zhì)、巖土體類(lèi)型以及地下水等因素的影響,桿塔基礎(chǔ)容易產(chǎn)生災(zāi)變損傷及環(huán)境巖土工程問(wèn)題,甚至發(fā)生倒塔事故[3]。根據(jù)《架空輸電線(xiàn)路運(yùn)行規(guī)程DLT741-2010》[4],6.4.2條“不同區(qū)域線(xiàn)路(區(qū)段)巡視周期的一般規(guī)定”:城市(城鎮(zhèn))及近郊區(qū)域的巡視周期一般為1個(gè)月;遠(yuǎn)郊、平原等一般區(qū)域的巡視周期一般為2個(gè)月。供電公司巡線(xiàn)部門(mén)克服困難,放棄休假日,每天翻山越嶺,根據(jù)規(guī)程要求的巡視周期按時(shí)完成巡線(xiàn)任務(wù)。但仍無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的需求。因此通過(guò)技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桿塔基礎(chǔ)周?chē)膭?dòng)土情況,預(yù)警電力設(shè)備周?chē)?/a>地質(zhì)振動(dòng),保證電力線(xiàn)路安全穩(wěn)定運(yùn)行十分必要。本文研制了一套電力設(shè)備周?chē)?a href="http://www.eimio.cn/article/758122.html" target="_blank">動(dòng)土在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置,通過(guò)在桿塔基礎(chǔ)下方及外周地下布設(shè)多個(gè)位移傳感器,能實(shí)時(shí)檢測(cè)到地面發(fā)生垂直方向和水平方向位移,并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行報(bào)警。該系統(tǒng)能夠有效預(yù)判電力設(shè)備周?chē)临|(zhì)位移,對(duì)提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有實(shí)際意義。

1裝置總體方案

本文研制的電力設(shè)備周?chē)鷦?dòng)土在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用示意圖如圖1所示。其采集裝置主要包括:埋設(shè)在桿塔下方地基內(nèi)的位移傳感器、處理器和無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊;設(shè)置在桿塔基礎(chǔ)下方的中心位移傳感器,圍繞中心位移傳感器設(shè)置在地基內(nèi)的多個(gè)內(nèi)部位移傳感器。為了可以監(jiān)測(cè)到距桿塔基礎(chǔ)中心8米圓周內(nèi)寬度大于8mm的相對(duì)位移,滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)報(bào)警的需求,本文將總體方案分為位移檢測(cè)部分、通信與控制部分、電源部分,如圖2所示。其中,電源部分包括存儲(chǔ)模塊和電能管理模塊,為通信及控制部分提供電能;位移檢測(cè)部分包括位移傳感器模塊和越限觸發(fā)模塊,來(lái)感知土層裂縫(相對(duì)位移),當(dāng)寬度大于8mm時(shí)接通內(nèi)部開(kāi)關(guān),將電能送到通信及控制部分;通信及控制部分包括保護(hù)單元模塊、信息通道模塊和控制中樞模塊,其功能為對(duì)位移檢測(cè)單元輸送來(lái)的電信號(hào)進(jìn)行報(bào)警。下面分別介紹各部分的組成及功能。

2電源部分

2.1存儲(chǔ)模塊及充電器

由于桿塔較多,監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣,若存儲(chǔ)模塊續(xù)航能力較差,則更換電池工作將十分繁重,因此要求存儲(chǔ)模塊續(xù)航能力強(qiáng),能夠?yàn)楸O(jiān)測(cè)設(shè)備提供持續(xù)2年運(yùn)行的電源。本文選用具有更強(qiáng)續(xù)航能力的超級(jí)電容。對(duì)于超級(jí)電容的充電方式,本文對(duì)比了恒流充電、無(wú)線(xiàn)脈沖充電、恒壓充電,3中充電方式,最終選擇無(wú)線(xiàn)脈沖充電方式,雖然無(wú)線(xiàn)脈沖充電耗電量最多,效率最低,但是后期不需要維護(hù)成本,充電時(shí)不需要使用插頭,更方便。無(wú)線(xiàn)脈沖充電器包括高頻逆變單元、整流單元以及充電線(xiàn)圈。2.1.1高頻逆變單元高頻逆變模塊將前級(jí)直流電轉(zhuǎn)化成高頻的交流電,并通過(guò)發(fā)射線(xiàn)圈以電磁場(chǎng)的形式發(fā)射出去,為后面的接收線(xiàn)圈提供能量。本文選用全橋逆變方案,其傳輸效率高、烤機(jī)溫度低、抗干擾能力強(qiáng)。2.1.2無(wú)線(xiàn)充電線(xiàn)圈無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置中,發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈常常用絲包線(xiàn)和漆包線(xiàn)兩種繞制方案,如圖3所示。由于漆包線(xiàn)方案的直流電阻值小、耐壓值高、價(jià)格稍高,本文選用盤(pán)式絲包線(xiàn)。(a)盤(pán)式絲包線(xiàn)(b)無(wú)骨漆包線(xiàn)圖3全橋逆變方案

2.2電能管理模塊

本監(jiān)測(cè)裝置采用超級(jí)電容供電,因此需要借助電能管理模塊將其功耗降低。本文采用位移觸發(fā)開(kāi)機(jī)方法,即把并聯(lián)觸發(fā)的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)到超級(jí)電容的供電回路中,若桿塔基礎(chǔ)周?chē)耐临|(zhì)沒(méi)有相對(duì)位移,則并聯(lián)觸發(fā)的常開(kāi)觸點(diǎn)保持?jǐn)嚅_(kāi),監(jiān)測(cè)裝置的通信與控制部分無(wú)電,無(wú)耗能;當(dāng)土質(zhì)發(fā)生相對(duì)位移時(shí),串聯(lián)觸發(fā)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,監(jiān)測(cè)裝置的通信與控制部分通電開(kāi)機(jī),同時(shí)撥打報(bào)警電話(huà)。

3位移檢測(cè)部分

位移檢測(cè)部分的作用是感知到距桿塔基礎(chǔ)中心8米圓周內(nèi)出現(xiàn)的裂縫寬度大于8mm限值時(shí),觸發(fā)報(bào)警,分為位移傳感器模塊和越限觸發(fā)模塊。

3.1位移傳感器模塊

位移傳感器都是成對(duì)使用的,工作時(shí)兩個(gè)傳感器可以檢測(cè)兩者之間的相對(duì)位移[5]。多對(duì)位移傳感器在桿塔基礎(chǔ)周?chē)耐临|(zhì)中布置方式有兩種,點(diǎn)式布置和線(xiàn)式布置[6],如圖4所示。由于線(xiàn)式布置傳感器的偏移距離大、檢測(cè)距離遠(yuǎn),因此,本文選擇線(xiàn)式布置傳感器。線(xiàn)式布置的傳感器又分為非接觸式內(nèi)外位移傳感器和接觸式內(nèi)外位移傳感器。其中非接觸式內(nèi)外位移傳感器是指的兩個(gè)位移傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)測(cè)量?jī)蓚€(gè)傳感器之間的相對(duì)位移;接觸式內(nèi)外位移傳感器指的是兩個(gè)位移傳感器通過(guò)一根耐腐蝕的尼龍繩連接,當(dāng)兩個(gè)傳感器發(fā)生相對(duì)位移時(shí),可以直接感知到。由于接觸式內(nèi)外位移傳感器檢測(cè)誤差直方圖呈正態(tài)分布,相對(duì)誤差較小,所以接觸式位移傳感器。

3.2越限觸發(fā)模塊

越限觸發(fā)模塊的作用是當(dāng)內(nèi)外位移傳感器的相對(duì)位移大于8mm時(shí),發(fā)出觸發(fā)信號(hào),分為串聯(lián)觸發(fā)預(yù)警和并聯(lián)觸發(fā)預(yù)警兩種方式,如圖5所示。本文選擇占用處理器I/O端口少,響應(yīng)速度快的“并聯(lián)觸發(fā)報(bào)警”。

4通信與控制部分

4.1保護(hù)單元模塊

監(jiān)測(cè)儀無(wú)線(xiàn)充電裝置的保護(hù)模塊包含過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)充保護(hù)和過(guò)放保護(hù)等。常用的保護(hù)模塊組合形式分為單保護(hù)疊加結(jié)構(gòu)和多保護(hù)集成結(jié)構(gòu),由于后者靈敏度較高,尺寸較小方便在監(jiān)測(cè)儀上進(jìn)行安裝,本文選用多保護(hù)集成結(jié)構(gòu)保護(hù)單元。

4.2信息通道模塊

數(shù)據(jù)的上傳方式,本文采用運(yùn)行在公網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-iOT傳輸,其地下穿透能力達(dá)235cm。能夠滿(mǎn)足Q/GDW567-2010《配電自動(dòng)化系統(tǒng)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》[7]中對(duì)通信系統(tǒng)的丟包率的要求是小于0.1%,傳輸速率要求無(wú)線(xiàn)傳輸速度不低于2.4kb/s的要求。

4.3控制中樞模塊

本文控制中樞選用體積小、功耗低、性能高的ARM處理器,其內(nèi)部包括大量寄存器,具有指令執(zhí)行速度快,尋址方式靈活簡(jiǎn)單,執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)。

5結(jié)語(yǔ)

本文采用現(xiàn)代電子和通信技術(shù),創(chuàng)新研究了一種適用范圍廣的電力設(shè)備周?chē)鷦?dòng)土在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置,能夠有效提高電力線(xiàn)路基礎(chǔ)體對(duì)強(qiáng)風(fēng)雨極端氣候條件的監(jiān)測(cè)能力。

參考文獻(xiàn)

[1]曹一家,王光增.電力系統(tǒng)復(fù)雜性及其相關(guān)問(wèn)題研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2010,30(02):5-10.

[2]韓波.滑坡災(zāi)害下電網(wǎng)易損性評(píng)估模型研究[D].重慶大學(xué),2016.

[3]史天如,周月華,葉麗梅,李蘭.2012年8月6日谷城倒塔事故與暴雨洪澇影響調(diào)查分析[J].暴雨災(zāi)害,2021,40(02):182-189.

[4]DL/T741-2010,架空輸電線(xiàn)路運(yùn)行規(guī)程[S]

作者:尚將 鄔旭峰 朱澤鑫 許都 項(xiàng)光耀 單位:國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司臺(tái)州市黃巖區(qū)供電公司