电力杆塔倾斜实时检测预警系统的设计.pdf

总第 1 5 3期 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 2 0 5 0 1 5 电力杆塔倾斜 实时检 测预警 系统 的设计 王登峰 ( 潞安新疆煤化工集团有限公司， 新疆 哈密8 3 9 0 0 3 ) 摘要： 输电导线主要靠电力杆塔来支撑 ， 电力杆塔倾斜过度在一定程度上会影响输电线路的稳定性， 给 当地居民的生活和工厂生产带来很大的影响。针对电力杆塔倾斜 问题 ， 本文设计一种 电力杆塔倾斜实时 检测预警系统， 应用该系统可以对电力杆塔进行2 4 h不间断实时检测， 并且在其倾斜角度超出规定范围时 发出预警信号， 为电力系统及时发现故障和排除故障， 提供一定的科学依据。 关键词 ： 电力杆塔 ； 实时检 测； 预警系统 中图分类号 ： T M 7 5 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 5 2 7 9 8 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 3 5 0 3 随着我国经济的迅猛发展 ， 电力系统的输 电线 路越来越复杂庞大。一旦发生故障和事故 ， 势必造 成电力环 网重 、 特大安全事故的发生 ， 给 国家带来重 大经济损失。南方大面积雪 、 冰灾 、 山区的山体滑坡 和矿区塌陷等对电力 系统的影响都是一个个惨重的 教训 。所 以， 如何在矿区塌陷区或 自然灾害条件下， 迅速确定电力杆塔倾斜状态的变化趋势 ， 并提前预 警 ， 具有重大意义和必要性。 本系统可以对各个 电力杆塔倾斜角度的细微变 化实时检测 ， 当变化超出规定范围时 ， 瞬间向调度 中 心和相关负责人发出预警 ， 从而为电力系统制订应 急预案 ， 赢得抢险时间， 排除事故隐患 ， 避免重 、 特大 事故的发生 ， 在技术和管理层 面提供一个科学合理 的依据。 电力杆塔倾斜 实时检测预警 系统是单 片机技 术 、 计算机 网络技术 、 传 感器技术 、 G P R S和短信新 领域应用等多种高新技术 的结晶 ， 是新技术与现场 需求相结合 的范例。 1 系统结构 电力杆塔倾 斜实时检测 预警系统是 由监 测装 置 、 通讯通道和调度系统三部分组成。系统结构如 图 1 所示 。 1 1 检测装置 检测装置作用把检测杆塔 的倾斜度数和其它 的 检测数据， 通过通讯通道传给调度 。 检测系统是由单片机系统 、 传感器系统 、 通讯系 统、 供电系统和适应野外恶劣环境的整体设计组成 的。系统如图 2所示。 装鬣 图 1 电力杆塔倾斜实时检测预警系统结构 图 2 检测 系统结构 1 ) 单片机系统。主 C P U采用 A R M公司的高 性能 3 2位 A R M9简指令集的单片机，嵌入的 5 1 2 K 收稿 日期 ： 2 0 1 2 -0 3 -02 作者简介： 王登峰( 1 9 7 2一) ， 男， 山西平遥人 ， 工程师， 从事机电技术与管理工作。 3 5 王登峰： 电力杆塔倾斜实时检测预警系统的设计 第2 1 卷第5 期 高速 F l a s h存储器和 3 2 K S D R A M， 1 2 8位宽度接 L I 加速器可实现高达 9 0 MH z 工作频率 ， 通过片内b o o t 装载程 序 实 现 在 系 统 编程 ( I S P) 和 在 应 用 编程 ( I A P ) ， 外围接 口丰富， 单 电源供电 ， 扩展方便 ， 并且 具有非常小巧的 1 0 0脚封装和极低 的功耗， 具有全 工业级的指标符合室外的高低温等环境和高抗干扰 特性 ( E MC) ， 这些在 电力行业都是很重要 的特性。 其它辅助芯片全部采用性能稳定和通用性好的工业 级芯片。 2 ) 传感器系统。倾角检测传感器采用国内 先进的军用级高精度倾度传感器 ， 其精度在 一 3 0 8 5的温度范围内可以保证 到 0 5， 具有很低 的电源功耗 ， 并且接 口有 S P I ， U A R T与主 C P U接 口 非常方便 ， 该传感器具有体积小 ， 精度高 ， 安装简单 ， 便于嵌入等特点， 完全可以满足实际的现场需求。 3 ) 通讯系统。采用双通道设计 ： G P R S和短 信两个通道。 4 ) 供 电系统。由于装置工作于杆塔之上 ， 选 用太 阳能 电池 + 蓄 电池的工作方式 ， 为了保证装置 的小巧 ， 电池板和电池都不宜太大 ， 并且还必须能应 付连续的阴雨天气。 5 ) 适应野外恶劣环境 的整体设计 。如防结 霜设计 、 防雷设计和防潮设计等预防恶劣的野外环 境设计。 1 2 通讯通道 利用现 有无 线 通 讯 网络 G 网或 C 网， 使 用 G P R S和短信 两种通讯方式。利用现有 网络， 不用 重复建无线通讯网络 ， 可节省大量设备投资。 1 3 调度系统 调度系统主要用来接收 、 保存 、 分析杆塔数据 ， 并使每一个经过授权的在网上的计算机都可以浏览 相关数据。系统结构如图 3所示。 图 3 调度系统结构 系统硬件是 由路由器 、 防火墙 、 局域 网、 服务器 和短信猫等组成 ， 按照安全系统原则和可靠性原则 来设计 。安全系统原则 ： 通过对相关软硬件的选择、 配置和配合 ， 确保本 系统符合行业安全 防范 规则； 3 6 可靠性原则 ： 通过对相关硬件设备和软件系统 的严 格选择和配置 ， 系统运行架构采用主 备冗余热备份 方式 ， 实现系统在通信通道和端 口故障 、 网络系统某 硬件故障和某一计算机系统故障， 或运行节点切换 等时候 ， 不影响数据采集 ， 不丢失数据 ， 还能够完成 正常的、 完整的主站功能。 软件系统是 由： 操作系统 、 S Q L S e r v e r 数据库和 应用软件组成。 Mi c r o s o f t S Q L S e rve r 2 0 0 0能提供系统所需的数 据库服务。大型服务器可能有大量 的用户 同时连接 到 S Q L S e r v e r 2 0 0 0 。S Q L S e rve r 2 0 0 0为这些环境提 供了全面的保护 ， 具有防止问题发生的安全措施 ， 可 以防止多个用 户试 图同时更新 相同 的数据。S Q L S e rve r 2 0 0 0还在多个用户之间， 有效地分配可用资 源。超大型 I n t e me t 站点可将其数据分开存放在多 台服务器上 ， 从而使处理负荷分散到多台计算机上 ， 使站点能 为成 千上万 的并 发用 户提供服务 。S Q L S e rve r 2 0 0 0应用程序可在装有 S Q L S e r v e r 2 0 0 0的 计算机上运行 。该 应用程序通过 Wi n d o w s进程 问 通讯 ( I P C) 组件( 例如共享内存 ) 而非通过网络连接 到 S Q L S e rve r 2 0 0 0 。这使 S Q L S e rve r 2 0 0 0得 以应 用于程序 ， 但必须在本 地存储 数据的小型系统 中。 大型 We b站点和企业级数据处理系统通常会生成 大量的数据库处理 ， 超出了 1台计算机的支持能力 。 在这些大型系统中， 数据库服务 由组成 数据库服务 层 的一组数据库服务器提供。S Q L S e rve r 2 0 0 0不支 持采用平衡负荷的聚集形式建立数据库服务层 ， 但 支持跨 自主服务器组分存数据的机制 。尽管每个服 务器需分开管理 ， 但组 内的各个服务器可共 同分担 数据库处理负荷。共享同一工作负荷的一组 自主服 务器称为服务器联合体。 在 S Q L S e rve r 数据库 的基础上 ， 利用现有 的网 络编程技术 ， 可以开发出符合用户实际需求的应用 程序 。 系统按照可维护性原则 、 先进性原则和开放 系 统原则来设计。 可维护性原则 ： 系统采用面向对象语言设计 ， 提 供功能组态工具和在线修改能力 ， 确保系统操作员 和维护人员可以安全方便地根据工作需要 ， 进行必 要 的系统使用和维护工作 ， 从而提高系统可利用率。 先进性原则 ： 选用具有当今国际先进水平 的软 硬件平 台， 采用流行的系统总体架构 ， 使用最先进的 应用功能算法 ， 保证整个系统的一流水平 ， 使系统能 够满足用户调度 自动化的 51 0 a系统先进性的要 求和发展的需要。 开放系统原则 ： 采用数据库接 口符合 S Q L结构 王登峰： 电力杆塔倾斜实时检测预警系统的设计 第2 1卷第5期 化查询语 言标准 ； 人机界面符合 Wi n d o w s 标准 ； 计算 机通信协议 ： T C P I P 。 2 结语 对于杆塔倾斜 的早期预O n 0 ， 目前采用的办法是 巡线的工作人员 ， 携带笨重的仪器设备 ， 到达杆塔附 近 ， 然后展开设备进行测量 。这样不但效率低 ， 而且 也无法准确、 及时， 并不能从根本上解决铁塔倾斜的 早期预测 ， 及 时排除安全 隐患 ， 保证 生产的正 常进 行。而本文设计的电力杆塔倾斜实时检测与预警系 ( 上接 第3 4页) 小 向斜的低洼处和小背斜到矿井边 界的大部。根据实测 ， 积水线标高 +6 8 8 m， 以此计 算积水 区面积 2 2万 m 。考虑 1 51号煤 顶板岩 性 ， 老空 区充水 系数取 0 4， 则 积水量为 l 6万 m 。 积水 区内 1 51 号煤底板最低标高 +6 7 1 1T I 。 2 2 探放水情况 根据探放水设计， 在 1 5 1 0 6邻近工作面 1 5 1 0 8 风巷 ， 向 1 5 1 0 6采空积水的两个 区域分别施工放水 钻孔 ， 在小向斜的最低洼处 ， 施工 2个钻孔 ， 初揭水 量很大 ， 经过一 段 时 间的排放 ，日渐 衰减 ， 稳 定 在 3 0 m h ， 说明这个 区域 的积水 已经疏干 ， 现在稳定 的流量为含水层的正常涌水量。另一 区域 ， 从高 到 低 ， 依次施工多个钻孔 ， 考虑到矿井 的排水能力 ， 钻 孔并未布置到积水区的最低点。较高处 的钻孔在初 次揭露积水 区时， 有少量水涌出， 但随着较低 的其他 钻孔开始放水 ， 逐渐干涸。而低于此标高的放水 钻 孔 ， 出水量在很长一段时间未出现明显的下降 ， 积水 区 水 位 也 未 发 现 有 变 化 ， 水 泵 排 水 量 稳 定 在 1 0 5 n l h 。依此情况 ， 分析可得 ， 目前 ， 含水层补给 采空区的水量在 1 0 5 m h左右 ， 采空区积水没有得 到明显的疏降 ， 如果再 向较低的地点施工放水孔 ， 加 大放水能力 ， 会发生含水层补给水源 的袭夺 ， 降落漏 斗范围的增大 ， 而使含水层 向采空区的排泄量加大， 积水水位还是不会有变化 ， 直到放水量超过含水层 补给量 ， 采空区水位才会开始下 降， 经过这个 过程 ， 采空区积水会被疏干， 钻孑 L 出水量也会稳定在一个 数值 ， 即此 区域含水层的正常涌水量 。 统 ， 能够完成杆塔倾斜 自动检测 ， 同时可以将野外现 场的检测信号传送到监测中心， 这样方便有关人员 实时监测 、 统计和分析。本方案利用成熟、 低成本的 G P R S技术 ， 在保持系统可靠性的同时， 保证 了系统 的先进性 。每个无线检测模块安装灵活 ， 无需其他 线路 的布线 ， 所 以也就更加安全 、 可靠。另外 ， 将多 个测量点 的数据连接成 网络后 ， 便于统一管理， 实现 管理的网络化和 自动化。 责任编辑： 路方 穿越积水区， 将积水直接抽 出地面， 减小井下排水系 统的压力 ， 最终达到疏干老空水的 目的。 3 ) 井上下联合 疏降。同时采用 以上两种 方 法 。 4 ) 积水范围内， 地势较低的地方 ， 由于水压较 大 ， 因此要 留设足够 的防水煤岩柱 ， 防止采空区积水 突然涌出。 5 ) 增大排水能力 ， 完善排水系统。矿井应 当 配备与矿井涌水量相匹配的水泵 、 排水管路 、 配电设 备和水仓等， 确保矿井能够正常排水。 4 结语 依据 1 5号煤层地 质报告 ， 1 5号煤层 直接充水 的 K 灰岩裂隙岩溶含水层 ， 属弱富水性含水层 ， 而 且 补 给 条 件 较 差 ， 预 计 的 矿 井 正 常 涌 水 量 在 1 3 0 0 m d ， 但是 由于在开采过程 中， 未及 时排 出涌 入的水量 ， 而使得 大量 的矿井涌水进入标高较低 的 采空区。文章通过对采空区水文地质条件和探放水 情况的分析 ， 明确了采空区积水的特征 ， 并提 出了一 些防治措施 ， 为以后的同层工作面开采和下层 l 5 3号煤层开采的防治水工作提供参考 。 参考文献 ： 1 郑世书 专门水文地质学 M 徐州： 中国矿业大学出 版社 ， 1 9 9 9 2 3 采空区积水防治方法 3 1 ) 井下疏降法。在现在的放水区域增加放水 孔数量， 加大排水能力， 必须使得放水量大于动态的 补给水量 ， 采空区积水水位才会明显下降 ， 最终达到 疏干 。 2 ) 地面疏降法。在地面选择合适的地点打钻 4 刘涛， 李明建 ， 曹保国， 等 武所屯煤矿 1 2煤老空积 水区水文地质参数研究 J 山东国土资源， 2 0 1 0 ， 2 6 ( 5 ) ： 2 3 2 6 王书荣， 崔伟宏 ， 张民 滕州郭庄煤矿十二采区第十 下层灰岩水赋存规律及涌水量预测 J 山东 国土资 源 ， 2 0 0 9， 2 5 ( 8 ) ： 3 4 3 6 国家安全生产监督管理总局 煤矿防治水规定 M 北 京 ： 煤炭工业出版社， 2 0 0 9 责任编辑 ： 路方 3 7