电力塔、通信塔倾斜安全监测系统

电力塔、通信塔倾斜安全监测系统

近年来，由于煤矿开采、工程施工、以及外力破坏等原因输电线铁塔体发生倾斜事故时有发生，对电网的安全运行造成了很大的威胁。由于输电线路铁塔数量大，铁塔倾斜的因数多，范围也比较广，仅靠输电巡线人员的日常检查很难实现及时和准确地发现铁塔发生倾斜故障。因此，研制l套经济、实用且及时准确地监测电力线路杆塔工作状态的系统具有重要意义。输电线路铁塔倾斜智能监测系统即是基于通用无线业务通信，铁塔位移监测等技术研制，对线路运行人员及时掌握铁塔的运行状况，确保电网的安全运行具有重要作用。

1.系统设计思想

输电线路铁塔倾斜智能监测系统由前端监测装置和后台监测中心组成。前端监测装置采用高精度双轴倾角传感器和微电子控制技术设计。双轴倾斜传感器可对杆塔在顺线路和横线路方向的倾角进行实时测量，由微处理器通过程序指令设定其工作模式和传输方式，包括零点设定、传输波特率设定以及数据的编码方式等。双轴倾斜传感器监测的倾角数据采用透明传输方式，通过RS232串口与微处理器进行通讯，并把所测得的数据传到微处理器非易失数据存储区。微处理器通过软件对测量值进行。分析和计算，然后与设定的阈值进行比较，如果越限，微处理器将启动对双轴倾斜传感器进行复核测量和确认过程，防止发生误动。在确认测量结果确实越限后，微处理器通过GSM短消息模块，将线路杆塔号、杆塔倾斜角度和方向以及装置电源电压等信息以中文短消息的模式发送给监测中心和相关工作人员的手机上，提醒工作人员及时关注和检查该铁塔的运行状况。在日常运行中，根据需要后台监测中心可通过短信命令方式对监测装置的参数进行设置，如设置双轴角度传感器开启监测时间间隔、零点调整、越限阈值以及上报时间等参数。

2 系统软硬件特点及功能
2.1 atmega128微处理器
采用atmega128微处理器，其功能特点如下。
1)采用232总线结构，使芯片内部数据总线和指令总线相离，并采用不同的宽度，加快了指令的执行速度。
2)采用精简指令集，提高了代码的压缩率。
3)抗干扰能力非常的强，适合在复杂的电磁环境和独立电源供电的情况下，稳定运行。

2.2太阳能光伏供电系统

供电系统由单晶硅太阳能电池组、太阳能控制器、锂电池(组)组成。即基于单晶硅太阳能电池浮充、锂电池供点方式。太阳能电池板的主要参数空载开路电压7.5v，短路电流240MA，用于控制整个系统的工作状态，并对锂电池起到过充电保护、过放电保护的作用。装置蓄电池采用锂电池组，整个供电系统体积小，并可保证装置在没有太阳的情况下可靠工作.

2.3前端监测装置硬件电路组成前端监测装置主要由双轴倾角传感器，AVR微处理器、GSM通信模块、太阳能光伏供电系统组成，装置原理见下图

2.4双轴倾角传感器高精度双轴倾角传感器具有体积小、防水、防尘，宜于安装，而且工作电压低、温度漂移小、测量范围宽等特点。

2.5监测中心系统软件的主要功能中心软件的主要功能有前端监测装置参数设置，接收数据显示存贮、查询与打印。
1)监测装置参数设置。通过短信方式设置双轴倾斜传感器开启监测时间间隔，倾斜传感器零点调整以及装置越限阈值参数等。
2)显示。可以按预先设定的分线路分类显示，以及按杆塔号分类显示，也可以显示历史值曲线。
3)存储内容。实时数据、历史数据、运行记录、当前状态。
4)历史数据整理。对历史数据文件进行整理，删除选定的历史数据文件，删除以前的历史数据。

3 主要解决的技术难题
3.1节电模式设计
    监测装置的供电是基于单晶硅太阳能电池浮充、锂电池供点方式。为确保装置长期稳定可靠运行，
在电源供电和装置运行方面进行了低功耗设计。
1)GSM短消息模块长期工作在报警状态下，只在每天定时上报或者越限报警时开启，模块平时消耗电流恒定。
2)atmega128采用定时睡眠、定时开启方式，静态工作电流小于0.1MA.
3)倾角传感器设计为定时(每隔n分钟或可调)测量开启模式，测量完毕立即关闭，以减少电流消耗。
通过上述措施，监测装置在静态工作时电流消耗为恒定值，倾斜度测量时工作电流为恒定值，整个装置的平均工作电流非常小。
3.2抗干扰设计
     监测装置长期运行在线路杆塔上，电磁干扰比较严重，因此，必须采取可靠的抗干扰措施。具体设计措施为倾角传感器采用屏蔽线保护方式；控制核心即微处理器采用嵌入式控制技术的atmega128低功耗单片机，其本身抗干扰性能很强。同时，软件采用睡眠和自恢复设计，使监测装置的工作稳定可靠性进一步增强，确保长期可靠工作。

       输电线路铁塔倾斜智能监测系统测量精度高、功耗低、抗干扰能力强、安装简单、免维护。在设计上充分考虑了装置的运行环境和运行可靠稳定需求。同时，采用监测中心和监测终端点对多点的模式，便于集中管理。通过220 kV线路杆塔上现场运行，发现运行稳定可靠，而且也可广泛
用于通信铁塔、建筑、桥梁等设备的水平状态监测，具有良好的应用前景。