輸電桿塔變形及傾斜檢測(cè)研究現(xiàn)狀

王身麗， 杜 勇，孫繼雄，方 權(quán)，翁永春，馬 立，張學(xué)鋒，吳 軍,覃 喬，石青松

(1.國(guó)網(wǎng)湖北電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050；2.三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

電力桿塔是高壓架空輸電線路輸電時(shí)使用的支撐架空設(shè)施，它還可以用作通訊基站、各類交通信號(hào)以及微波站信號(hào)的傳輸?shù)?。由于桿塔常年暴露在野外，不可避免地會(huì)經(jīng)受日曬雨淋，環(huán)境條件惡劣的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)桿塔被腐蝕等非人為現(xiàn)象，從而導(dǎo)致桿塔塔體受損；另外，在有些特殊的地方，比如采礦區(qū)，會(huì)出現(xiàn)地基松動(dòng)、下陷等人為間接因素，導(dǎo)致桿塔整體偏移、傾斜；以上兩種情況下，可能會(huì)影響正常的電力生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此，桿塔的檢測(cè)是在整個(gè)電力系統(tǒng)中必不可少的一部分。

衡量桿塔是否符合正常標(biāo)準(zhǔn)，可以檢測(cè)桿塔是否發(fā)生較大的形變、傾斜，從而決定是否需要進(jìn)行扶正、更換新的材料或者換塔處理。

1 桿塔檢測(cè)一般方法

1.1 桿塔形變的檢測(cè)方法

現(xiàn)實(shí)中，桿塔發(fā)生形變有很多原因，比如，由于線路架設(shè)在空中，需要承受自重、風(fēng)力、暴雨和冰雪等機(jī)械力的作用導(dǎo)致塔身某些塔骨架發(fā)生形變，或者由于各種原因?qū)е滤环€(wěn)、塔身傾斜、桿塔站立受力不均而發(fā)生形變。以上兩種情況，都可能影響線路正常運(yùn)行，從而造成相應(yīng)的損失。因此，桿塔的形變檢測(cè)在整個(gè)輸電線路中是不可或缺的一部分。

傳統(tǒng)的桿塔檢測(cè)方法主要采用的是直接用眼睛觀測(cè)的方法或懸掛鉛垂法來(lái)檢驗(yàn)桿塔是否發(fā)生變形，這兩種方法最大的弊端就是精度比較差，也不能夠全面了解整個(gè)桿塔的變形情況，并且效率低，不僅浪費(fèi)人力和物力，還不能保證其準(zhǔn)確性。近年來(lái)，由于科技發(fā)展，變形檢測(cè)越來(lái)越趨于簡(jiǎn)單化、智能化和精細(xì)化，目前，工程實(shí)際中常常利用激光水準(zhǔn)儀、測(cè)距儀、經(jīng)緯儀等測(cè)量?jī)x器儀表、高度差、角度等參數(shù)來(lái)分析塔的變形和位移情況，得到可靠的數(shù)據(jù),操作過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)單;但在地形相對(duì)復(fù)雜的地方對(duì)測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)有一定的限制，測(cè)量出的數(shù)據(jù)總量可能太少，不能全面、準(zhǔn)確真實(shí)地反映桿塔的變形情況，但實(shí)際中桿塔的變形情況會(huì)更加復(fù)雜、多變，想要全面分析桿塔的形變情況有一定的限制，因此，急需一套既能迅速得到桿塔的形變情況又能精確、高效分析桿塔受力特性的方案。

許多領(lǐng)域用到三維激光掃描技術(shù)，它以高效率、高精度、高分辨率的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)為人們生產(chǎn)生活作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。把三維激光掃描運(yùn)用到桿塔變形監(jiān)測(cè)中，它能夠?qū)λw三維數(shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)確獲取，還能同時(shí)采取塔體的顏色信息、激光強(qiáng)度反射信號(hào)等，通過(guò)掃描變形后的塔體，與形變前的塔體比較，可以很好地發(fā)現(xiàn)塔體變形情況；利用無(wú)人機(jī)巡查監(jiān)測(cè)桿塔的形變，是一種基于人工智能的方法，此方法能夠最真實(shí)地反映塔體變形情況，因此工作人員可以作出相應(yīng)的判斷和處理。

1.2 桿塔傾斜的檢測(cè)方法

實(shí)際中輸電桿塔傾斜的原因總結(jié)，歸納如下。

(1)塔底基礎(chǔ)不穩(wěn)。造成塔底基礎(chǔ)不穩(wěn)的主要原因可分為人為原因和自然原因。由于人為的過(guò)度開采、墾荒使得桿塔發(fā)生傾斜，如采礦區(qū)桿塔發(fā)生傾斜現(xiàn)象，采礦區(qū)桿塔基礎(chǔ)周圍的土壤發(fā)生沉降，桿塔基礎(chǔ)平衡遭到破壞，使得塔的各個(gè)方向的受力不均勻，導(dǎo)致部分桿塔構(gòu)件發(fā)生扭轉(zhuǎn)彎曲，最終致使桿塔傾斜的現(xiàn)象發(fā)生；嚴(yán)重的情況下，也有可能對(duì)相鄰桿塔造成影響，其效果圖如圖1所示。

圖1 桿塔傾斜示意圖

自然原因?qū)е聴U塔傾斜歸結(jié)于自然災(zāi)害，例如、山體滑坡、地震等導(dǎo)致地面下陷、拱起等情況，使得桿塔傾斜或者倒塌。

(2)平衡張力遭到破壞。正常情況下，鐵塔兩側(cè)的導(dǎo)線張力基本是處于平衡狀態(tài)的。當(dāng)桿塔兩側(cè)懸掛的導(dǎo)線受力不均勻時(shí)(如覆冰、強(qiáng)風(fēng))，其導(dǎo)線張力平衡遭到破壞，導(dǎo)致桿塔會(huì)向張力大的一側(cè)發(fā)生傾斜，另一側(cè)的塔可能也會(huì)受到拉力影響，當(dāng)這個(gè)拉力超過(guò)桿塔受力臨界值時(shí)，桿塔桿件就會(huì)拉、壓破壞，導(dǎo)致桿塔發(fā)生折斷、倒塌等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還有可能引發(fā)火災(zāi)等危及人身安全。

(3)外力破壞。外力破壞桿塔平衡的原因有很多種，例如，大型機(jī)械施工碰撞、偷盜塔材等使得桿塔部分構(gòu)件發(fā)生變形、缺失，導(dǎo)致塔體受力平衡遭到破壞，從而導(dǎo)致桿塔發(fā)生傾斜、坍塌等現(xiàn)象。

(4)由于施工問(wèn)題，導(dǎo)致桿塔基礎(chǔ)澆注控制不當(dāng)、塔材加工的精度超差、安裝時(shí)螺栓未達(dá)到規(guī)定的緊固扭距、緊線施工時(shí)輔助拉線設(shè)置不當(dāng)?shù)榷伎赡軙?huì)導(dǎo)致桿塔傾斜。

塔身傾斜嚴(yán)重時(shí)，可導(dǎo)致電力輸送中斷，引發(fā)安全事故、火災(zāi)等。高效率、高精度地實(shí)現(xiàn)輸電桿塔傾斜檢測(cè)一直是工程現(xiàn)場(chǎng)備受關(guān)注的問(wèn)題，尤其是我國(guó)近年來(lái)加大對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)，對(duì)其質(zhì)量要求也越來(lái)越高，因此輸電桿塔現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的需求日益增加。

目前，線路桿塔傾斜度測(cè)量方法主要有鉛垂法、經(jīng)緯儀法、平面鏡法。其中，鉛垂測(cè)量法是一種非常傳統(tǒng)的方法，它需要工作人員登塔進(jìn)行操作，但毫無(wú)疑問(wèn)的會(huì)增加工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)，一般用于桿塔不高，缺少儀器的情況下使用;經(jīng)緯儀法是當(dāng)前桿塔傾斜常用的測(cè)量方法，該方法可以在地面直接測(cè)出桿塔的傾斜度，工作量也相對(duì)較小，但受其觀測(cè)點(diǎn)的約束，當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)不滿足時(shí)，該方法是不能使用的;平面鏡法是通過(guò)在地面上適當(dāng)設(shè)置平面鏡，合理地設(shè)計(jì)光路，運(yùn)用平面鏡成像原理，找到平面鏡中的待測(cè)目標(biāo)代替實(shí)際目標(biāo)。平面鏡測(cè)量法能夠解決特殊地形測(cè)量條件受限時(shí)目標(biāo)物的觀測(cè)問(wèn)題，但其測(cè)量步驟比較繁瑣，還要一定的計(jì)算，測(cè)量精度較低;隨著，我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能數(shù)字化處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)。

無(wú)人機(jī)圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控拍攝桿塔的具體情況，通過(guò)人為操作無(wú)人機(jī)鏡頭取像調(diào)查，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)桿塔傾斜情況，工作人員對(duì)此進(jìn)行相應(yīng)的處理。

輸電桿塔傾斜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它通過(guò)智能在線監(jiān)測(cè)桿塔傾斜度，借助GPRS通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，并結(jié)合線路的設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算理論模型，然后給出桿塔傾斜的預(yù)警信息，為輸電線路運(yùn)行、維護(hù)和設(shè)計(jì)部門提供了可靠的依據(jù)，通過(guò)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，使運(yùn)行部門能夠及時(shí)地了解桿塔安全運(yùn)行情況，以作出相應(yīng)的防范措施或維護(hù)措施，從而減少因桿塔傾斜而引發(fā)的事故；協(xié)助運(yùn)維部門查找桿塔故障點(diǎn)等。

2 桿塔檢測(cè)現(xiàn)存的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)多采用人工巡檢，其巡檢周期長(zhǎng)、精度低，但由于輸電桿塔數(shù)量大、范圍廣，導(dǎo)致桿塔發(fā)生形變和傾斜的因素多，僅依靠輸電巡線人員的日常檢查很難及時(shí)排除故障；我國(guó)輸電線路的特點(diǎn)是距離長(zhǎng)、電壓等級(jí)高，有很多桿塔建在地勢(shì)比較復(fù)雜、海拔比較高、風(fēng)速比較大的地方，無(wú)人機(jī)更是無(wú)法精確監(jiān)測(cè)甚至無(wú)法抵達(dá)，同樣地，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也不可避免的受自然因素的影響而無(wú)法準(zhǔn)確地判斷桿塔具體情況；另外一套智能檢測(cè)系統(tǒng)造價(jià)昂貴，安裝在地形復(fù)雜、偏遠(yuǎn)的地方，容易損壞，不易檢修，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。所以一套既能保證其精確性，又能達(dá)到檢測(cè)范圍廣、適應(yīng)環(huán)境強(qiáng)的智能檢測(cè)系統(tǒng)有待研發(fā)。

3 總 結(jié)

我國(guó)作為一個(gè)用電大國(guó)，其電力線路之長(zhǎng)、桿塔數(shù)量之多、用電量之大，為了保證可靠、安全的用電，線路及桿塔檢測(cè)是電力輸送環(huán)節(jié)中的重要部分。雖然，我國(guó)大部分地方依然是靠人為的巡檢，但隨著我國(guó)科技越來(lái)越向前發(fā)展、人工智能的普及，大量的智能產(chǎn)品迅速地涌向電力行業(yè)，如無(wú)人機(jī)、智能監(jiān)測(cè)裝置，它們解決了電力輸送環(huán)節(jié)中的很多問(wèn)題，幫助人們排除了許多故障，保證了電能輸送的可靠性。