輸電桿塔沉降狀態(tài)感知技術(shù)研究

鄭天堂，黃新波，趙隆，朱超，袁鵬

(1.西安工程大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710048；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西 西安 710100)

輸電桿塔是電力網(wǎng)絡(luò)的核心部分之一，其運(yùn)行狀態(tài)的安全至關(guān)重要。桿塔跨越地域廣泛，不可避免地經(jīng)過(guò)濕陷性黃土地區(qū)、煤炭采空區(qū)等地質(zhì)易發(fā)生變化的地區(qū)，引發(fā)桿塔沉降、結(jié)構(gòu)變形的事故時(shí)有發(fā)生。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在輸電桿塔發(fā)生沉降、變形的初期，桿塔關(guān)鍵桿件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力等一些重要參數(shù)已經(jīng)發(fā)生改變[1-3]，如果此時(shí)能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)到輸電桿塔結(jié)構(gòu)的異常狀態(tài)，將為桿塔運(yùn)維工作的開展贏得寶貴的時(shí)機(jī)，有效地遏制事故的進(jìn)一步發(fā)展，保障電能安全高效的傳輸。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在輸電桿塔傾斜沉降、結(jié)構(gòu)異常等方面的監(jiān)測(cè)已經(jīng)取得一定的成果。例如基于深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)[4]與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[5]的輸電桿塔智能檢測(cè)，采用光纖光柵傳感器[6-7]、電阻式應(yīng)變片[8]監(jiān)測(cè)輸電桿塔關(guān)鍵桿件部位應(yīng)力變化，該方法監(jiān)測(cè)精度高，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電桿塔形變形與沉降，但是受粘貼工藝、使用數(shù)量等限制，該方法在大范圍實(shí)施、開展工程應(yīng)用時(shí)有一定的難度。

從模態(tài)分析角度出發(fā)，輸電塔線體系中桿塔健康監(jiān)測(cè)受到研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)[9]基于 ANSYS 仿真平臺(tái)，研究輸電塔在基礎(chǔ)沉降等多種載荷作用下的力學(xué)特性；文獻(xiàn)[10]對(duì)輸電塔線系統(tǒng)的風(fēng)振特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明單塔的一階固有頻率略高于塔線體系；文獻(xiàn)[11]對(duì)輸電桿塔模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，隨著輸電線路總跨長(zhǎng)增大，直線輸電塔的模態(tài)參數(shù)逐漸收斂于單塔的模態(tài)參數(shù)；文獻(xiàn)[12]研究發(fā)現(xiàn)塔線體系中桿塔結(jié)構(gòu)失穩(wěn)發(fā)生之前，其模態(tài)頻率隨著風(fēng)速的增加呈現(xiàn)下降的規(guī)律；文獻(xiàn)[13]在風(fēng)激勵(lì)下對(duì)戶外塔線體系中的桿塔進(jìn)行塔基沉降試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)輸電塔的第三階與第五階自然頻率減小明顯，可用以監(jiān)測(cè)輸電塔是否沉降。

但是風(fēng)洞、自然風(fēng)等激勵(lì)作用在輸電塔的強(qiáng)度以及作用點(diǎn)不能被人為控制，而且在數(shù)據(jù)采集時(shí)受環(huán)境限制，數(shù)據(jù)波動(dòng)大，檢測(cè)不易，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)。雖然一些學(xué)者[14-15]以一定的縮小比例在室內(nèi)搭建輸電塔線模型進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有一定的參考價(jià)值，但是應(yīng)用至運(yùn)行中的輸電桿塔時(shí)，受眾多自然環(huán)境因素的影響，可能存在一定的偏差。

鑒于以上問(wèn)題，基于模態(tài)分析理論，本文以西安工程大學(xué)110 kV輸電線路中塔基可抬升的貓頭型直線塔為研究對(duì)象，提出了輸電桿塔沉降狀態(tài)感知技術(shù)，對(duì)表征輸電桿塔沉降的模態(tài)頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)輸電桿塔發(fā)生沉降時(shí)，模態(tài)頻率發(fā)生變化，通過(guò)分析輸電桿塔模態(tài)頻率的變化可以確定桿塔的沉降量，反映其沉降狀態(tài)。

1 桿塔動(dòng)力學(xué)分析

輸電桿塔在自然環(huán)境下會(huì)發(fā)生振動(dòng)，但是自然環(huán)境中的激勵(lì)條件有諸多不足，所以本文采用了自主設(shè)計(jì)的人工激勵(lì)裝置敲擊輸電桿塔，迫使輸電塔發(fā)生微振動(dòng)，通過(guò)采集振動(dòng)信號(hào)分析輸電塔的沉降。首先對(duì)輸電塔進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，建立其振動(dòng)微分方程，分析輸電桿塔發(fā)生位移之后模態(tài)頻率的變化機(jī)理。為了有效地采集振動(dòng)信號(hào)，本文使用ANSYS軟件對(duì)研究對(duì)象在自然風(fēng)激勵(lì)下的模態(tài)振型進(jìn)行計(jì)算，確定輸電桿塔振動(dòng)前5階模態(tài)振型節(jié)點(diǎn)，以此為后續(xù)實(shí)驗(yàn)中選擇振動(dòng)傳感器安裝位置提供有效指導(dǎo)。

1.1 振動(dòng)微分方程

從空間角度劃分，輸電桿塔屬于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)。本文先對(duì)單自由度振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，其物理參數(shù)模型為

(1)

將式(1)改寫為正則形式，即

(2)

(3)

式(3)是典型的微分方程，求解方程得到解

λ1,2=σ±jω.

(4)

則阻尼模態(tài)頻率

(5)

結(jié)構(gòu)的形變量與剛度k之間的關(guān)系為

k=F/δ.

(6)

式中：F為作用于結(jié)構(gòu)的力；δ為由于力而產(chǎn)生的形變。由此可知，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生形變之后，其剛度減小。由式(5)可知單自由度結(jié)構(gòu)在發(fā)生形變之后的阻尼模態(tài)頻率減小。

輸電桿塔為格構(gòu)式塔架，屬于典型的多自由度阻尼振動(dòng)系統(tǒng)[9，16]，在塔基沉降之后塔材發(fā)生形變，模態(tài)頻率減小[13]。

1.2 振型節(jié)點(diǎn)計(jì)算

振型節(jié)點(diǎn)是桿塔振動(dòng)過(guò)程中模態(tài)振型與原始結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)，所以振型節(jié)點(diǎn)處的振幅始終為零，并且每個(gè)振型節(jié)點(diǎn)位置都不同。因此使用振動(dòng)傳感器采集輸電桿塔振動(dòng)數(shù)據(jù)，傳感器安裝位置須避開振型節(jié)點(diǎn)才能有效地采集到振動(dòng)信息。一般需要借助有限元分析軟件對(duì)輸電桿塔進(jìn)行模態(tài)振型的分析，得到結(jié)構(gòu)的振型節(jié)點(diǎn)。

本文以西安工程大學(xué)110 kV貓頭型輸電塔為計(jì)算實(shí)例建立模型如圖1所示，呼高15 m，總高度為19 m。該塔的主材、斜材和輔材分別為Q345、Q235等邊角鋼。將輸電鐵塔桿件的中心軸線交點(diǎn)連接處作為模型節(jié)點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)間的角鋼簡(jiǎn)化為模型單元。采用ANSYS命令流進(jìn)行模態(tài)分析,運(yùn)用自底向上的方式，采用Beam188單元模擬輸電鐵塔結(jié)構(gòu)。

圖1 貓頭型輸電塔Fig.1 Cat-head shaped transmission tower

鐵塔在正常運(yùn)行情況下，塔腳與混凝地樁通過(guò)地腳螺栓相連接，三者之間的抗壓和摩擦力，使鐵塔和地樁成剛性連接，所以需要將4個(gè)塔腿節(jié)點(diǎn)的6個(gè)自由度全部約束[9,16]。輸電鐵塔承受的風(fēng)載以面載荷的形式施加，考慮脈動(dòng)風(fēng)的影響，作用在鐵塔結(jié)構(gòu)單位面積上的風(fēng)荷載計(jì)算表達(dá)式為[16-19]

W=βcμsμzμrwo.

(8)

式中：W為作用在桿塔結(jié)構(gòu)單位面積上的風(fēng)荷載，單位為N/m2；wo為基本風(fēng)壓，單位為N/m2；μr為重現(xiàn)期調(diào)整系數(shù)，一般高聳結(jié)構(gòu)可采用1.0，重要的結(jié)構(gòu)采用 1.1；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取值為3.12；μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)，取值為1.3；βc為鐵塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，取值為 1.0。

輸電鐵塔在風(fēng)荷載作用下，其承受荷載大小和方向比較復(fù)雜，為了準(zhǔn)確而恰當(dāng)?shù)啬M表示鐵塔桿件與風(fēng)速的關(guān)系，本文參考鐵塔所處環(huán)境運(yùn)行參數(shù)，選取風(fēng)速15 m/s[20]，風(fēng)向與鐵塔基礎(chǔ)縱向垂直。依據(jù)式(8)，并根據(jù)架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[21]，可計(jì)算得到分段荷載F。具體見表1。

表1 輸電桿塔各段塔材風(fēng)載荷分布Tab.1 Wind load distribution of each part of the transmission tower

輸電塔結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定前，低階模態(tài)頻率隨風(fēng)速的增大而減小[10]，而且低階模態(tài)頻率變化大于中高階模態(tài)頻率變化。因此，在ANSYS仿真中，計(jì)算輸電桿塔的前5階模態(tài)振型，如圖2所示，從振型圖中得到輸電塔每一階的振型節(jié)點(diǎn)。

圖2 輸電塔前5階振型圖Fig.2 The first order to the fifth order vibration modes of the transmission tower

輸電塔是一個(gè)復(fù)雜的桁架結(jié)構(gòu)，所以從圖2中可以看到輸電塔的振型節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在塔身的某一局部區(qū)域(每一幅圖中矩形框的區(qū)域)。避開前5階模態(tài)振型節(jié)點(diǎn)，將振動(dòng)傳感器安裝在如圖3矩形框所示的位置。

2 桿塔沉降狀態(tài)感知系統(tǒng)

2.1 感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)

桿塔沉降狀態(tài)感知系統(tǒng)主要包括物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)、邊緣節(jié)點(diǎn)和后臺(tái)監(jiān)控3個(gè)部分，如圖4所示。其中感知節(jié)點(diǎn)的主要作用是采集激勵(lì)裝置敲擊桿塔時(shí)的激勵(lì)信息與桿塔的振動(dòng)響應(yīng)信息。邊緣節(jié)點(diǎn)對(duì)采集的激勵(lì)與響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，里面嵌入最小二乘復(fù)頻域模態(tài)算法，并將計(jì)算的模態(tài)頻率通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至后臺(tái)監(jiān)控的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)4G同步云端的歷史數(shù)據(jù)，建立臺(tái)賬信息。

圖3 振動(dòng)傳感器安裝位置Fig.3 Installation position of vibration sensor

圖4 感知系統(tǒng)框架Fig.4 Sensing system framework

2.2 感知節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

a)激勵(lì)裝置。本文設(shè)計(jì)了一款用于敲擊輸電塔振動(dòng)的激勵(lì)裝置，如圖5所示。該裝置主要由固定架、螺線管、彈性板、敲擊錘4個(gè)部分組成。驅(qū)動(dòng)電路受驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制產(chǎn)生大電流，在螺線管產(chǎn)生電磁斥力，彈性板受到斥力的作用向下彎曲帶動(dòng)敲擊錘向下運(yùn)動(dòng)，錘頭敲擊塔材，使得輸電塔發(fā)生振動(dòng)。錘頭擊桿塔的同時(shí)，錘頭的上端固定有激勵(lì)信號(hào)傳感器采集激勵(lì)信號(hào)。

圖5 激勵(lì)裝置Fig.5 Excitation device

b)振動(dòng)傳感器。本文選用ICP型振動(dòng)傳感器對(duì)輸電桿塔系統(tǒng)的低階模態(tài)頻率進(jìn)行提取。該傳感器的軸向靈敏度系數(shù)為503.5 mV/(m·s-2)，振動(dòng)加速度測(cè)量范圍為0～10 m/s2，使用的頻率范圍為0～2 500 Hz。由于本文分析的是桿塔的低階模態(tài)頻率，故振動(dòng)傳感器的采樣頻率設(shè)定為200 Hz。傳感器的附加質(zhì)量會(huì)使得結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率減小[22-23]，所以為了減小對(duì)輸電桿塔模態(tài)頻率的影響，本文選用的振動(dòng)傳感器主體材料為輕質(zhì)鋁材，底部為磁力底座，使得振動(dòng)傳感器牢牢吸附在塔材上，從而有效拾取輸電塔的振動(dòng)信息。

2.3 邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

a)硬件設(shè)計(jì)。邊緣節(jié)點(diǎn)主要由DSP、存儲(chǔ)器和ZigBeePro S1網(wǎng)關(guān)等主要部分組成，如圖6所示。DSP的DMA功能將經(jīng)A/D變換后的激勵(lì)與振動(dòng)數(shù)字信號(hào)保存在SRAM中,數(shù)據(jù)采集結(jié)束后再讀入RAM，通過(guò)模態(tài)分析算法計(jì)算輸電桿塔的模態(tài)參數(shù),然后把分析結(jié)果保存在FLASH存儲(chǔ)器。邊緣節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接ZigBee網(wǎng)絡(luò)，與監(jiān)控主機(jī)通信，接收上位機(jī)的命令并把分析結(jié)果送到上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)4G通信將數(shù)據(jù)保存至云端數(shù)據(jù)庫(kù)。RTC為每次測(cè)量提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。為了降低邊緣節(jié)點(diǎn)的功耗，采用TMS320C54系列增強(qiáng)型DSP。

圖6 邊緣節(jié)點(diǎn)原理框圖Fig.6 Edge node principle block diagram

b)軟件流程。圖7為輸電塔沉降狀態(tài)感知系統(tǒng)的感知技術(shù)流程圖，感知節(jié)點(diǎn)與邊緣節(jié)點(diǎn)全部上電后，監(jiān)控中心上位機(jī)向邊緣節(jié)點(diǎn)發(fā)送通信校時(shí)命令，在通信成功后進(jìn)行校時(shí)，當(dāng)通信失敗之后上位機(jī)告警通信失敗的終端ID，通知運(yùn)維人員進(jìn)行檢修。校時(shí)成功后，上位機(jī)向邊緣節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，邊緣節(jié)點(diǎn)向激勵(lì)裝置發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，邊緣節(jié)點(diǎn)采集激勵(lì)與振動(dòng)信息并進(jìn)行處理分析，分析完畢之后向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)之后核驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合采集預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度以及校驗(yàn)位，若數(shù)據(jù)有效，感知節(jié)點(diǎn)與邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠模式。上位機(jī)將模態(tài)頻率與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比并展示，若頻率變化異常，則發(fā)出報(bào)警。

圖7 感知方法流程Fig.7 Sensing method flow chart

3 試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

3.1 搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

以西安工程大學(xué)三塔兩檔距的輸電塔線中ZM-110 kV貓頭型塔為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)塔腳不做任何處理，使用液壓千斤頂將D塔基抬升不同的高度，來(lái)模擬桿塔正常運(yùn)行狀況和單塔基縱向位移工況(如圖8所示)，并且根據(jù)1.2節(jié)中的結(jié)論，在圖3中所示的位置安裝振動(dòng)傳感器(如圖9所示)，使用激勵(lì)裝置敲擊輸電鐵塔使其發(fā)生振動(dòng)，采集桿塔順線方向的振動(dòng)信號(hào)。

3.2 實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

3.2.1 模態(tài)頻率提取方法

本文使用最小二乘復(fù)頻域法識(shí)別輸電塔的模態(tài)頻率，過(guò)程如圖10所示。

圖8 D塔基位移Fig.8 D tower foundation displacement

圖9 實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)示意圖Fig.9 Schematic diagram of experimental test system

圖10 最小二乘復(fù)頻域模態(tài)算法Fig.10 Polymax modal algorithm

計(jì)算結(jié)果如圖11所示，圖中頻率為橫坐標(biāo)、模型階次為縱坐標(biāo)。隨著數(shù)學(xué)模型階次的增加，桿塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定點(diǎn)呈現(xiàn)縱列分布的特點(diǎn)(圖中豎線已標(biāo)出)，稱為穩(wěn)定軸，其所對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)為桿塔的某一階模態(tài)頻率。自左向右，圖中出現(xiàn)6條穩(wěn)定軸，即桿塔的第一階至第六階模態(tài)頻率，本文對(duì)前5階進(jìn)行分析。

3.2.2 不同位移量桿塔模態(tài)頻率的提取

首先對(duì)輸電桿塔在正常情況下的模態(tài)頻率進(jìn)行提取。在不對(duì)塔腳做任何處理時(shí)，激勵(lì)裝置敲擊桿塔并采集桿塔的振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行模態(tài)頻率識(shí)別并繪制穩(wěn)態(tài)圖，如圖11(a)所示。然后使用液壓千斤頂抬升D塔腳5 mm、10 mm、 15 mm、20 mm、25 mm、30 mm，采集桿塔振動(dòng)信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行分析并作出模態(tài)頻率穩(wěn)態(tài)圖，如圖11(b)、 (c) 、(d)所示。

為了避免誤差，將塔基在不同位移量時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集3次，并將提取的模態(tài)頻率結(jié)果列于表2中。

3.3 數(shù)據(jù)分析

本文使用箱形圖對(duì)D塔腿在不同位移時(shí)的模態(tài)頻率進(jìn)行繪制，如圖12所示。

從圖12中可以明顯得知輸電桿塔第一階至第五階的模態(tài)頻率隨著塔基位移量的增加均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。圖12(c)中，當(dāng)位移量為20 mm時(shí)，第三階模態(tài)頻率的范圍為30.3～31.3 Hz，將位移量為10 mm、15 mm、25 mm、30 mm的模態(tài)頻率包含其中。同樣的情況在第四階模態(tài)頻率中表現(xiàn)更加突出，當(dāng)位移量為10 mm時(shí)，輸電桿塔的第四階模態(tài)頻率的變化范圍是34.19～34.58 Hz，包含了位移5～30 mm的模態(tài)頻率，而且位移為5 mm、15 mm、20 mm時(shí)的模態(tài)頻率相互重疊。圖12(e)中，第五階模態(tài)頻率在不同位移時(shí)，波動(dòng)范圍相對(duì)第三、四階小一些。這樣在塔基發(fā)生沉降時(shí)，就很難從中分析得到沉降量以及塔基是否在持續(xù)發(fā)生沉降，不便于對(duì)輸電塔的安全狀態(tài)做出準(zhǔn)確的評(píng)估。

圖11 不同位移時(shí)桿塔模態(tài)頻率穩(wěn)態(tài)圖Fig.11 Steady-state diagram of tower modal frequency at different displacements Natural frequency steady-state diagrams with different displacement

表2 不同位移量輸電塔的模態(tài)頻率Tab.2 Modal frequency of transmission tower at different displacements

圖12 前5階模態(tài)頻率箱圖Fig.12 Box diagrams of the first order to the fifth order mode frequency

與之相對(duì)，如圖12(a)、(b)所示，輸電桿塔的第一、二階在不同位移量時(shí)的模態(tài)頻率波動(dòng)范圍都比較小，而且隨著位移的增大，模態(tài)頻率以非常穩(wěn)定的趨勢(shì)在下降。

為了進(jìn)一步分析前5階模態(tài)頻率的變化規(guī)律，對(duì)表2中每一階的模態(tài)頻率與位移量進(jìn)行擬合，如圖13所示，擬合函數(shù)見表3。

表3 前5階擬合函數(shù)Tab.3 The first order to the fifth order fitting functions parameters

由表3可知，輸電桿塔不同階次的模態(tài)頻率與位移量的擬合直線斜率不同，其中第一、二階的斜率絕對(duì)值大于其他階次，分別是0.089、0.083，說(shuō)明桿塔第一、二階模態(tài)頻率比其他階次對(duì)塔基的位移敏感，這樣有利于對(duì)桿塔微位移的快速感知。

因此，綜合桿塔在不同位移時(shí)模態(tài)頻率的波動(dòng)范圍與擬合函數(shù)的斜率，選定第一階與第二階模態(tài)頻率作為表征輸電桿塔沉降的有效依據(jù)。

圖13 頻率與位移量的線性擬合Fig.13 Linear fitting of frequency and displacement

3.4 驗(yàn)證

為了確保第一階與第二階模態(tài)頻率作為監(jiān)測(cè)量可用來(lái)表征輸電桿塔是否發(fā)生位移，抬升C塔基進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，步驟與3.1、3.2節(jié)相似，對(duì)識(shí)別結(jié)果中的第一、二階模態(tài)頻率與位移量進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如圖14所示，并與3.3節(jié)中的第一、二階次擬合函數(shù)進(jìn)行對(duì)比，可知2次擬合結(jié)果中第一、二階擬合函數(shù)的斜率相差分別為2.24%、4.81%，均小于5%。這表明第一、二階模態(tài)頻率可以用來(lái)表征輸電桿塔的沉降。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種輸電桿塔沉降狀態(tài)實(shí)時(shí)感知技術(shù)，以西安工程大學(xué)110 kV貓頭塔為對(duì)象進(jìn)行了如下研究：

圖14 驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)B(tài)頻率擬合函數(shù)Fig.14 Verification of the fitting functions of modal frequency

a)通過(guò)對(duì)輸電貓頭塔進(jìn)行ANSYS建模分析模態(tài)振型，得到低階振型節(jié)點(diǎn)的位置，據(jù)此確定了振動(dòng)傳感器的安裝位置。

b)設(shè)計(jì)了一種基于模態(tài)頻率識(shí)別的輸電桿塔沉降狀態(tài)實(shí)時(shí)感知系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了一種用于激發(fā)桿塔振動(dòng)、可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作的激勵(lì)裝置。

c)抬升貓頭塔D塔腳0～30 mm，模擬輸電塔的單塔基位移實(shí)驗(yàn)，采集振動(dòng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)輸電桿塔的低階模態(tài)頻率隨著位移的增大呈現(xiàn)下降規(guī)律，并且驗(yàn)證選定第一、二階模態(tài)頻率可作為輸電塔沉降在線監(jiān)測(cè)的有效依據(jù)，用來(lái)表征桿塔的沉降位移量。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，輸電桿塔的第一、二階模態(tài)頻率與沉降狀態(tài)感知系統(tǒng)可以用于輸電桿塔塔基位移量的監(jiān)測(cè)。將之應(yīng)用于電網(wǎng)輸電桿塔，可大大減小巡線人員的工作量，提高我國(guó)電網(wǎng)智能化程度。