曾璐阳，高 琛，江 博，程俊翔，姚 俊，徐海章（国网湖北省电力有限公司检修公司，湖北 武汉 435000）

0 引 言

架空输电线路在电网结构起着输送电能的作用，所处环境一般极为恶劣[1-2]。伴随着人为破坏、自然灾害的发生，架空输电杆塔的安全性往往无法保障，经常发生倒塔、断线等故障，给电网稳定运行带来极大的挑战[3]。

近年来，针对频繁的杆塔倒塌事故，国内外专家学者对如何有效预防杆塔失稳进行了研究。目前，应用比较广泛的是经纬仪测量法[4-6]，但该方法对于杆塔所处环境要求较为苛刻，需要杆塔所处位置平坦。但是，在山区特别是在地势险峻的跨山地区，很难通过人工经纬仪测量，给对杆塔失稳的不确定性带来了很大影响。本文设计了一种针对地质灾害多发区的超高压输电线路杆塔基础失稳模拟监测系统，利用多个压力传感器和倾角传感器采集数据，通过数据融合技术处理数据，再通过无线通信方式传输给运维工作人员和后台服务中心，及时、有效提醒工作人员杆塔的运行状况。通过模拟试验验证了其有效、可行且精度高，实现了超高压输电线路杆塔倾斜状态的实时监测。

1 系统组成

整个系统主要由3部分构成，通过现场的传感器检测终端检测信号，利用无线通信模块进行通信传输，再经过控制模块进行综合分析，最后将控制信号传输给远程监控中心，如图1所示。

图1 系统总体结构图

1.1 传感器检测终端

这里将通过传感器模块采集杆塔倾斜信号，整个系统采用多传感器同时检测。4个压力传感器分别位于基脚的4个脚下，4个倾角传感器分别位于塔顶、塔腰和塔基上。通过4个不同位置的传感器检测的数值进行数据融合，从而得出真实的输电杆塔倾斜数据，给工作人员一种直观的杆塔倾斜判断，达到及时预警的目的。

1.2 压力检测子系统

本文中，压力传感器主要安装在塔基的4个基脚下，用来检测塔基对地面的压力。本文采用可靠性高、稳定性强且内含INA128仪表放大器的压力传感器检测信号，具体检测原理如图2所示。

1.3 倾角检测子系统

倾角检测对于输电杆塔失稳非常重要。传感器的选择对系统的可靠性尤为重要，因为杆塔所处环境的情况决定了传感器的可靠性。在经过多次咨询和现场试验后，本文选择了精度高、性能强的SCA100T倾角传感器。

2 超高压输电杆塔失稳数据融合

输电杆塔是通过多传感器数据融合获得杆塔稳定性判断。多数据融合方法步骤如下：

（1）采用离散小波变换实现信号滤波。信号x(t)的连续小波变换定义为：

其中：

表示小波基函数，x(t)是每个传感器检测的信号，ψj,n(t)是小波基数，j是尺度因子，n是平移因子。适当选择母小波ψ(t)，可使ψj,n(t)及其傅里叶变换ψj,n(ω)同时具有较好的局限性，因此小波分析是时-频分析。

在离散小波变换中，常用的离散方法是将j按幂级数离散，n在尺寸内均匀离散，信号x(t)的离散小波变换为：

（2）利用小波包能量谱方法对压力信号和倾角信号进行分解处理，提取特征向量

其中，Ej表示第j个传感器频带能量，xjk(k=1,2,…,N)为信号Ej各离散点的值。于是，可计算所述各频带能量占总能量的百分比其中En表示第n个传感器频带能量，为稳定性诊断的输入特征量。

（3）利用RBF神经网络方法对输电线路杆塔进行初步稳定性诊断。RBF神经网络由输入层、隐层和输出层组成，完成非线性映射。

一般取：

其中，e为输入向量，ωi是权值，ci和σi是基函数的数据中心和宽度，n为中心数目，φ(·)为径向基函数，ω0表示偏差。

（4）利用贝叶斯推理实现对初步诊断结果融合，得出最终融合诊断结果：

其中，u(k)和un(k)表示二值函数；Pk(Hi/u1(k),…,ui(k),…,un(k))表示第k次量测下Hi的后验概率（i=0.1）；H1表示目标存在该信号；H0表示目标不存在该信号。

3 输电杆塔失稳软件设计

为了确保检测系统数据的准确性，同时尽量减少人为因素影响，通过C语言编程自动设置阈值，通过检测值与设定阈值自动对比实现自动报警。本文设计的软件流程如图3所示。

图3 杆塔基础失稳预警系统的软件流程图

4 超高压输电线路杆塔失稳调试分析

将研究的超高压输电线路杆塔基础失稳预警系统投入实际工作现场应用。研究的输电线路杆塔基础失稳预警系统响应国网公司项目要求制作而成，主要是对超高压输电线路杆塔的稳定性进行研究，通过对超高压输电线路杆失稳检测判定杆塔的稳定性。

图4 现场安装调试图

本文研制的超高压输电线路杆塔失稳预警系统具有良好的实际应用效果，通过研制前后的实际对比发现，其可降低工作人员的工作强度，提高巡检质量。

5 结 论

本文论证了采用多传感器信息与数据融合相结合的方法检测超高压输电线路杆塔基础失稳预警系统的可行性与有效性。分析认为，一方面利用压力传感器采集到的压力可以分析杆塔四角受力情况，对杆塔稳定性进行初判，另一方面利用倾角传感器采集的倾角判断杆塔是否处于倾斜状态，将两者结合可对杆塔的安全情况进行准确预警，能解决常规检查很难及时准确发现杆塔倾斜故障的技术难题。在模拟基础上，根据相关监测方案设计，未来可在超高压输电线路正式投入运行，实现超高压输电线路杆塔的全方面检测。

表1 实际应用效果对比