森瑟传感器在铁路通信铁塔上的应用

随着国民经济的快速增长,电力行业发展迅速,推动了输电塔行业的快速发展。“十三五” 期间,我国对电网投资约 2.7 万亿元,随着电网投资的不断加大,对输电线路铁塔的需求也将 不断增多,输电线路铁塔行业的发展前景广阔。 输电塔在电力传输过程中起着至关重要的作用,但是由于它具有高柔、轻质、低阻尼等 特点,再加上地壳运动、恶劣气候、老化氧化、潜在的人为偷盗破坏等各种因素,造成该类 结构经常发生破坏,甚至造成输电塔的倾斜和倒塌等。仅 2015 年,在我国发生的 500 kV 输 电塔倒塌 18 基,110 kV 以上输电塔倒塌 60 基。给经济、社会和人民生活造成极为严重的影响。

目前输电塔安全性的研究只在设计阶段计算考虑地震、强风、覆冰等因素的作用,对已 建成的输电塔的安全性检测和健康评价还没有制定相应的规范和制度,也没有可靠的检测手 段及健康评估方法。传统输电塔检测方法是采用巡检的方式,主要有人工目测法和直升飞机 航测法。该方法存在成本高、危险性高、以及存在盲区等问题,所以,供电部门特别需要一 种新的监测方式来代替传统巡检方式。

深圳森瑟科技发展有限公司采用自主研发生产的结构健康监测系统,包括稳定的采集仪、可 靠的传感器,功能强大的结构云平台,满足输电塔结构健康监测所需,并已在多个项目中投 入使用。数据稳定,结果可靠,充分满足各类使用要求。


监测目的 

由于该输电塔具有高柔、轻质、低阻尼等特点,在自然灾害和人为破坏的作用下极易发 生破坏,包括不均匀沉降、倾斜、倒塌等。这些变形并不是突然产生的,而是有一个发展过 程。在这个过程中可以采取措施,降低损失。 本项目通过对输电塔的实时监测,以达到以下目的:

(1)通过对输电塔沉降、倾斜、振动以及环境的实时监测,积累大量有效数据为了解输 电塔变形发展状态提供数据支撑。 

(2)通过对输电塔的实时监测,替代部分人工检测工作降低维护成本,对输电塔的安全状况有一个客观认识,对变形超过设置的阈值时可及时预警。 

(3)为确定输电塔的稳定性与安全性提供依据,也为今后输电塔的维修提供可靠的数据支持。


监测方案总体设计 

输电塔属于高耸结构,其常见破坏形式包括输电塔的倾斜、倒塌、基础沉降等等。考虑 到输电塔的特点并结合项目实际情况,主要监测输电塔的变形、环境、结构类指标,变形类 指标包括地基的不均匀沉降、塔身倾斜指标、以及振动指标,环境指标包括温湿度、降雨量、 及风速风向,结构类指标包括关键部位应力指标。 在输电塔变形规律不明确的情况下,通过监测系统长期不间断监测,对输电塔监测数据 实时观察,摸清输电塔健康状态,当监测指标超过设定阈值时能够第一时间报警,从而及时 发现问题,排除隐患,避免可能出现的重大安全事故。 

整个监测系统需满足以下要求: 

(1)系统的可靠性。输电塔监测系统提供 24 小时实时监测,所以,需要保证系统可靠 性,保证数据采集的连续、不间断。

(2)系统的先进性。设备的选择、监测系统功能要具有先进性,要与结构安全监测的相 关理论、监测技术发展水平相适应。 

(3)成本的合理性。监测系统的一个原则就是利用最优布控方式,在最需要的位置布置 最合适的传感器,做到既节省项目成本,又能减小后期维护投入,最大限度发挥出实际监测 的效果。


数据采集传输模式 

本项目监测系统的传感器种类很多、数量大、信号传输与存储的实时性要求高,同时塔 体结构复杂,施工本身难度较大,需要信号采集和传输系统尽可能减少对施工的干扰,这对 数据采集系统的软硬件提出了很高的要求。 数据传输模式有无线传输及有线传输两种,前者借助 GPRS 网络实现数据传输,只要手机 信号可达之处,即可进行传输,传输范围较广;有线传输适于没有网络的位置,没有借用任 何其它资源,通信可靠性取决于设备自身质量,不可控因素少,实时性强。这两种各具特点, 需结合项目所处位置环境及其他因素综合决定。

(1) 沉降监测。在输电塔底板 4 角分别位置安装沉降传感器,并在距输电塔一定位置相对稳定区安装 1 沉降传感器作为基准点,以实时监测输电塔沉降。 

(2) 塔体倾斜。输电塔倾斜是塔身整体力学行为特征的直观体现,有整体倾斜及局部 折断,针对这两种破坏形式分别在塔笼和塔身竖杆上各安装 1 个双轴向倾角传感器。 

(3) 结构应变。结构应变是结构整体和局部受力安全状态的直接反应,是监测的重要 方面。考虑结构受力特点和常见损伤易发部位的相关经验,按照分区集中布置的 准则,在塔体、塔笼、塔臂处安装共十个应变传感器。 

(4) 塔体振动。输电塔结构风致振动比较显著,在塔臂、塔笼位置各安装 1 个振动传感器,以监测输电塔实时振动情况。

(5) 环境因素监测。风速风向、温湿度以及降雨量等对结构变形也有一定的影响,在输电塔上安装风速风向传感器、温湿度传感器。雨量计安装在距输电塔一定位置的稳定区域。以监测风速风向、温湿度、雨量的实时变化。


固定式 倾角计

测量范围:±10°±30°±60°±90° 

测量轴:单轴/双轴 分辨率:0.001 ° 

绝对精度:0.005 ° 

温度范围:-40~+85℃ 

防水等级:IP67



IEPE压电加速度传感器

标准量程:5g 

灵敏度:1000Mv/g 

频率范围:0.04-1500 Hz(±10%) 

分辨率:0.00002g




本项目拟采用监测设备包括数据采集仪、传感器,均为森瑟科技生产。具体参数如下: 

(1) 数据采集仪本项目拟采用的数据采集仪包括两种,一种为通用的 8 通道无线数据采集仪, 另一种是针对振弦传感器专用的 8 通道振弦采集仪

8 通道无线数据采集仪,可支持 WIFI 及 GPRS 同时传输,可直接接入多种传感器,稳定性好,操作简单,最大程度满足用户需求。

8 通道振弦采集仪,专为振弦传感器设计,使用高性能 ARM 控制器,性能稳定,工作可靠。支 持接口 RS485,RS232,可应用国内大部分振弦类型传感器,稳定性好,操作简单,最大程度满足用户需求。


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