一种输电杆塔健康监测方法及系统与流程

本技术涉及输电杆塔的，尤其是涉及一种输电杆塔健康监测方法及系统。

背景技术：

1、国内外输送电力的主要方法之一就是采用架空线路，输电杆塔是输电线路一个重要组成部分，至2022年，我国220kv以上输电线路长度超过84万公里。输电杆塔数量十分巨大，由于输电杆塔数量众多，电力行业建设中总投资的40%都用于输电杆塔建设；目前，城区内主要采用占地较小的管状输电杆，而在空间开阔的地方则采用桁架结构的输电塔，各类输电杆塔均使用大量螺栓连接件连接。

2、输电杆塔的设计及使用螺栓的质量、安装均有严格的技术规范，正常情况下工作可靠，但受气候条件突变的影响则可能出现结构破坏或倒塌的事故。

3、因此，针对上述相关技术，发明人认为输电杆塔在恶劣环境中易出现因螺栓松脱造成损坏的问题。

技术实现思路

1、为了便于监测输电杆塔螺栓的稳固性，本技术提供一种输电杆塔健康监测方法及系统。

2、本技术的发明目的一采用如下技术方案实现：

3、一种输电杆塔健康监测方法，包括：

4、获取目标输电杆塔的设计图纸，基于所述设计图纸创建杆塔力学分析模型，所述设计图纸包括各螺栓连接件的位置信息和性能参数；

5、获取目标输电杆塔所在区域的历史气象数据，基于历史气象数据计算最大风速影响数据和最大覆冰影响数据并添加至杆塔力学分析模型中；

6、基于杆塔力学分析模型进行有限元分析，分析各螺栓连接件的受力信息，基于各螺栓连接件的受力信息、性能参数和预设分级规则，确定对应的负荷等级；

7、基于各螺栓连接件的负荷等级和预设采样规则，确定采样计划信息，所述采样计划信息包括测点标识信息和对应的传感器型号信息。

8、通过采用上述技术方案，根据待监测的目标输电杆塔的设计图纸创建力学分析模型，根据目标输电杆塔所在区域的历史气象数据，计算当地最大风速和覆冰情况对目标输电杆塔所能造成的影响，将最大风速影响数据和最大覆冰影响数据添加至杆塔力学分析模型中，便于后续评估目标输电杆塔在极端天气影响下的受力情况；对杆塔力学分析模型进行有限元分析，以便确定各螺栓连接件的受力信息，根据受力信息和螺栓连接件的性能信息，确定螺栓连接件的负荷情况并进一步确定负荷等级；根据各螺栓连接件的负荷等级和采样规则确定采样计划，从而提高了螺栓连接件监测点选择的科学性，便于监测输电杆塔螺栓的稳固性，进而实现了对输电杆塔的健康状态监测。

9、本技术在一较佳示例中：所述基于各螺栓连接件的负荷等级和预设采样规则，确定采样计划信息的步骤之后，还包括：

10、获取实时气象数据，将气象数据加载至杆塔力学分析模型中，所述气象数据包括温度数据；

11、基于气象数据计算目标输电杆塔的力学性能数据，基于力学性能数据计算各预紧力报警阈值，以生成预紧力报警阈值组并标记至杆塔力学分析模型中；

12、获取各预紧力监测数据，以生成预紧力监测数据组，将预紧力监测数据组与预紧力报警阈值组进行匹配，基于超出预紧力报警阈值的预紧力监测数据生成目标输电杆塔的健康监测报告。

13、通过采用上述技术方案，由于在不同的气象环境中，输电杆塔的力学性能存在差异，例如，在不同的温度环境中，材料的强度较大差异，因此，获取实时气象信息并加载至杆塔力学分析模型中，以便基于气象数据计算目标输电杆塔的力学性能数据；根据实时气象情况计算各螺栓连接件的预紧力报警阈值，以生成预紧力报警阈值组，以便根据不同的气象环境对螺栓连接件的预紧力数据设置不同的报警阈值，将预紧力报警阈值组中的各项阈值标记至杆塔力学分析模型对应的螺栓连接件位置；获取各预紧力监测数据以生成预紧力监测数据组，将预紧力监测数据组与预紧力报警阈值组匹配，确定超出预紧力报警阈值的预紧力监测数据，以生成目标输电杆塔的健康监测报告，便于在不同的气象环境中监测螺栓预紧力，并在监测到螺栓预紧力异常时生成目标输电杆塔的健康监测报告。

14、本技术在一较佳示例中：所述气象数据还包括风速数据、风向数据和气压数据；所述获取各预紧力监测数据，以生成预紧力监测数据组的步骤之后，还包括：

15、基于气象数据计算风力负荷数据，基于风力负荷数据计算预紧力风力影响数据；

16、获取当前气象数据对应的预紧力标准数据组，基于预紧力监测数据组、预紧力标准数据组和预紧力风力影响数据，计算预紧力异常影响数据。

17、通过采用上述技术方案，基于气象数据中的风速、气压和风向数据，计算风力对目标输电杆塔的作用力，得到风力负荷数据，根据风力负荷数据计算当前风力对各螺栓连接件预紧力的影响，得到预紧力风力影响数据；根据当前气象数据和杆塔力学分析模型，确定当前气象环境对应的预紧力标准数据组，根据预紧力监测数据组、预紧力标准数据组和预紧力风力影响数据，计算出预紧力异常影响数据，以便判断当前目标输电杆塔是否存在其他导致预紧力监测数据异常的因素，例如覆冰、地基失稳等。

18、本技术在一较佳示例中：所述螺栓连接件的受力信息包括最大模拟预紧力数据，所述性能参数包括各螺栓连接件的许用预紧力；所述基于杆塔力学分析模型进行有限元分析，分析各螺栓连接件的受力信息，基于各螺栓连接件的受力信息、性能参数和预设分级规则，确定对应的负荷等级的步骤中，包括：

19、基于杆塔力学分析模型，加载最大风速影响数据和最大覆冰影响数据进行气象环境模拟，通过有限元分析确定各螺栓连接件所受的最大预紧力，生成最大模拟预紧力数据；

20、基于各螺栓连接件的最大模拟预紧力数据与许用预紧力的商，得到各螺栓连接件的预紧力模拟加载率；

21、将各螺栓连接件的预紧力模拟加载率与预设分级规则进行匹配，确定各螺栓连接件的负荷等级，所述分级规则包括各负荷等级对应的预紧力模拟加载率的上限值和下限值。

22、通过采用上述技术方案，基于杆塔力学分析模型，加载最大风速影响数据和最大覆冰影响数据作为气象环境模拟的条件，在杆塔力学分析模型中进行气象环境模拟，通过有限元分析，确定各螺栓连接件所受的最大预紧力作为最大模拟预紧力数据；从性能参数中确定各螺栓连接件的许用预紧力，计算最大模拟预紧力数据与许用预紧力的商为预紧力模拟加载率，以便根据不同类型螺栓连接件的实际性能参数确定各螺栓连接件所受到来自预紧力的负荷情况；基于各螺栓连接件的预紧力模拟加载率的数值，与预设分级规则进行匹配，从而确定各螺栓连接件的负荷等级，以便后续根据不同螺栓连接件的负荷等级制定采样计划。

23、本技术在一较佳示例中：所述基于各螺栓连接件的负荷等级和预设采样规则，确定采样计划信息，所述采样计划信息包括测点标识信息和对应的传感器型号信息的步骤中，包括：

24、获取所有螺栓连接件的标识信息，将各螺栓连接件按照负荷等级划分采样组；

25、将各负荷等级与预设采样规则进行匹配，确定各负荷等级的采样率；

26、基于各采样组的采样率进行监测点的采样，确定各监测点螺栓连接件对应的测点标识信息和传感器型号信息，以生成采样计划信息。

27、通过采用上述技术方案，获取所有螺栓连接件的标识信息，以便区分各螺栓连接件，将所有螺栓连接件按照负荷等级划分为若干采样组；将负荷等级与预设的采样规则匹配，以确定对各负荷等级进行采样时的采样率；根据各采样组的采样率进行螺栓预紧力监测点位的采样，获取各监测点对应螺栓连接件的测点标识信息和传感器型号信息，以便确定需要进行预紧力监测的螺栓连接件的位置，以及对应所需使用的测力传感器的型号，从而生成采样计划信息，便于指导工作人员进行测力传感器的安装工作和后续的预紧力监测工作。

28、本技术的发明目的二采用如下技术方案实现：

29、一种输电杆塔健康监测系统，包括：

30、若干测力传感器，连接于待测螺栓连接件，用于监测螺栓连接件的预紧力；

31、气象传感器，用于监测气象信息；

32、测力电路，电连接于测力传感器，用于将测力传感器测得的物理量转化为电信号，以得到预紧力监测数据；

33、数据发射模块和数据接收模块，所述数据发射模块电连接于测力电路和气象传感器，用于发送电信号数据，所述数据发射模块与所述数据接收模块通讯连接，所述数据接收模块用于接收电信号数据；

34、输电杆塔监测模块，电连接于数据接收模块，用于执行上述任一项输电杆塔健康监测方法的步骤；

35、管理终端，电连接于输电杆塔监测模块，用于输出从输电杆塔监测模块接收的信息，供管理人员查阅。

36、通过采用上述技术方案，输电杆塔健康监测系统包括若干测力传感器、气象传感器、监测电路、数据发射模块、数据接收模块、数据分析模块和管理终端；其中测力传感器用于监测待测螺栓连接件的预紧力，气象传感器用于监测气象信息，测力电路电连接于各测力传感器，用于将测力传感器测得的物理量转化为电信号，以辅助获取预紧力监测数据，数据发射模块电连接于测力电路和气象传感器，数据发射模块通讯连接于数据接收模块，以便对预紧力监测数据和气象信息进行传输；数据接收模块电连接于输电杆塔监测模块，以便对预紧力监测数据和气象信息进行分析，管理终端用于展示输电杆塔监测模块输出的信息，以供管理人员查阅，便于管理人员辅助输电杆塔健康监测工作。

37、本技术在一较佳示例中：所述测力电路包括：

38、调零模块，用于对测力传感器进行调零；

39、信号调节模块，用于将测力传感器测得的物理量转化为电信号，并将电信号调制为兼容输电杆塔监测模块的信号格式；

40、mcu模块，连接于信号调节模块，用于对信号调节模块输出的电信号进行模拟/数字转换；

41、电源模块，用于对测力电路进行供电；

42、电源管理模块，连接于电源模块，并连接于调零模块、信号调节模块和mcu模块，用于调制电源模块供应的电能。

43、通过采用上述技术方案，测力电路包括调零模块、信号调节模块、mcu模块、电源模块和电源管理模块；调零模块用于测力传感器进行调零，以便简化后续对测力传感器输出的电信号进行处理的步骤，以提高电信号处理效率，信号调节模块用于对测力传感器测得的物理量转化为电信号，并调制为兼容输电杆塔监测模块的信号格式，以进一步提高电信号处理效率，mcu模块用于实现信号调节模块所输出电信号的模拟/数字转换；电源模块和电源管理模块用于向调零模块、信号调节模块和mcu模块供应合适的电能。

44、本技术在一较佳示例中：所述测力传感器为螺母型传感器，待测螺栓连接件为双螺母结构连接，所述测力传感器为双螺母结构的上螺母。

45、通过采用上述技术方案，待测螺栓连接件选用双螺母结构连接，以实现螺母防松的效果，且测力传感器为螺母型传感器，便于在对待测螺栓连接件安装测力传感器时，不必解除待测螺栓连接件原有的连接结构，测力传感器为双螺母结构的上螺母，便于降低测力传感器拆装时对待测螺栓连接件连接结构的影响。

46、本技术在一较佳示例中：所述双螺母结构的下螺母安装扭矩为100%标准扭矩，所述上螺母安装扭矩为50%标准扭矩。

47、通过采用上述技术方案，选用双螺母结构作为螺栓连接件的防松结构时，下螺母安装扭矩为100%标准扭矩，上螺母安装扭矩为50%标准扭矩，具有较好的放松性能。

48、本技术在一较佳示例中：所述数据发射模块为lora发射模块，所述数据接收模块为lora接收模块。

49、通过采用上述技术方案，lora为一种低功耗局域网无线连接技术，使用lora发射模块和lora接收模块，具有传输距离远，工作功耗低，组网节点多，抗干扰性强，低成本等特点。

50、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

51、1. 根据待监测的目标输电杆塔的设计图纸创建力学分析模型，根据目标输电杆塔所在区域的历史气象数据，计算当地最大风速和覆冰情况对目标输电杆塔所能造成的影响，将最大风速影响数据和最大覆冰影响数据添加至杆塔力学分析模型中，便于后续评估目标输电杆塔在极端天气影响下的受力情况；对杆塔力学分析模型进行有限元分析，以便确定各螺栓连接件的受力信息，根据受力信息和螺栓连接件的性能信息，确定螺栓连接件的负荷情况并进一步确定负荷等级；根据各螺栓连接件的负荷等级和采样规则确定采样计划，从而提高了螺栓连接件监测点选择的科学性，便于监测输电杆塔螺栓的稳固性，进而实现了对输电杆塔的健康状态监测。

52、2. 由于在不同的气象环境中，输电杆塔的力学性能存在差异，例如，在不同的温度环境中，材料的强度较大差异，因此，获取实时气象信息并加载至杆塔力学分析模型中，以便基于气象数据计算目标输电杆塔的力学性能数据；根据实时气象情况计算各螺栓连接件的预紧力报警阈值，以生成预紧力报警阈值组，以便根据不同的气象环境对螺栓连接件的预紧力数据设置不同的报警阈值，将预紧力报警阈值组中的各项阈值标记至杆塔力学分析模型对应的螺栓连接件位置；获取各预紧力监测数据以生成预紧力监测数据组，将预紧力监测数据组与预紧力报警阈值组匹配，确定超出预紧力报警阈值的预紧力监测数据，以生成目标输电杆塔的健康监测报告，便于在不同的气象环境中监测螺栓预紧力，并在监测到螺栓预紧力异常时生成目标输电杆塔的健康监测报告。

53、3. 基于气象数据中的风速、气压和风向数据，计算风力对目标输电杆塔的作用力，得到风力负荷数据，根据风力负荷数据计算当前风力对各螺栓连接件预紧力的影响，得到预紧力风力影响数据；根据当前气象数据和杆塔力学分析模型，确定当前气象环境对应的预紧力标准数据组，根据预紧力监测数据组、预紧力标准数据组和预紧力风力影响数据，计算出预紧力异常影响数据，以便判断当前目标输电杆塔是否存在其他导致预紧力监测数据异常的因素，例如覆冰、地基失稳等。