森瑟傳感器在鐵路通信鐵塔上的應用

隨著國民經濟的快速增長，電力行業發展迅速，推動了輸電塔行業的快速發展。“十三五" 期間，我國對電網投資約 2.7 萬億元，隨著電網投資的不斷加大，對輸電線路鐵塔的需求也將 不斷增多，輸電線路鐵塔行業的發展前景廣闊。 輸電塔在電力傳輸過程中起著至關重要的作用，但是由于它具有高柔、輕質、低阻尼等 特點，再加上地殼運動、惡劣氣候、老化氧化、潛在的人為偷盜破壞等各種因素，造成該類 結構經常發生破壞，甚至造成輸電塔的傾斜和倒塌等。僅 2015 年，在我國發生的 500 kV 輸 電塔倒塌 18 基，110 kV 以上輸電塔倒塌 60 基。給經濟、社會和人民生活造成極為嚴重的影響。

目前輸電塔安全性的研究只在設計階段計算考慮地震、強風、覆冰等因素的作用，對已 建成的輸電塔的安全性檢測和健康評價還沒有制定相應的規范和制度，也沒有可靠的檢測手 段及健康評估方法。傳統輸電塔檢測方法是采用巡檢的方式，主要有人工目測法和直升飛機 航測法。該方法存在成本高、危險性高、以及存在盲區等問題，所以，供電部門特別需要一 種新的監測方式來代替傳統巡檢方式。

深圳森瑟科技發展有限公司采用自主研發生產的結構健康監測系統，包括穩定的采集儀、可 靠的傳感器，功能強大的結構云平臺，滿足輸電塔結構健康監測所需，并已在多個項目中投 入使用。數據穩定，結果可靠，充分滿足各類使用要求。

監測目的

由于該輸電塔具有高柔、輕質、低阻尼等特點，在自然災害和人為破壞的作用下極易發 生破壞，包括不均勻沉降、傾斜、倒塌等。這些變形并不是突然產生的，而是有一個發展過 程。在這個過程中可以采取措施，降低損失。 本項目通過對輸電塔的實時監測，以達到以下目的：

（1）通過對輸電塔沉降、傾斜、振動以及環境的實時監測，積累大量有效數據為了解輸 電塔變形發展狀態提供數據支撐。

（2）通過對輸電塔的實時監測，替代部分人工檢測工作降低維護成本，對輸電塔的安全狀況有一個客觀認識，對變形超過設置的閾值時可及時預警。

（3）為確定輸電塔的穩定性與安全性提供依據，也為今后輸電塔的維修提供可靠的數據支持。

監測方案總體設計

輸電塔屬于高聳結構，其常見破壞形式包括輸電塔的傾斜、倒塌、基礎沉降等等。考慮 到輸電塔的特點并結合項目實際情況，主要監測輸電塔的變形、環境、結構類指標，變形類 指標包括地基的不均勻沉降、塔身傾斜指標、以及振動指標，環境指標包括溫濕度、降雨量、 及風速風向，結構類指標包括關鍵部位應力指標。 在輸電塔變形規律不明確的情況下，通過監測系統長期不間斷監測，對輸電塔監測數據 實時觀察，摸清輸電塔健康狀態，當監測指標超過設定閾值時能夠時間報警，從而及時 發現問題，排除隱患，避免可能出現的重大安全事故。

整個監測系統需滿足以下要求：

（1）系統的可靠性。輸電塔監測系統提供 24 小時實時監測，所以，需要保證系統可靠 性，保證數據采集的連續、不間斷。

（2）系統的*性。設備的選擇、監測系統功能要具有*性，要與結構安全監測的相 關理論、監測技術發展水平相適應。

（3）成本的合理性。監測系統的一個原則就是利用布控方式，在最需要的位置布置 最合適的傳感器，做到既節省項目成本，又能減小后期維護投入，限度發揮出實際監測 的效果。

數據采集傳輸模式

本項目監測系統的傳感器種類很多、數量大、信號傳輸與存儲的實時性要求高，同時塔 體結構復雜，施工本身難度較大，需要信號采集和傳輸系統盡可能減少對施工的干擾，這對 數據采集系統的軟硬件提出了很高的要求。 數據傳輸模式有無線傳輸及有線傳輸兩種，前者借助 GPRS 網絡實現數據傳輸，只要手機 信號可達之處，即可進行傳輸，傳輸范圍較廣；有線傳輸適于沒有網絡的位置，沒有借用任 何其它資源，通信可靠性取決于設備自身質量，不可控因素少，實時性強。這兩種各具特點， 需結合項目所處位置環境及其他因素綜合決定。

（1） 沉降監測。在輸電塔底板 4 角分別位置安裝沉降傳感器，并在距輸電塔一定位置相對穩定區安裝 1 沉降傳感器作為基準點，以實時監測輸電塔沉降。

（2） 塔體傾斜。輸電塔傾斜是塔身整體力學行為特征的直觀體現，有整體傾斜及局部 折斷，針對這兩種破壞形式分別在塔籠和塔身豎桿上各安裝 1 個雙軸向傾角傳感器。

（3） 結構應變。結構應變是結構整體和局部受力安全狀態的直接反應，是監測的重要 方面。考慮結構受力特點和常見損傷易發部位的相關經驗，按照分區集中布置的 準則，在塔體、塔籠、塔臂處安裝共十個應變傳感器。

（4） 塔體振動。輸電塔結構風致振動比較顯著，在塔臂、塔籠位置各安裝 1 個振動傳感器，以監測輸電塔實時振動情況。

（5） 環境因素監測。風速風向、溫濕度以及降雨量等對結構變形也有一定的影響，在輸電塔上安裝風速風向傳感器、溫濕度傳感器。雨量計安裝在距輸電塔一定位置的穩定區域。以監測風速風向、溫濕度、雨量的實時變化。

固定式 傾角計

測量范圍:±10°±30°±60°±90°

測量軸:單軸/雙軸 分辨率:0.001 °

精度:0.005 °

溫度范圍:-40～+85℃

防水等級:IP67

IEPE壓電加速度傳感器

標準量程：5g

靈敏度：1000Mv/g

頻率范圍：0.04-1500 Hz（±10%）

分辨率：0.00002g

本項目擬采用監測設備包括數據采集儀、傳感器，均為森瑟科技生產。具體參數如下：

（1） 數據采集儀本項目擬采用的數據采集儀包括兩種，一種為通用的 8 通道無線數據采集儀， 另一種是針對振弦傳感器專用的 8 通道振弦采集儀

8 通道無線數據采集儀，可支持 WIFI 及 GPRS 同時傳輸，可直接接入多種傳感器，穩定性好，操作簡單，滿足用戶需求。

8 通道振弦采集儀，專為振弦傳感器設計，使用高性能 ARM 控制器，性能穩定，工作可靠。支 持接口 RS485，RS232，可應用國內大部分振弦類型傳感器，穩定性好，操作簡單，滿足用戶需求。