申请/专利权人：广东电网有限责任公司广州供电局

申请日：2023-12-19

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN117451006B

主分类号：G01C9/00

分类号：G01C9/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2024.02.13#实质审查的生效;2024.01.26#公开

摘要：本发明公开了一种基于卡尔曼滤波的电力杆塔倾斜监测分析系统，涉及监测系统技术领域，现提出如下方案，包括数据采集单元、数据处理单元、状态监测分析单元、倾角分析单元和调平控制单元；所述数据采集单元包括安装在电力杆塔上的倾角传感器、液压泵供油支路中的压力传感器、安装在液压缸上的位移传感器，所述倾角传感器、压力传感器和位移传感器分别负责电力杆塔实时数据的采集处理。本发明不仅可以通过状态监测分析单元对电力杆塔的倾斜状态进行快速分析处理，并通过倾角分析单元进行倾斜角度的安全系数进行分析判断处理，同时还可以通过调平控制单元对倾斜的电力杆塔进行调平控制处理，有效的保障了对电力杆塔倾斜监测分析的效果和效率。

主权项：1.一种基于卡尔曼滤波的电力杆塔倾斜监测分析系统，其特征在于，包括数据采集单元、数据处理单元、状态监测分析单元、倾角分析单元和调平控制单元；所述数据采集单元包括安装在电力杆塔上的倾角传感器、液压泵供油支路中的压力传感器、安装在液压缸上的位移传感器，所述倾角传感器、压力传感器和位移传感器分别负责电力杆塔实时数据的采集处理，并将采集的数据信息发送给数据处理单元；所述数据处理单元用于接收数据采集单元发送的相关数据信息，并对采集的相关数据信息进行数据预处理，并将处理后的相关数据信息发送给状态监测分析单元；所述状态监测分析单元用于接收数据处理单元发生的相关数据信息，同时根据接收的相关数据信息对电力杆塔进行是否存在倾斜状态的分析计算，当检测分析到电力杆塔存在倾斜状态后将数据信息发送给倾角分析单元；所述倾角分析单元用于接收状态监测分析单元发送的倾斜相关数据信息，同时根据倾角传感器检测到的电力杆塔在两个方向上的水平倾角传递给控制器PLC，并与设定电力杆塔允许倾斜度进行比较分析处理，同时将分析后的数据信息发送给调平控制单元；所述调平控制单元用于接收倾角分析单元发送的倾斜角度相关数据信息，同时根据接收的倾斜角度相关数据信息采用电液比例闭环控制原理，将倾角传感器检测到的电力杆塔在两个方向上的水平倾角传递给控制器PLC，并与设定电力杆塔允许倾斜度进行比较，若超出杆塔倾斜允许的临界值时，通过PLC控制器计算各支腿伸长量并发出指令传递给电液比例换向阀进行调平液压缸的伸长或者收缩实现平台的调平，并经位移传感器将实时位移反馈给控制器形成电力杆塔自动调平控制单元的闭环控制处理；还包括环境影响因素分析单元、防风保护单元和倾角报警单元，所述环境影响因素分析单元用于对电力杆塔周围的风速风向、日照辐射、降雨量、大气压、温度和湿度相关数据信息进行采集分析处理，并将分析后的相关数据信息发送给防风保护单元；所述防风保护单元包括防风保护拉索装置和指令接收模块，所述指令接收模块用于接收调平控制单元和环境影响因素分析单元发送的相关数据信息，并根据接收的相关数据信息控制防风保护拉索装置进行启动；所述倾角报警单元用于接收倾角分析单元发送的倾斜角度相关参数，并根据倾斜角度的相关参数进行倾斜风险的判断分析，并进行倾斜风险的报警警示处理；所述倾角分析单元通过水平状态下的静力学模型进行分析，所述静力学模型如下所示：其中S1、S2为提升平台重心到Y、X轴的距离，单位是m；Ni，i=1，2，3，4为液压支腿所受的支撑反力，单位是N；G为调节梁、原基础以及杆塔的重量，单位是N；L1、L2为电力杆塔平台X、Y方向上的长度，单位是m；当塔基平台处于水平状态时，对所建立的模型进行分析，四个调平支腿所受的力与变形均满足静力学方程，根据实际工况，调平系统的4条液压支腿对称均匀分布在调节梁的四周，由静力学力平衡及力矩平衡原理，各个支腿所受的力满足下式：，其中为支腿在Z方向上的受力，单位是N； 为支腿在X方向上的力矩，单位是N·m； 为支腿在Y方向上的力矩，单位是N·m；四点支撑属于一次静不定问题，在不产生“虚腿”的前提条件下，各个支撑点在同一平面内，支腿产生的形变量应该满足如下约束条件：，其中为第i条支腿的形变位移，单位是m； 为第i条支腿的支撑反力，单位是N； 为第i条支腿的原始长度，单位是m；E为弹性模量，单位是Nm²；A为支腿截面积，单位是m²；此时塔基平台为水平状态，所以各个支腿的长度相同，所以各个支腿的长度相同，由上述公式整理得出：；所述倾角分析单元通过倾斜状态下的静力学模型进行分析，所述倾斜状态下的静力学模型如下所示：其中ɑ和β分别为塔基平台在X轴、Y轴方向上的倾角，X方向上的倾角为ɑ，Y方向上的倾角为β，OXoYoZo为水平坐标系，OX1Y1Z1为塔基平台坐标系；塔基平台的倾斜状态可由水平状态先绕X轴旋转β角，再绕Y轴旋转ɑ角得到，设各个支撑点在坐标系中的坐标为，i=1，2，3，4，在OX1Y1Z1坐标系中的坐标为；提升平台重心位置在OXoYoZo坐标系中的坐标为，在OX1Y1Z1坐标系中的坐标为，根据静力学力平衡及力矩平衡原理，各个支腿所受的力满足下式：，当塔基平台处于倾斜状态，确定式中每条支腿的支撑点在OXoYoZo坐标系中的坐标位置是关键，而各个支撑点和重心在OX1Y1Z1坐标系中的坐标位置是已知的，建立两个坐标系之间的变换矩阵，所述变换矩阵为：，其中， 则：故，各个支撑点在OXoYoZo坐标系中坐标分别为，将各个坐标代入上式中，整理得到各个支撑点在OX1Y1Z1坐标系中的坐标为：，而替提升平台的重心在OXoYoZo坐标系中坐标为：，将各个支撑点以及提升平台的重心在OXoYoZo坐标系中的坐标带入得到：，根据塔基平台的刚性假设，支腿在伸出一定量后，四个支撑点仍然在一个平面内，必须满足式约束条件；假设水平状态下液压支腿的原始长度为，在倾斜状态下的实际长度为，伸长量为，满足公式： ，将方程联立后化简整理得到矩阵： ；式中：，因此，可以得出液压支腿的支撑力与塔基平台的倾角的关系。

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