輸電桿塔變形及傾斜檢測研究現狀

王身麗， 杜 勇，孫繼雄，方 權，翁永春，馬 立，張學鋒，吳 軍,覃 喬，石青松

(1.國網湖北電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050；2.三峽大學 電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

電力桿塔是高壓架空輸電線路輸電時使用的支撐架空設施，它還可以用作通訊基站、各類交通信號以及微波站信號的傳輸等。由于桿塔常年暴露在野外，不可避免地會經受日曬雨淋，環境條件惡劣的情況下，可能會出現桿塔被腐蝕等非人為現象，從而導致桿塔塔體受損；另外，在有些特殊的地方，比如采礦區，會出現地基松動、下陷等人為間接因素，導致桿塔整體偏移、傾斜；以上兩種情況下，可能會影響正常的電力生產，造成經濟損失，嚴重時還可能導致安全事故的發生。因此，桿塔的檢測是在整個電力系統中必不可少的一部分。

衡量桿塔是否符合正常標準，可以檢測桿塔是否發生較大的形變、傾斜，從而決定是否需要進行扶正、更換新的材料或者換塔處理。

1 桿塔檢測一般方法

1.1 桿塔形變的檢測方法

現實中，桿塔發生形變有很多原因，比如，由于線路架設在空中，需要承受自重、風力、暴雨和冰雪等機械力的作用導致塔身某些塔骨架發生形變，或者由于各種原因導致塔基不穩、塔身傾斜、桿塔站立受力不均而發生形變。以上兩種情況，都可能影響線路正常運行，從而造成相應的損失。因此，桿塔的形變檢測在整個輸電線路中是不可或缺的一部分。

傳統的桿塔檢測方法主要采用的是直接用眼睛觀測的方法或懸掛鉛垂法來檢驗桿塔是否發生變形，這兩種方法最大的弊端就是精度比較差，也不能夠全面了解整個桿塔的變形情況，并且效率低，不僅浪費人力和物力，還不能保證其準確性。近年來，由于科技發展，變形檢測越來越趨于簡單化、智能化和精細化，目前，工程實際中常常利用激光水準儀、測距儀、經緯儀等測量儀器儀表、高度差、角度等參數來分析塔的變形和位移情況，得到可靠的數據,操作過程也相對簡單;但在地形相對復雜的地方對測量觀測點有一定的限制，測量出的數據總量可能太少，不能全面、準確真實地反映桿塔的變形情況，但實際中桿塔的變形情況會更加復雜、多變，想要全面分析桿塔的形變情況有一定的限制，因此，急需一套既能迅速得到桿塔的形變情況又能精確、高效分析桿塔受力特性的方案。

許多領域用到三維激光掃描技術，它以高效率、高精度、高分辨率的獨特優勢為人們生產生活作出了不可磨滅的貢獻。把三維激光掃描運用到桿塔變形監測中，它能夠對塔體三維數據信息進行準確獲取，還能同時采取塔體的顏色信息、激光強度反射信號等，通過掃描變形后的塔體，與形變前的塔體比較，可以很好地發現塔體變形情況；利用無人機巡查監測桿塔的形變，是一種基于人工智能的方法，此方法能夠最真實地反映塔體變形情況，因此工作人員可以作出相應的判斷和處理。

1.2 桿塔傾斜的檢測方法

實際中輸電桿塔傾斜的原因總結，歸納如下。

(1)塔底基礎不穩。造成塔底基礎不穩的主要原因可分為人為原因和自然原因。由于人為的過度開采、墾荒使得桿塔發生傾斜，如采礦區桿塔發生傾斜現象，采礦區桿塔基礎周圍的土壤發生沉降，桿塔基礎平衡遭到破壞，使得塔的各個方向的受力不均勻，導致部分桿塔構件發生扭轉彎曲，最終致使桿塔傾斜的現象發生；嚴重的情況下，也有可能對相鄰桿塔造成影響，其效果圖如圖1所示。

圖1 桿塔傾斜示意圖

自然原因導致桿塔傾斜歸結于自然災害，例如、山體滑坡、地震等導致地面下陷、拱起等情況，使得桿塔傾斜或者倒塌。

(2)平衡張力遭到破壞。正常情況下，鐵塔兩側的導線張力基本是處于平衡狀態的。當桿塔兩側懸掛的導線受力不均勻時(如覆冰、強風)，其導線張力平衡遭到破壞，導致桿塔會向張力大的一側發生傾斜，另一側的塔可能也會受到拉力影響，當這個拉力超過桿塔受力臨界值時，桿塔桿件就會拉、壓破壞，導致桿塔發生折斷、倒塌等現象，嚴重時還有可能引發火災等危及人身安全。

(3)外力破壞。外力破壞桿塔平衡的原因有很多種，例如，大型機械施工碰撞、偷盜塔材等使得桿塔部分構件發生變形、缺失，導致塔體受力平衡遭到破壞，從而導致桿塔發生傾斜、坍塌等現象。

(4)由于施工問題，導致桿塔基礎澆注控制不當、塔材加工的精度超差、安裝時螺栓未達到規定的緊固扭距、緊線施工時輔助拉線設置不當等都可能會導致桿塔傾斜。

塔身傾斜嚴重時，可導致電力輸送中斷，引發安全事故、火災等。高效率、高精度地實現輸電桿塔傾斜檢測一直是工程現場備受關注的問題，尤其是我國近年來加大對電網的建設，對其質量要求也越來越高，因此輸電桿塔現場測量的需求日益增加。

目前，線路桿塔傾斜度測量方法主要有鉛垂法、經緯儀法、平面鏡法。其中，鉛垂測量法是一種非常傳統的方法，它需要工作人員登塔進行操作，但毫無疑問的會增加工作人員的勞動強度和風險，一般用于桿塔不高，缺少儀器的情況下使用;經緯儀法是當前桿塔傾斜常用的測量方法，該方法可以在地面直接測出桿塔的傾斜度，工作量也相對較小，但受其觀測點的約束，當觀測點不滿足時，該方法是不能使用的;平面鏡法是通過在地面上適當設置平面鏡，合理地設計光路，運用平面鏡成像原理，找到平面鏡中的待測目標代替實際目標。平面鏡測量法能夠解決特殊地形測量條件受限時目標物的觀測問題，但其測量步驟比較繁瑣，還要一定的計算，測量精度較低;隨著，我國智能電網的發展，智能數字化處理技術廣泛應用于電力行業。

無人機圖像監測系統，能夠實時監控拍攝桿塔的具體情況，通過人為操作無人機鏡頭取像調查，能及時發現桿塔傾斜情況，工作人員對此進行相應的處理。

輸電桿塔傾斜在線監測系統，它通過智能在線監測桿塔傾斜度，借助GPRS通信網絡進行實時數據傳輸，并結合線路的設計參數和計算理論模型，然后給出桿塔傾斜的預警信息，為輸電線路運行、維護和設計部門提供了可靠的依據，通過發出預警信號，使運行部門能夠及時地了解桿塔安全運行情況，以作出相應的防范措施或維護措施，從而減少因桿塔傾斜而引發的事故；協助運維部門查找桿塔故障點等。

2 桿塔檢測現存的問題

目前國內多采用人工巡檢，其巡檢周期長、精度低，但由于輸電桿塔數量大、范圍廣，導致桿塔發生形變和傾斜的因素多，僅依靠輸電巡線人員的日常檢查很難及時排除故障；我國輸電線路的特點是距離長、電壓等級高，有很多桿塔建在地勢比較復雜、海拔比較高、風速比較大的地方，無人機更是無法精確監測甚至無法抵達，同樣地，在線監測系統也不可避免的受自然因素的影響而無法準確地判斷桿塔具體情況；另外一套智能檢測系統造價昂貴，安裝在地形復雜、偏遠的地方，容易損壞，不易檢修，造成大量的經濟損失。所以一套既能保證其精確性，又能達到檢測范圍廣、適應環境強的智能檢測系統有待研發。

3 總 結

我國作為一個用電大國，其電力線路之長、桿塔數量之多、用電量之大，為了保證可靠、安全的用電，線路及桿塔檢測是電力輸送環節中的重要部分。雖然，我國大部分地方依然是靠人為的巡檢，但隨著我國科技越來越向前發展、人工智能的普及，大量的智能產品迅速地涌向電力行業，如無人機、智能監測裝置，它們解決了電力輸送環節中的很多問題，幫助人們排除了許多故障，保證了電能輸送的可靠性。