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塌方矿区的输电线路在线监测
蒋文强1，李淮海2和王张琪1
1. 能源与动力工程学院， 中国华北电力大学，中国保定
2. 淮北供电公司， 安徽省电力公司，中国淮北
摘要—在采空区地面变形会导致倾斜的塔和塔腿变形会影响塔患风和冰载荷的能力并且也威胁著架空输电线路的安全。本文提出了一种可以监视的应力和连续的大跨越输电，凹陷的新在线监测系统和变形条件的格塔位于矿区塌方。倾斜角度的悬浮塔和悬垂绝缘子串、 大气温度、 风速和风角度进行监测，并采用基于悬链线状态函数和悬式绝缘子的平衡理论的精确数值方法计算应力和凹陷的架空线路。新的在线监测系统已安装在矿区塌方，并且效果很好。
关键词︰ 在线监测;架空输电线路;矿区塌方;地基沉降;应力和凹陷
1. 前言
向所有众所周知，煤是主要的能源，在我国能源消费中的重要作用之一。然而，地下煤层开采后上, 覆岩层会变形和落下没有煤的支持。因此，地球的表面开始下沉。空心的土地是通常被隐藏，不规则分布，从而可能导致难以预测，塌方，在相关的治疗带来了困难和不确定性。
随着经济的发展和能源需求的增加，越来越多的煤是需要和开采。进一步，坑口电厂的建设和改善电网，高压架空输电线路有些打造上塌方矿区。地表变形在这些领域会倾斜钢格子塔和塔腿变形了，因为独立基础常用的晶格输电铁塔，将影响格塔遭受风和冰载荷的能力并且也威胁着架空输电线路的安全性与可靠性。近几年一次又一次在发生了格塔由于地表综放开采的损害，虽然许多措施如板坯基地[1]和高度可调格塔[2]等方法都被采用。
为了确保安全，架空输电线路建立在矿区塌方，定期人工检查目前用于监测输电铁塔倾斜。不过，此方法不可以找到并在地面表面崩随机性预测潜在的危险。所以它是重要地利用现代传感和通讯技术在线监测格塔变形条件下，处理及时的安全风险。
本文提出了新的在线监测系统，监测应力和连续的大跨越输电，凹陷和倾斜角度的格塔位于矿区塌方。基于悬链线状态函数和悬式绝缘子的平衡理论的精确数值方法被受雇的更精确的数值计算相比通常等效跨度
2.在线监测模型
2.1 的地基沉降线部分中的描述
架空输电线路的主要结构成分是导体、 屏蔽电线、 绝缘子串和硬件和悬架和终端结构。导线与绝缘子串是垂直在正常操作条件下，可以自由摆动沿该线时纵向不平衡的负载通过悬挂结构相连。在终端结构，绝缘子串锚定和线导体。
通常，跨度长度是彼此不同的地貌，影响但凹陷的最低点水平应力保持不变以保持悬式绝缘子垂直。但是，如果格塔地基沉降，不平衡力可能发生在兼职的跨度，如果它是太大，可能会导致失败的悬浮塔[8]。
更进一步，架空输电线路应力的变化可能导致的凹陷，戏剧性的变化，它可能会导致放电事故输电线路与地面之间的小空间。所以它是需要监视格塔矿区塌方的倾斜。行部分模型的输电线路前和后地基沉降如图 1 所示。
2.2 悬链线状态函数
在塌方矿区地表变形会导致均匀沉降与倾斜的塔，这将导致架空电线路变化在悬挂点。通常在悬挂点的变化大得多与塔相比，如图 1 所示，根据几何关系的不平衡而引起变形力。在这里我们考虑塔我的坐标 悬挂点之前和之后塔作为计算中的刚性杆线应力和塔地基的沉降是如下凹陷。
（a）地基沉降之前
（b）地基沉降之后
图1.架空输电线模型
这里， x0i， y0i和alpha;i， yi分别是在悬挂点之前和之后地基的沉降量的位置;Hi0是垂直高度的悬挂点;△hi是地基不均匀沉降值，alpha;i是塔倾斜的角度。
悬点的空间位置变化将不可避免地导致应力和凹陷的线条，变化及倾角的悬式绝缘子。大跨度的长度和高差的跨度i之前和之后地基沉降如下
在这里，li0和li是跨度的长度, h0i和hi分别是塔地基的沉降之前和之后的高度。之前和之后地基沉降的关系是按照[9-10]。
这里， sigma;01和sigma;02分别是两个不同国家的的凹陷应力;l0i和li是跨度的长度;L01和L02是线的架空线长度;beta;1和beta;2是高度差异角度;t1和t2是温度的架空线;t0通常是初始温度的架空线， t0= 15℃。
然而我们知道的压力前，我们不知道悬式绝缘子的倾斜的角度，我们可以不计算跨径和高度差。因此，我们假设悬式绝缘子保持垂直，在开始，然后我们可以得到跨度的长度和高差。悬式绝缘子串的倾斜的角度可以得到通过循环访问基于绝缘体上力的平衡。因此，地基沉降条件下的架空线的状态函数可以从 (1) （2） 和 (3)中计算出来。
2.3悬式绝缘子串的力量平衡
如图 2 所示，悬式绝缘子串看作刚性的直杆，是 （倾角theta;i在图 2 中） 由于不平衡力的兼职跨度。悬式绝缘子串的塔i如下的时刻的平衡方程
Gi悬式绝缘子的重力;lambda;i是长度;TVi，THi分别是悬挂点的垂直和水平合力;theta;i是绝缘子串的倾斜的角度;Psi;i是从理论上为零的不平衡时刻。
倾斜的角度的悬式绝缘子串在平衡状态是未知的,这意味着，平衡方程中的未知参数有关。通常可以通过迭代方法求解的问题。
图 2 上悬式绝缘子的力量平衡
2.4 计算应力及凹陷
架空线被假设为固定在每一端线部分作为终端塔站在两端线部分。
图 3 的应力与弧垂的计算流程图
如图 3 所示，可以作为下一步计算的应力和凹陷的架空线
(a) 设置的绝缘子串theta;0i初始的倾斜的角度、 塔均匀沉降△hi和倾斜角度alpha;i。
(b) 计算Lmi， beta;mi和 (sigma;02)im 根据(1) (2) 及 (3)。
(c) 据计算垂直合力TVi、 水平合力THi ，不平衡力矩psi;mi
(d) 找到所有悬式绝缘子串在整条生产线部分中，最大不平衡力矩和计算预测的绝缘子字符串角度来看，是最能表现如下
其中， theta;km是预测倾斜的角度的绝缘子串。
(e) 绝缘子的修正倾斜角度theta;km 1。不同的策略大大影响收敛速度。在这里使用的下列公式
在这里， theta;k是绝缘子字符串角度;Lambda;是松弛因子，通常介于 0 和 1 之间。lambda;的值被有关的收敛速度。一般来说，较大的lambda;的速度越慢的收敛速度，较小的lambda;的速度越快的收敛速度。
(f) 确定不平衡力矩是否满足要求。如果不平衡力矩不满足要求然后返回 (b) 并继续，循环。
(g)计算 Lkm， beta;km、计算 架空输电线路的压力与下降。
- 监控系统和应用
开发矿山塌方地区输电线路在线监测系统，组成的数据采集系统和后台管理系统。图 4 显示的输电线路在线监测系统的映射。
图4 输电线在线监控系统结构图
输电线路塌方矿区坐落于安徽省一线部分被选为安装在线监测系统。倾斜角度的悬浮塔和悬垂绝缘子串、大气温度、风速和风角度进行监测。从领域获得这些参数用于计算的应力和凹陷的架空线路的基础提出了以上的理论。图 5 显示倾斜传感器安装在架空输电线路上。
图5 安装在架空输电线上的倾斜传感器
3.1 数据采集系统
数据采集系统包含奴隶节点数目和一个主节点，如图 4 所示。奴隶贩子节点用于收集塔参数和与其他奴隶节点或主节点通信。主节点用于从奴隶的所有节点收集数据并送他们到通信主机。主节点和通信主机之间 GPRS （通用分组无线业务） 无线通信模块用来传输数据。
然而，奴隶节点，Zigbee 网络用来传输数据，如图 4，是新一代通信技术的结构简单的特点，所示之间低功耗、 低速率、 低成本、 高可靠的微功率网格网络。
没有传统的功率在字段中原样，数据采集系统中使用太阳能电源系统。图 6 显示了通信和电力系统的奴隶节点。
图6 从属节点通信系统
3.2 后台管理系统
图 7 显示了在线监测系统的后台管理系统。它可以表现出的洞穴中塔倾斜角度、 强调和凹陷的架空线路和预测的重要参数的趋势。该系统也可以用于向经理发送消息，如果塔倾斜角度或其他人关心超过指定的值的参数。
图7 后台管理系统
- 结论
在矿区地面沉降将导致倾斜的塔和塔腿变形会影响塔患风和冰的能力并且也威胁著架空输电线路的安全。本文给出了新的在线监测系统可以监测应力和连续的大跨越输电，凹陷和变形条件的格塔位于矿区塌方。采用基于悬链线状态函数和悬式绝缘子的平衡理论的精确数值方法。新的输电线路在线监测系统应用于矿区塌方，效果很好。
参考文献
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[3] Lu Jia-zheng, Liu Chun, Chen Hong-dong, Hu Bo-tao, Finite Element Calculation of 500 kV Iced Power Transmission System, High Voltage Engineering, 2007, 30(10), 167-169
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[7] Yang Meng-gang, Chen Zheng-qing, Nonlinear analysis of cable structures using a two-node curved cable element of high precision,Engineering Mechanics, 2003, 20(1): 42-47
[8] Huang Qiang, Wang Jia-hong, Ou Ming-yong，Analysis on Accidents Caused by
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