输电杆塔变形及倾斜检测研究现状

王身丽， 杜 勇，孙继雄，方 权，翁永春，马 立，张学锋，吴 军,覃 乔，石青松

(1.国网湖北电力有限公司检修公司，湖北 武汉 430050；2.三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

电力杆塔是高压架空输电线路输电时使用的支撑架空设施，它还可以用作通讯基站、各类交通信号以及微波站信号的传输等。由于杆塔常年暴露在野外，不可避免地会经受日晒雨淋，环境条件恶劣的情况下，可能会出现杆塔被腐蚀等非人为现象，从而导致杆塔塔体受损；另外，在有些特殊的地方，比如采矿区，会出现地基松动、下陷等人为间接因素，导致杆塔整体偏移、倾斜；以上两种情况下，可能会影响正常的电力生产，造成经济损失，严重时还可能导致安全事故的发生。因此，杆塔的检测是在整个电力系统中必不可少的一部分。

衡量杆塔是否符合正常标准，可以检测杆塔是否发生较大的形变、倾斜，从而决定是否需要进行扶正、更换新的材料或者换塔处理。

1 杆塔检测一般方法

1.1 杆塔形变的检测方法

现实中，杆塔发生形变有很多原因，比如，由于线路架设在空中，需要承受自重、风力、暴雨和冰雪等机械力的作用导致塔身某些塔骨架发生形变，或者由于各种原因导致塔基不稳、塔身倾斜、杆塔站立受力不均而发生形变。以上两种情况，都可能影响线路正常运行，从而造成相应的损失。因此，杆塔的形变检测在整个输电线路中是不可或缺的一部分。

传统的杆塔检测方法主要采用的是直接用眼睛观测的方法或悬挂铅垂法来检验杆塔是否发生变形，这两种方法最大的弊端就是精度比较差，也不能够全面了解整个杆塔的变形情况，并且效率低，不仅浪费人力和物力，还不能保证其准确性。近年来，由于科技发展，变形检测越来越趋于简单化、智能化和精细化，目前，工程实际中常常利用激光水准仪、测距仪、经纬仪等测量仪器仪表、高度差、角度等参数来分析塔的变形和位移情况，得到可靠的数据,操作过程也相对简单;但在地形相对复杂的地方对测量观测点有一定的限制，测量出的数据总量可能太少，不能全面、准确真实地反映杆塔的变形情况，但实际中杆塔的变形情况会更加复杂、多变，想要全面分析杆塔的形变情况有一定的限制，因此，急需一套既能迅速得到杆塔的形变情况又能精确、高效分析杆塔受力特性的方案。

许多领域用到三维激光扫描技术，它以高效率、高精度、高分辨率的独特优势为人们生产生活作出了不可磨灭的贡献。把三维激光扫描运用到杆塔变形监测中，它能够对塔体三维数据信息进行准确获取，还能同时采取塔体的颜色信息、激光强度反射信号等，通过扫描变形后的塔体，与形变前的塔体比较，可以很好地发现塔体变形情况；利用无人机巡查监测杆塔的形变，是一种基于人工智能的方法，此方法能够最真实地反映塔体变形情况，因此工作人员可以作出相应的判断和处理。

1.2 杆塔倾斜的检测方法

实际中输电杆塔倾斜的原因总结，归纳如下。

(1)塔底基础不稳。造成塔底基础不稳的主要原因可分为人为原因和自然原因。由于人为的过度开采、垦荒使得杆塔发生倾斜，如采矿区杆塔发生倾斜现象，采矿区杆塔基础周围的土壤发生沉降，杆塔基础平衡遭到破坏，使得塔的各个方向的受力不均匀，导致部分杆塔构件发生扭转弯曲，最终致使杆塔倾斜的现象发生；严重的情况下，也有可能对相邻杆塔造成影响，其效果图如图1所示。

图1 杆塔倾斜示意图

自然原因导致杆塔倾斜归结于自然灾害，例如、山体滑坡、地震等导致地面下陷、拱起等情况，使得杆塔倾斜或者倒塌。

(2)平衡张力遭到破坏。正常情况下，铁塔两侧的导线张力基本是处于平衡状态的。当杆塔两侧悬挂的导线受力不均匀时(如覆冰、强风)，其导线张力平衡遭到破坏，导致杆塔会向张力大的一侧发生倾斜，另一侧的塔可能也会受到拉力影响，当这个拉力超过杆塔受力临界值时，杆塔杆件就会拉、压破坏，导致杆塔发生折断、倒塌等现象，严重时还有可能引发火灾等危及人身安全。

(3)外力破坏。外力破坏杆塔平衡的原因有很多种，例如，大型机械施工碰撞、偷盗塔材等使得杆塔部分构件发生变形、缺失，导致塔体受力平衡遭到破坏，从而导致杆塔发生倾斜、坍塌等现象。

(4)由于施工问题，导致杆塔基础浇注控制不当、塔材加工的精度超差、安装时螺栓未达到规定的紧固扭距、紧线施工时辅助拉线设置不当等都可能会导致杆塔倾斜。

塔身倾斜严重时，可导致电力输送中断，引发安全事故、火灾等。高效率、高精度地实现输电杆塔倾斜检测一直是工程现场备受关注的问题，尤其是我国近年来加大对电网的建设，对其质量要求也越来越高，因此输电杆塔现场测量的需求日益增加。

目前，线路杆塔倾斜度测量方法主要有铅垂法、经纬仪法、平面镜法。其中，铅垂测量法是一种非常传统的方法，它需要工作人员登塔进行操作，但毫无疑问的会增加工作人员的劳动强度和风险，一般用于杆塔不高，缺少仪器的情况下使用;经纬仪法是当前杆塔倾斜常用的测量方法，该方法可以在地面直接测出杆塔的倾斜度，工作量也相对较小，但受其观测点的约束，当观测点不满足时，该方法是不能使用的;平面镜法是通过在地面上适当设置平面镜，合理地设计光路，运用平面镜成像原理，找到平面镜中的待测目标代替实际目标。平面镜测量法能够解决特殊地形测量条件受限时目标物的观测问题，但其测量步骤比较繁琐，还要一定的计算，测量精度较低;随着，我国智能电网的发展，智能数字化处理技术广泛应用于电力行业。

无人机图像监测系统，能够实时监控拍摄杆塔的具体情况，通过人为操作无人机镜头取像调查，能及时发现杆塔倾斜情况，工作人员对此进行相应的处理。

输电杆塔倾斜在线监测系统，它通过智能在线监测杆塔倾斜度，借助GPRS通信网络进行实时数据传输，并结合线路的设计参数和计算理论模型，然后给出杆塔倾斜的预警信息，为输电线路运行、维护和设计部门提供了可靠的依据，通过发出预警信号，使运行部门能够及时地了解杆塔安全运行情况，以作出相应的防范措施或维护措施，从而减少因杆塔倾斜而引发的事故；协助运维部门查找杆塔故障点等。

2 杆塔检测现存的问题

目前国内多采用人工巡检，其巡检周期长、精度低，但由于输电杆塔数量大、范围广，导致杆塔发生形变和倾斜的因素多，仅依靠输电巡线人员的日常检查很难及时排除故障；我国输电线路的特点是距离长、电压等级高，有很多杆塔建在地势比较复杂、海拔比较高、风速比较大的地方，无人机更是无法精确监测甚至无法抵达，同样地，在线监测系统也不可避免的受自然因素的影响而无法准确地判断杆塔具体情况；另外一套智能检测系统造价昂贵，安装在地形复杂、偏远的地方，容易损坏，不易检修，造成大量的经济损失。所以一套既能保证其精确性，又能达到检测范围广、适应环境强的智能检测系统有待研发。

3 总 结

我国作为一个用电大国，其电力线路之长、杆塔数量之多、用电量之大，为了保证可靠、安全的用电，线路及杆塔检测是电力输送环节中的重要部分。虽然，我国大部分地方依然是靠人为的巡检，但随着我国科技越来越向前发展、人工智能的普及，大量的智能产品迅速地涌向电力行业，如无人机、智能监测装置，它们解决了电力输送环节中的很多问题，帮助人们排除了许多故障，保证了电能输送的可靠性。