风力发电塔变形监测

一种风力发电塔变形（安全）监测系统
技术领域
本发明应用于陆上及海上风力发电场风塔的安全监测领域。
背景技术
当前在风力发电塔安全监测领域大多只进行塔筒倾斜监测，倾斜监测只能监测风塔塔筒是否倾斜。当风塔运行过程中，若底部稳固，上部由于外力导致塔筒扭曲变形，很可能导致塔筒折断、倒塌。
本发明从塔筒倾斜度、塔基沉降位移量、塔筒内部扭曲微变形量三方面对塔筒的安全稳定性进行立体化的监测。
技术解决方案
本方案使用高精度GNSS接收机、微波雷达、测斜仪三种传感器分别对风塔塔基的沉降、塔筒内部的扭曲变形、塔筒的倾斜状态进行实时监测，并配以监测工控主机、变形监测软件、网络交换机、无线通讯模块、接线盒、传输线缆等设备对监测数据进行实时采集、存储、分析，从而达到对整个风塔的安全稳定性进行实时监测、预警分析的目的。
高精度GNSS接收机的监测数据可使风塔塔基的沉降、位移量的实时监测精度达到3MM。微波雷达的运用可对塔筒内部曲面的多点位移量进行实时同步监测，监测精度达到0.01MM。测斜仪可实现对塔筒整体倾斜方向、倾斜角度的实时监测，精度可达0.01度。通过这三种监测传感器的多维、立体化的监测数据并结合专用的监测、预警、分析系统实现对风塔运行安全的实时监测。
附图说明
1. 网络拓扑

2. 传感器布设图

具体实施方式
在风力发电塔塔筒内壁布设测斜仪2-N台，实时监测塔身的倾斜情况。在风力发电塔塔筒内壁布设多点微变形雷达监测传感器2-N台，实时监测塔筒内壁曲面的微形变值。在风力发电塔基座布设2-台高精度GNSS以实时监测基座的沉降、位移值。
各个监测传感器的输出信号为数字信号，并通过4芯电缆将监测数据以串行信号传输方式发送至GPRS模块，经GPRS模块转换为无线网路信号后连接至监控中心的安全监测预警工控主机，通过工控主机内置的风力发电塔安全监测预警分析系统进行数据的接收、分析、存储、预警、显示、查询处理。
实时监测数据可在控制中心大屏就地显示控制，也可远程通过手机、工作站进行操作控制。当达到系统预设的报警值后，报警信息可在控制中心以声光报警形式进行提示，也可通过短信形式发送至特定手机进行报警提示。
本发明创造性的将测斜仪、微变形雷达、高精度GNSS三种设备结合起来，实现了风力发电塔的塔壁变形扭曲、基座沉降位移、塔筒倾斜情况相结合的三位一体化的变形监测系统方案。
本发明主要适用于陆上风力发电塔，在不安装高精度GNSS传感器的情况下，也可用于海上风力发电塔的变形监测。

监测传感器主要技术参数：
A、M300 GNSS接收机
M300 GNSS是一款高精度定位GNSS接收机(GPS+BDS+GLONSS+Galileo)，可以单系统定位，也可以多系统联合定位。随着我国北斗卫星系统可靠性和实用性不断加强，采用北斗+GPS联合应用可以增加跟踪卫星数量，提高GNSS高精度定位的可用性及可靠性，使在高遮挡地区的定位应用成为可能。

技术参数
信号跟踪：
通道数:440    
BDS-2 B1I,B2I,B3I 标准单点定位精度:
GPS L1C/A,L1P,L2P,L2C,L5     
GLONASS L1C,L2C,L1P,L2P       
Galileo E1, E5a, E5b
标准单点定位精度:
单频：H≤5m, V≤5m (1σ, PDOP≤4)
双频：H≤3m, V≤3m (1σ, PDOP≤4)
静态差分精度:
水平：±(2.5 +1×10-6×D)mm
垂直：±(5 + 1×10-6×D)mm
通信：RS232信号

B、ZAST-CXY30固定式测斜仪
ZAST-CXY30固定式测斜仪（导轮式）可同时测量X/Y两个方向倾斜变化，能明确测出测点的倾斜方向与倾斜角度；并可直接挂接总线系统进行自动化数据采集。广泛用于大坝、山体边坡、路基等土体内部垂直沉降变化的测量。

技术参数
测量维数：X/Y二维
测量范围：±30°
分辨率：0.01°
外形尺寸：直径：33MM，长：760MM
通信：RS485信号
供电：12VDC

C、ZAST-LD40微形变雷达监测仪
ZAST-LD40微形变雷达监测仪是采用非接触测量方式测量物体微小形变位移和振动频率的雷达创新产品。它具有测量时间短，测量效率和精度高等特点。可应用于桥梁拉索索力、隧道涵洞周边收敛和拱顶沉降、工业设备震动等测量场景。也可广泛应用于采煤工作面顶板下沉量及采煤机推进度、液压支架移动距离的精确测量。

技术参数
探测系统：微波雷达
探测方式：非接触
供电方式：24VDC
测量精度：0.01MM
通信：RS485信号
功耗：≤5W