输电杆塔

针对输电杆塔结构状态信息提取难度大、精度低等问题，提出了一种基于北方苍鹰算法优化的变分模态分解（northern goshawk optimized variational mode decomposition，NGO-VMD）与长短期记忆（long short-term memory，LSTM）神经网络的输电杆塔倾斜状态识别方案。通过北方苍鹰优化算法解决了变分模态分解参数难确定的问题，并且证明其分解的各阶本征模态分量（intrinsic mode function，IMF）可以有效提取出杆塔结构的模态信息。为了使信息特征更为明显，对IMF分量进行奇异值分解（singular value decomposition，SVD），发现各阶分量的奇异值在杆塔不同状态下有较为明显的区别。最后引入LSTM神经网络进行特征分类，形成故障诊断模型。依托某110 kV猫头塔对模型进行试验验证，结果表明：所提方法对杆塔倾斜状态的识别准确率为96.68%，与其他方法相比，具有效率更高、稳定性更强、更加精准的优势。

该成果主要由输电线路智能监拍主机和可带电安装的接点温度检测探头两部分组成。是一个针对输电线路通道和接点发热隐患点实时巡检的设备，利用GPS数据定位技术、图像识别技术、在线测温技术、无线数据通信等技术巡视输电线路。这些数据通过采集、分析、处理等过程，保证信息及时、准确地得到分析利用，方便了线路日常巡检工作。同时又利用电流感应取电技术和无线传输技术，对输电线路导线、线夹、接续管等位置进行温度测量，测量的温度通过射频发送给监拍主机，主机通过自身的2G/3G/4G网络发送至系统平台。本装置采用太阳能电池板和大容量长寿命电池，可全天候工作，可休眠和远程唤醒，根据需要设置每天工作时间、获取实时照片、视频、导线温度等。并进行图像处理、隐患智能分析、推送告警、大数据统计分析，为使用PC客户端、移动客户端的电力用户提供云服务，满足及时、准确、高效地输电线路可视化巡检的需要。 本成果作为“监拍+测温”系统的一部分，已在“2017年山东省电力公司“三跨”治理专项会议”中被列为重点推广应用项目，具有在电力系统行业全面推广的前景。截止目前本成果已在淄博、荷泽、东营等地市公司推广或者试点应用，目前在线运行的装置共计706套，运行效果良好。山东省电力公司共管辖110kV及以上线路杆塔约15万基，如按照15%的比例安装，市场容量约为2.25万套；全国66kV及以上输电杆塔超过300万基，市场容量超过45万套。同时，目前在建和已运行的特高压线路超过20条，杆塔超过3万基，根据特高压线路的重要性，按照逐基100%安装计算，市场容量超过3万基。若在全国输配电、通信、石油管道输送等行业推广，产品应用前景更加巨大。

我国是世界上台风灾害影响最严重的国家。台风灾害影响范围大，破坏力强，据统计 2013年-2015 年期间，台风灾害就导致广东电网输配电线路损失超 7.2 万基，影响用户达 776 万户以上，是沿海输配电线路损失的最主要原因，严重影响电网安全与社会供电。长期以来，电网风灾防控面临着设备风速缺乏有效监测分析、杆塔风灾破坏过程不明确、风灾损失难以量化评估、风灾防控措施不完备和辅助决策缺乏系统级信息集成等问题。台风灾害的精准预警与防控是提高电网应对能力的必要手段。 通过多学科协同创新，系统性解决了电网台风灾害广域监测、精准评估及高效防治等关键技术难题，取得了突破性创新成果，提出了微尺度台风风场精细化分析技术，揭示了复杂微地形区域的风场变化规律，构建了电网台风监测及灾害告警网络，首次将设备风场监测预警精度提升到 10m 量级，解决了有限监测站点无法对输配电线路全覆盖监测的难题，实现了具体到设备的台风灾害风险告警。提出了塔线体系风雨荷载耦合计算模型，建立了架空线路抗风承载能力及结构参数不确定性倒塌分析方法，有效定位输电杆塔薄弱部位和失效概率，发明了输电线路杆塔不停电加固技术，提升了杆塔抗风承载力。建立了配网台风灾害多因子损失预测模型，突破了强台风区域内配网杆塔定量损失评估的难题。发明了配网防风不停电快速打拉线装置及适用于多方向荷载的弃线保杆装置，拉线抢装时间缩短 90%，弃线保杆动作误差小于 5%，大幅减少配网因台风倒断杆事故； 构建了主配网设备台风监测与灾害防治体系，研发了电网台风灾害决策支持系统，实现了台风监测、灾害损失评估和防治辅助决策，有效支撑电网台风应急指挥。 项目获授权专利 31 项（包括美国专利 1 项，发明 16 项，实用新型 14 项），发表论文 60 篇（其中 SCI 24 篇、EI 21 篇、中文核心 11 篇），主编企标 1 项，参编行标 1 项；授权软件著作权 11 项。经专家组鉴定，成果达国际领先水平。

接地网是保护电气设备及人身安全的重要设备，接地网深埋地下，选点开挖检查其腐蚀状态具有很大不确定性；杆塔是输电线路的基础，其腐蚀特别是塔脚腐蚀直接威胁着杆塔使用寿命和电网安全。开发接地网与输电杆塔的准确腐蚀评价方法和有效防腐对策是当前电力行业的迫切需要。鉴于此，本项目以接地网与输电杆塔为对象，研究取得了接地网扫描成像故障诊断技术及其装置、杆塔包覆防腐技术、接地用铜覆钢技术及纳米复合导电防腐涂层技术等系列创新成果。 针对接地网腐蚀诊断，提出了接地网二维电阻抗成像故障诊断技术，并研发装置。以16 电极循环测量法快速采集现场数据，采用正则化技术求解基于灵敏度矩阵的故障诊断方程，根据求解的各支路阻抗值及接地网拓扑结构，完成对接地网的二维成像；以图像直观反映地网腐蚀状态，实现了基于计算机的接地网腐蚀状态免开挖诊断及故障准确定位。此外，利用地表磁场探测绘制地网拓扑结构，进一步实现设计图纸缺失时的接地网故障诊断。目前，该技术已成功应用于浙江、重庆、天津、广东等地数十座变电站接地网的防腐运维，经济效益显著。 针对杆塔防腐，开发了塔脚部位的包覆防腐技术，内以防蚀膏将锈常温转化成与高抗蚀 保护膜，实现除锈防锈双重效果，中以柔软易贴合的防蚀带紧贴于铁塔异型部位，外以高强保护罩抵御外界机械损伤。该技术已成功应用于浙江省、广东省等地 60 余基铁塔塔脚防腐包覆示范。 针对接地网防腐，提出了典型土壤地区采用铜覆钢作为接地材料时的铜层厚度，建立了 电力工程接地用铜覆钢技术条件行业标准；开发了接地材料用石墨型水性环氧树脂/氟碳导电防腐环保涂料，喷涂或刷涂于接地扁钢表面后的电阻率可达 0.5×10 4 Ω.cm，经常温 3%盐水浸泡 240 小时后的粘结强度为 6.8-8MPa。

该项目创新研制了一种涂料，较传统涂料有根本创新，达到了技术领先水平。提出了带绣处理液改进配方，在酚复合还原体系中引入对金属具有强螯合作用的酰胺键(-CO-NH-),并添加水溶性有机高分于聚合物，提高了金属基材与漆膜的结合力。采用气相纳米二氧化硅和硅烷偶联剂对低分于量环氧树脂进行改性，形成无机有机杂化结构，提高了涂层与基材之间的附着力。 该成果能有效提升铁锈转化效率和转化深度，提高防锈漆膜与杆塔表面结合力，提高防腐效果，目前已在山西省内输电杆塔，福建、浙江省内若干变电站构架、电流互感器进行了带锈防腐涂装应用，降低了施工及管理成本，取代了人工除锈过程，带绣防腐涂层外观平整，防腐性和耐老化性能好，产生了显著的经济效益，成果可复制，并可在电力行业发、输、变、配、用户等环节全面推广应用。该涂料由山西公司委托武汉科迪奥电力科技有限公司生产，并签署技术开发合同，该成果未经双方同意，不得向第三方转让。还可应用到船舶、集装箱、石油平台、铁路、公路桥梁等众多领域，有望打破国外在这一领域的垄断。

输电杆塔连接大量输电线路，是电力网络的重要组成部分。杆塔主要工作于野外环境，面临冰雪大风、山体滑坡等自然灾害的威胁，杆塔倾斜、振动灾害时有发生。严重情况下，导致杆塔折断，影响区域供电的可靠性。传统的杆塔灾害预防主要依靠人工巡检，不仅无法监测实时性数据，同时造成人力成本的浪费。针对杆塔实时预警问题，融合智能感知技术、无线数据传输技术，提出了一种输电杆塔传感器预警监测网络。并选用模态置信参数反映网络优化指标，采取尽量少的传感器获取更多有效信息，避免传感器冗余浪费，实现杆塔监测效率最优化。这对于建设智能监测网络，构建安全可靠电网具有重大意义。