通讯及电力铁塔在线监测系统设计方案.docx

通讯及电力铁塔在线监测系统设计方案通讯及电力铁塔在线监测系统设计方案目 录1项目的必要性22产品概况33产品优势分析44主要内容541 监测方式和内容5411监测方式5412监测内容542 监测装置安装位置5421安装原则5422安装位置65技术方案651 系统结构原理图652 监测系统组成及运行环境7521监测装置7522系统软件853 主要技术参数854 监测系统特点8541监测装置特点8542 综合分析软件系统特点955 监测系统通信、供电和运行方式10551 通信方式10552 供电方式10553 运行方式106项目意义111项目的必要性近年来，随着无线通信技术的飞速发展，铁塔越来越多的应用于通信和电力。2014年7月，经国资委大力推动，在新一轮的大规模网络建设开始的时刻，中国“铁塔公司” 快速成立，同时，“铁塔公司”宣布将于2016年中期，完成向“通信基础服务公司”的转变，如此发展态势对通讯铁塔的安全运行及监测维护提出了更高标准的要求。当下国内铁塔数量已经突破200万，目前仍在保持强劲的势头增长。这可能是全球各行各业中最庞大却又最难管理和维护的资产之一。例如，在自然环境和外界条件的作用下，地震、雷击、滑坡、恶劣气候、老化氧化、潜在的人为偷盗破坏等因素，都会给铁塔带来一定的安全隐患，铁塔地基容易发生滑移、倾斜、开裂等现象，从而引起导致铁塔变形、倾斜、甚至倒塔等。目前，传统的通信铁塔维护主要靠定期巡检、人为观测，这些是非常必要的安全防护手段。但上述手段存在一定主观性，某些参数人工实测困难，且不易及时发现问题，无法满足铁塔实时监测的需求。为了消除铁塔安全隐患，避免出现倾斜、倒塌以及雷击损坏等危及通信安全的事件发生，需要采用先进的技术和设备对铁塔进行实时的安全监测，同时为铁塔的集中修理整治提供基础参考依据，具体分析如下：1、 通过对雷击电流幅值、极性和雷击频度的监测，为防治雷击危害，尤其是二次感应雷的危害提供解决依据，尤其是与我公司“场控无晕避雷针”配合使用效果更佳；针对电力铁塔我们还增加工频闪络电力传感器，准确定位故障点。2、 通过对杆塔三轴振动加速度的监测，对地震、台风、建筑机械碰撞等外力破坏提供准确的事件报警和严重性评估；3、 通过双轴倾角监测，对雨水导致杆塔基础塌陷、外力导致杆塔倾斜做出早期的报警，为及时解决倒塔故障的发生争取时间4、 通过对环境温、湿度的监测，辅助判断设备故障的环境因素5、 通过无线通信和主站软件管理系统把数据信息集中汇总，通过大数据模型分析，给出设备故障的分析判断，提供大概率的解决问题的方法2.产品概况通讯及电力铁塔在线监测系统（以下简称铁塔监测）采用先进成熟的信号采集、控制网络通信等技术，结合光纤传感技术、电子测量技术、太阳能新能源技术、智能数据分析技术，对铁塔安全信息如环境温湿度、双轴倾斜角度、雷击电流与频度、三轴振动加速度的实时监测并及时预警和报警。系统兼具智能化、云模式、高精度等多重优势。该监测系统既是专门为通讯企业和铁塔公司对小气候观测、流动气象观测哨、季节性生态监测等开发生产的多要素自动气象站，又能实时监测通讯铁塔的倾斜、雷击电流及振幅频率等情况，及时了解运行通讯铁塔的安全、可靠状况，根据监测数据发展趋势，对超标铁塔状况及时进行多种方式预报警，指导检修和维护，提醒运行维护人员加固地基，防止倒塔事故发生。铁塔监测系统主要包括通讯铁塔在线监测装置和后台综合分析软件两部分，系统通过对通讯铁塔的各再种状态量进行测量和报告，将数据通过3G/GPRS/CDMA等通讯方式传送到后台综合分析软件系统进行分析和决策，准确反映出通讯铁塔当前的各种状态，使通讯系统管理人员把握通讯运行的实际情况，帮助其进行决策和安全评估,对防止通讯铁塔事故的发生具有重要意义。3.产品优势分析3.1 自动数据采集和测量，铁塔状态实时掌控为实现无人值守，系统二十四小时无间断的采集被监测铁塔的运行状态，进行处理、存储和上报，并且可随时接收并响应监测中心的查询命令，通过监测模块对相应监测指标进行查询和向监测中心传送。系统集无线通信、嵌入式系统、压缩、DSP等多种先进技术于一身，用户可以通过各种途径查看现场的实时照片，无论用户身处何方，都可以随时随地获取现场信息。3.2 核心数据收集和分析，铁塔安全时刻保障由于大风，地震等外力因素，近年来安全事故频发，系统监测铁塔的倾斜度变化，根据通信工程验收规范，考虑风荷载等外力的作用下，当铁塔的倾斜度超过预设门限值时，系统会立即产生报警信号。监测铁塔塔基的不均匀沉降情况，当不均匀沉降值超过预设门限值时，系统会立即产生报警信号。3.3 安全报警全过程覆盖，维护人员省时省心 作为维护的好帮手，系统采取分级报警的方式，及时在监测中心维护管理终端上发出分级报警信号，具有多地点、多事件的并发报警功能。在维护终端界面固定区域明显标示出报警信息，以声光报警的方式提示值班人员。同时可根据铁塔的运行情况及相关监测数据，综合历史监测数据，分析出铁塔的健康状态并准确的判断对通信的影响及危害程度，为运用维护提供预警信息。3.4 数据云端建模和分析，铁塔系统智慧管理作为智慧城市的组成部分，系统具有根据报警时间、报警地点、报警类型、报警等级等对历史数据进行多条件查询、统计分析的功能。可按照单个铁塔、多个铁塔等多种组合方式生成监测数据的日、月、年统计报表和变化曲线。监测设备可以通过授权用户进行远程控制、管理、维护，无需人员到基站进行现场设置，节约时间和运输成本。且配置方法简单，无须记忆复杂的操作方法或指令。铁塔安全监测系统建立在3G/GPRS/CDMA无线通信平台上，监测设备具备在恶劣环境（狂风、暴雨、冰雪）下持续正常工作的能力，整机可长时间连续工作（10000小时），比传统有线监控成本造价低，技术更先进，且技术延续性和升级性更强。3.5 绿色资源节能和环保，铁塔资源高效利用为共建绿色城市，系统采用太阳能电池供电的方式。配置的太阳能板在天气晴好的时候存储电量，可以保证即使在阴雨天气也能为系统提供足够的电能，节能高效，可持续性好。3.6 铁塔监测系统具有体积小、精度高、安装方便、功能完备等优势，可对铁塔进行全天候实时的安全监测，可有效地保障铁塔安全，提高通信铁塔资产的信息化管理水平。4主要内容41 监测方式和内容411监测方式铁塔监测装置安装在铁塔的立柱上，保证与其它监测仪的监测点处于同一现场，实现对通讯铁塔运行状态的实时在线监测、预警与分析决策。412监测内容环境温湿度、双轴倾斜角度、雷击电流与频度、三轴振动加速度的实时监测。42 监测装置安装位置421安装原则(1) 选择的安装位置及装置外观结构应不影响正常的通讯铁塔检修维护工作。(2) 装置的安装应整齐、牢固，有必要的防护措施和防锈处理。(3) 传感器和数据集中器装置用专用电缆连接，避免干扰。(4) 塔上安装点方便监测单元的固定和整体角度调整。(5) 安装时，采用标准角度测量工具对装置安装角度进行预调整。(6) 传感器在防雷设施的有效保护范围内。(7) 装置的机壳通过铁塔接地。422安装位置安装在铁塔的立柱上。铁塔在线监测系统安装位置示意图5技术方案51 系统结构原理图整个系统由铁塔在线监测装置和后台综合分析软件系统组成，详见下图：(1) 通讯铁塔在线监测装置通讯铁塔在线监测装置安装在铁塔横担上，由温度和湿度采集单元、倾斜探测单元、雷击电流监测单元、振动监测单元、数据集中器，以及电源组成。温度、湿度、倾斜探测、雷击监测、振动监测采集单元连接电缆直接与数据集中器相连，采集到的数据先传输到数据集中器，数据集中器再将汇总来的综合数据通过无线通信网络或远距离无线通信接口传输到后台的综合分析软件系统。(2) 综合分析软件系统由数据通信模块，数据处理服务器，客户端，不间断电源，以及综合分析软件组成。综合分析软件可以统一接收来自铁塔监测装置的数据，统一显示、统一分析和管理，可以查询、统计历史数据，生成报表，作出决策辅助分析。系统能与其它MIS系统进行接口，共享数据。52 监测系统组成及运行环境521监测装置硬件组成：(1) 温、湿度传感器：一套；(2) 倾角传感器：一套；(3) 振动传感器：一套；(4) 雷击传感器（电力杆塔包括工频闪络电流）：一套；(5) 数据转换模块：一套； (6) 电源系统：太阳能板、充电控制器、电池； (7) 子站通信系统：无线数据传输模块和手机卡；(8) 主机箱； (9) 前端设备数据通讯连接电缆、接头及屏蔽； (10) 前端设备配套安装固定夹具；运行环境： 环境温度：-25C +45C 工作温度：-40C +85C 相对湿度：5%RH 100%RH大气压力：550hPa 1060hPa522系统软件硬件配置： 服务器（主机能存储10年以上监测数据），数据通信模块，客户机，不间断电源；软件配置： 服务器操作系统Windows Server 2000； 数据库管理系统SQL Server 2000； 客户端操作系统Windows XP / Windows2005等，IE浏览器；综合分析软件。53 主要技术参数监测数据量：环境温度、湿度、铁塔双轴倾角、雷击电流（电力杆塔包括工频闪络电流）、振动幅度、三轴振动加速度； 温度测量范围：-40+120 ； 温度测量精度：0.2； 湿度测量范围：0%RH100RH ； 湿度测量精度：2RH； 倾斜探测单元角度范围：9090；测量灵敏度：0.01；振动加速度测量范围：2g；测量灵敏度：0.05g；响应频率:0-100Hz太阳能电池功率：20W；监测单元运行环境温度：-40+85； 监测单元运行环境湿度：不大于99； 监测单元防护等级：IP65；蓄电池使用寿命：5年以上； 太阳能电池板使用寿命：10年以上；软件系统：终身免费升级。54 监测系统特点541监测装置特点 (1) 抗干扰：防电磁、防水、防雷击，确保系统运行稳定可靠；(2) 测量精度高：高精度、高分辨率、高可靠性数字倾斜传感器；(3) 具有数据采集、测量和通信功能，通过通信网络将测量结果传输到后端综合分析软件系统； (4) 加电自启动功能； (5) 具有在线自诊断功能；(6) 设备采用休眠、待机、定时传输相结合的低功耗模式设计，测量精度高； (7) 数据采集前端采用多层屏蔽、抗干扰、抗雷击技术、确保系统运行稳定可靠； (8) 时间同步功能，能接收综合分析软件系统的对时命令，每天对时一次，误差不大于5s；(9) 数据暂存功能，可以在通讯异常时能存储30天以上的数据； (10) 整体结构设计，安装方便快捷，安装后不会对铁塔后期运行维护造成安全隐患；(11) 具有适当的接口，供本地调试；(12) 具有对大气温度、环境湿度、铁塔双轴倾角、雷击电流和频度、三轴振动加速度等进行数据采集、测量和通信功能，通过通信网络将测量结果传输到后端综合分析软件系统；(13) 装置主机采用太阳能加蓄电池或市电供电的模式，铁塔倾斜角度采集单元采用太阳能加锂电池供电模式，在持续阴雨条件下，装置主机能够正常工作至少30天，铁塔倾斜角度采集单元能够正常工作至少1年以上；542 综合分析软件系统特点 (1) 能定时自动接收数据采集单元的数据；(2) 具有远程设置采集方式(自控方式或受控方式)、自动采集时间的功能； (3) 后台软件根据用户需求，系统运行参数、报警参数、数据采集密度等可以远程设置； (4) 能向数据采集单元发送对时命令；(5) 能远程修改数据采集单元的IP地址和端口号；(6) 对监测的数据进行统计、分析和输出，以数字列表、曲线和图表的形式显示相关参数；能对历史数据进行查询、分析，自动生成报表；(7) 具备报警提示功能；(8) 可以从其它MIS系统进行接口；(9) 可终身免费升级；(10) 采用智能化大范围远程分布式数据实时监测在线传输方式，不受距离限制，系统组网方便，并提供监测中心多级管理功能，实现在不同位置同时对多个监测点数据的监控。55 监测系统通信、供电和运行方式551 通信方式铁塔监测装置采用3G/GPRS/CDMA通信方式传输数据。552 供电方式(1) 设备采用太阳能加蓄电池或市电供电的模式，在持续阴雨、无光照情况下，设备能正常工作30天以上；(2) 太阳能电池板采用单晶硅太阳能电池板。(3) 设备能够远程实时采集电池电压数据，在后台能够实时了解现场设备电源供应情况；(4) 供电管理模块应具有低电压保护功能；(5) 采用免维护蓄电池，蓄电池使用寿命大于5年。553 运行方式系统可采用自动采集方式或者受控采集方式。自动采集方式，是它根据预先设定报警工作模式进行现场数据采集，然后自动将采集数据上传到后台服务器上，客户端可以连接上服务器下载监测数据；受控采集方式，是远程数据采集终端一直等待客户端发送采集监