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背景
1.1項(xiàng)目背景
風(fēng)機(jī)塔筒就是風(fēng)力發(fā)電的塔桿，在風(fēng)電機(jī)組中主要起支撐作用，同時(shí)吸收機(jī)組震動(dòng)。風(fēng)機(jī)塔筒是否垂直牢固直接關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組能否安全穩(wěn)定地運(yùn)行。隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的大容量風(fēng)機(jī)陸續(xù)安裝運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的很多運(yùn)行隱患也逐漸開始暴露起來(lái)，葉片脫落、倒塌、風(fēng)機(jī)失火燈惡行事故時(shí)有發(fā)生。
隨著風(fēng)電向二、三類風(fēng)資源地區(qū)的開發(fā)，塔筒高度不斷增加，目前陸地上風(fēng)機(jī)的塔筒大多在50-120米之間，受氣候、設(shè)備安裝焊接點(diǎn)應(yīng)力變化、地基沉降等因素的影響，塔體可能發(fā)生傾斜甚至于倒塌。如果塔筒寄出達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，塔筒各節(jié)連接部位松動(dòng)、檢查不及時(shí)，遇到惡劣颶風(fēng)天氣，容易發(fā)生晃動(dòng)過(guò)大、傾覆、甚至倒塌等情況。因此，在風(fēng)機(jī)上有效的監(jiān)測(cè)塔筒的傾斜程度和變形程度以及基礎(chǔ)沉降，可以從早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決并處理這些問(wèn)題，有效防止塔筒倒塌等嚴(yán)重事故的發(fā)生。
基于北斗高精度GNSS技術(shù)自動(dòng)化智能風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，集結(jié)構(gòu)分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)等高新技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)工程。本系統(tǒng)的作用是成為一個(gè)功能強(qiáng)大并能真正長(zhǎng)期運(yùn)用于結(jié)構(gòu)損傷和狀態(tài)評(píng)估，滿足風(fēng)電場(chǎng)綜合管理和運(yùn)營(yíng)的需要，同時(shí)又具備經(jīng)濟(jì)效益的健康安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，遵循以下設(shè)計(jì)原則：
1）遵循簡(jiǎn)潔、實(shí)用、性能可靠、經(jīng)濟(jì)合理的指導(dǎo)思想；
2）系統(tǒng)設(shè)置立足實(shí)用性原則第一，兼顧考慮科學(xué)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)驗(yàn)證等方面因素；
3）各傳感器的布置、安裝合理，力求用最少的傳感器和最小的數(shù)據(jù)量完成系統(tǒng)工作；
4）系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。
1.2項(xiàng)目建設(shè)的可行性
1）GNSS系統(tǒng)目前廣泛運(yùn)用于國(guó)內(nèi)外位移、沉降等安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域?；谥袊?guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）的多系統(tǒng)融合GNSS技術(shù)實(shí)施安全監(jiān)測(cè)，可以全天候運(yùn)行，惡劣環(huán)境及氣候條件下仍能正常進(jìn)行測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)采集；測(cè)站間無(wú)需通視，不受地形環(huán)境影響；無(wú)人值守，遠(yuǎn)程管理方便。
2）傾斜傳感器廣泛應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)塔筒傾斜監(jiān)測(cè)。選型高性能動(dòng)態(tài)傾角傳感器，保證在塔筒頂端復(fù)雜環(huán)境下傾斜動(dòng)態(tài)測(cè)量精度達(dá)0.1°，塔座選用常規(guī)高精度靜態(tài)傾角傳感器，保證塔基傾斜測(cè)量精度優(yōu)于0.005°。以超高的動(dòng)態(tài)精度和靜態(tài)精度克服惡劣條件下風(fēng)電塔振動(dòng)和沖擊影響，同時(shí)兼顧系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，為全套風(fēng)塔系統(tǒng)保駕護(hù)航。
3）專業(yè)級(jí)GNSS沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)實(shí)時(shí)與準(zhǔn)實(shí)時(shí)GNSS原始數(shù)據(jù)分析、處理、獨(dú)立環(huán)網(wǎng)平差及數(shù)據(jù)管理，進(jìn)行7×24小時(shí)不間斷觀測(cè)，最高精度可達(dá)毫米級(jí)、
4）工業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)，保證數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析和管理、數(shù)據(jù)預(yù)警和Web發(fā)布的完整性，采用嵌入安裝簡(jiǎn)單、方便、容易實(shí)施。
建設(shè)目標(biāo)
風(fēng)電塔筒沉降及塔筒傾覆智能預(yù)警系統(tǒng)是結(jié)合北斗高精度GNSS和高性能加速度計(jì)于一體，為客戶實(shí)時(shí)提供高精度、高性能、穩(wěn)定、可靠且最有效的系統(tǒng)解決方案。遵循簡(jiǎn)潔、實(shí)用、合理的指導(dǎo)思想，客戶無(wú)需掌握專業(yè)的分析診斷方案和分析工具，系統(tǒng)自動(dòng)給出狀態(tài)評(píng)價(jià)和劣化預(yù)警，有效避免塔筒傾覆事故的發(fā)生。
1）建立一套全自動(dòng)化分析預(yù)警智能系統(tǒng)，保障風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和塔筒的安全運(yùn)行，防止風(fēng)機(jī)傾覆甚至倒塌等重大安全事故發(fā)生。
2）系統(tǒng)建成后可在線自動(dòng)完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析及處理，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和塔筒的運(yùn)行狀態(tài)和變化趨勢(shì)。
3）多傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建綜合塔筒傾斜、基礎(chǔ)水平、風(fēng)速、風(fēng)向、功率等組合模型，通過(guò)多特征傳感分析變化趨勢(shì)，保證在線監(jiān)測(cè)和劣化過(guò)程早期預(yù)警的可靠性。
4）減輕運(yùn)維人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和人工成本的指出，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理。
建設(shè)方案總體設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)
GNSS沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)及工程建造依據(jù)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，本設(shè)計(jì)書中所引用的部分技術(shù)規(guī)范參見表1。
表1
| 名稱 | 編號(hào) | 批準(zhǔn)單位 | 年份 |
| 全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范 | CH2001 | 國(guó)家測(cè)繪局 | ? |
| 精密工程測(cè)量規(guī)范 | GB/T 15314-94 | 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 | 1994-12-22 |
| 全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程 | CJJ 73-97 | 中國(guó)建設(shè)部 | 1997 |
| UNAVCO?基準(zhǔn)站建立規(guī)范 | ? | 國(guó)際UNAVCO組織 | ? |
| IGS基準(zhǔn)站建立規(guī)范 | ? | 國(guó)際IGS委員會(huì) | ? |
| 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 | GBJ 10—89 | 建設(shè)部 | ? |
3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)組成
系統(tǒng)硬件由以下部分組成：
傳感器子系統(tǒng)：由布置在各風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的GNSS沉降監(jiān)測(cè)接收機(jī)和塔筒的傾斜傳感器組成，主要傳感器采用后安裝的方式；
數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)：GNSS天線到GNSS接收機(jī)主機(jī)由同軸電纜通訊；GNSS主機(jī)以及其他傳感器于控制中心通訊采用有線或無(wú)線的通訊方式；
數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)：由布置在監(jiān)控中心的小型機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)處理與 Web 發(fā)布；
輔助支持系統(tǒng)：包括外場(chǎng)機(jī)柜、外場(chǎng)機(jī)箱、配電及 UPS、防雷和遠(yuǎn)程電源監(jiān)控等。
3.3系統(tǒng)實(shí)施方案
3.3.1 GNSS參考站
（1）GNSS參考站選址
GNSS參考站選址應(yīng)滿足以下要求：
覆蓋并均勻分布在整個(gè)沉降監(jiān)測(cè)區(qū)域，并兼顧參考點(diǎn)距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)最近的原則；
場(chǎng)地穩(wěn)固，年平均下沉和位移小于2mm；
視野開闊，視場(chǎng)內(nèi)障礙物的高度不宜超過(guò) 15°；
遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源（如電視臺(tái)，電臺(tái)，微波站等），其距離不小于200m， 遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無(wú)線電傳送通道，其距離不得小于50m；
盡量靠近數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；
觀測(cè)墩的高度不低于2米；
觀測(cè)標(biāo)志應(yīng)遠(yuǎn)離震動(dòng)源。
（2）參考站基建
1）觀測(cè)墩的建設(shè)要求
在滿足以上要求的前提下，其GNSS參考站觀測(cè)墩的建設(shè)應(yīng)滿足以下要求：
觀測(cè)墩應(yīng)澆注安裝強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志，并嚴(yán)格整平，墩外壁或內(nèi)部應(yīng)加裝（或預(yù)埋）適合線纜進(jìn)出硬制管道（鋼制或塑料），起保護(hù)線路作用；
GNSS 觀測(cè)墩采用鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆鑄的方法施工?；炷翝茶T過(guò)程中的水泥、 沙子、石子及其他添加劑的用量以及混凝土施工的要求均按照表一的要求執(zhí)行；
GNSS 觀測(cè)墩中的鋼筋骨架采用直徑≧10mm 的螺紋鋼筋，使用時(shí)須在距兩端 10cm處，分別向內(nèi)彎成∩形彎（足筋下端 30cm 處向外彎成∟形彎）用料。裹筋采用直徑≧6mm的普通鋼筋；
基座建造時(shí)澆灌混凝土至基座深度的一半，充分搗固后放入捆扎好的基座鋼筋骨架，在基座中心垂直安置捆扎好的柱石鋼筋骨架，將柱石鋼筋骨架底部與基 座鋼筋骨架捆扎一起，澆灌混凝土至基座頂面，充分搗固并使混凝土頂面處于水平狀態(tài)；
混凝土澆灌至地面下 0.2 米時(shí)，在觀測(cè)墩外壁應(yīng)預(yù)埋適合線纜進(jìn)出的直徑不小于 25mm 的硬質(zhì)管道（鋼制或塑料），供安裝電纜保護(hù)線路用；
可利用觀測(cè)墩基坑，加筑用于存放太陽(yáng)能蓄電池的水泥槽。
強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志
2）灌制混凝土標(biāo)石所用材料應(yīng)符合下列要求
采用的水泥標(biāo)號(hào)應(yīng)不低于425。制作不受凍融影響的混凝土標(biāo)石，應(yīng)優(yōu)先采用礦渣和火山灰質(zhì)水泥，不得使用粉煤灰水泥。制作受凍融影響的混凝土標(biāo)石，宜使用普通硅酸鹽水泥。在制作受鹽堿、海水或工業(yè)污水侵蝕地區(qū)的標(biāo)石時(shí)，須使用抗硫酸鹽水泥。在沙漠、戈壁等干燥環(huán)境中的標(biāo)石，不得使用火山灰質(zhì)水泥；
石子采用級(jí)配合格的5～40mm的天然卵石或堅(jiān)硬碎石，不宜采用同一尺寸的石子；
沙子采用0.15～3mm粒徑的中砂，含泥量不得超過(guò)3%；
水須采用清潔的淡水，硫酸鹽含量不得超過(guò)1%；
外加劑可根據(jù)施工環(huán)境選用，如早強(qiáng)劑、減水劑、引氣劑等，其質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)定，不得使用含氯鹽的外加劑。
| 材料種類 |
配粒 直徑（mm） |
水 | 水泥 | 砂 | 石 | 配合比例 |
| 重量，kg | 重量，kg | 重量，kg | 重量，kg | |||
| （體積，m3） | （體積，m3） | （體積，m3） | （體積，m3） | |||
| 碎石 | 5～40 | 180 | 300 | 600 | 1226 | 0.6：1：2.2：4.09 |
| （0.18） | （0.30） | （0.44） | （0.82） | 0.6：1：1.47：2.73 | ||
| 卵石 | 5～40 | 170 | 285 | 672 | 1248 | 0.6：1：2.36：4.38 |
| （0.17） | （0.28） | （0.45） | （0.83） | 0.6：1：1.61：2.96 |
每立方米混凝土制作材料用量表
注：
表中配合比適用中砂，當(dāng)采用細(xì)砂或粗砂時(shí)，水和水泥用量相應(yīng)增加或減少17kg和10 kg；
當(dāng)采用5～40 mm粒徑的碎石或卵石，應(yīng)將水和水泥用量各增加10%，砂、石用量不變；
調(diào)制混凝土，須先將砂、石洗凈。澆灌標(biāo)石時(shí)，須逐層充分搗固；
氣溫在0℃以下時(shí)，必須加入防凍劑，拆模時(shí)間不得少于24h，否則不準(zhǔn)施工；
拆模時(shí)間可根據(jù)氣溫和外加劑性能決定，一般條件下，平均氣溫在0℃以上時(shí)，拆模時(shí)間不得少于12h。
（3）儀器設(shè)備的選擇
根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況并參照《全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范》，此次風(fēng)電塔筒沉降及塔筒傾角智能預(yù)警系統(tǒng)GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)選用司南M300Plus監(jiān)測(cè)專用接收機(jī)和AT600扼流圈天線。
（4）設(shè)備安裝
此次系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍16平方公里，監(jiān)測(cè)區(qū)域大致呈現(xiàn)正方形，依據(jù)常規(guī)監(jiān)測(cè)建設(shè)方案參考站與監(jiān)測(cè)站距離建設(shè)要求，本方案在周邊建設(shè)2個(gè)參考站。
3.3.2 GNSS監(jiān)測(cè)站
針對(duì)此風(fēng)電場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目具體要求，監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)33臺(tái)風(fēng)電機(jī)組各布置一套GNSS監(jiān)測(cè)站設(shè)備，監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備實(shí)際安裝點(diǎn)根據(jù)各風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置安裝方式。各接收機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心軟件?zhǔn)實(shí)時(shí)解算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的坐標(biāo)并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，最終通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件自動(dòng)分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化量、變化趨勢(shì)，并結(jié)合其他傳感器對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組沉降情況進(jìn)行整體的穩(wěn)定性分析。
（1）監(jiān)測(cè)站觀測(cè)墩基建
根據(jù)各風(fēng)電機(jī)組區(qū)域的實(shí)際情況及監(jiān)測(cè)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，此次GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站多為普通土層觀測(cè)墩或者基巖觀測(cè)墩，為了保證良好的觀測(cè)效果以及安全起見，各觀測(cè)墩建設(shè)為1.8米以上。
基巖觀測(cè)墩
對(duì)于基巖觀測(cè)墩，在基巖堅(jiān)固結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上打入鋼筋支架澆筑混凝土。
土層觀測(cè)墩
對(duì)于土層觀測(cè)墩，埋入地表深度不小于1m，采用基座和立柱的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
注：所有監(jiān)測(cè)站的水泥觀測(cè)墩的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)按照參考基站的建設(shè)要求。
（2）儀器設(shè)備選擇
根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況并參照《全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范》，此次風(fēng)電塔筒沉降及塔筒傾角智能預(yù)警系統(tǒng)GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)選用司南A300監(jiān)測(cè)一體機(jī)。
（3）設(shè)備安裝
3.3.3塔筒傾角監(jiān)測(cè)
此次方案旨在通過(guò)風(fēng)電機(jī)組各層部署姿態(tài)傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒擺振、機(jī)艙航向等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)到還原風(fēng)機(jī)塔筒實(shí)時(shí)傾斜的目的。
（1）儀器設(shè)備選擇
常規(guī)風(fēng)電塔筒傾斜運(yùn)維監(jiān)測(cè)采用傾角傳感器，通過(guò)對(duì)塔筒擺動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，分析出塔筒的受力情況。由于風(fēng)電塔筒安裝于幾十米的高空，承載著無(wú)規(guī)律、變速變載荷的風(fēng)力，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組塔尖的垂直度和搖擺度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需要采用定制化動(dòng)態(tài)傾角傳感器。
本項(xiàng)目根據(jù)風(fēng)電塔筒傾角監(jiān)測(cè)的實(shí)際要求，分別在風(fēng)機(jī)塔筒塔頂和塔座布置風(fēng)機(jī)塔筒專用的高精度動(dòng)態(tài)傾角傳感器和靜態(tài)傾斜傳感器，在大風(fēng)情況下的風(fēng)電塔筒傾斜監(jiān)測(cè)中塔尖動(dòng)態(tài)測(cè)量達(dá)0.1°，塔座靜態(tài)監(jiān)測(cè)精度達(dá)0.005°的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，保證塔筒動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)更穩(wěn)定、更精準(zhǔn)。
（2）設(shè)備安裝
3.3.4供電系統(tǒng)
對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特殊情況，采用太陽(yáng)能供電的方式。
依據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采用100W的太陽(yáng)能電池板和100Ah的蓄電池，保證項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)在沒(méi)有太陽(yáng)的情況下，設(shè)備能正常運(yùn)作7天。
（1）太陽(yáng)能組成
太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組、太陽(yáng)能控制器、蓄電池（組）組成。輸出的電壓為12V，直接供給設(shè)備使用，各部分的作用為：
太陽(yáng)能電池板：太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本，額定的輸出電壓為17.4V。本系統(tǒng)采用單晶硅太陽(yáng)能電池板。
太陽(yáng)能控制器：太陽(yáng)能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。 本系統(tǒng)采用規(guī)格為12V/20A的控制器。
蓄電池：一般為膠體電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)。本系統(tǒng)采用的為膠體電池，設(shè)計(jì)容量為100Ah，可以滿足陰雨天7天工作時(shí)間。
（2）太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的安裝
放置太陽(yáng)能電池板，傾斜角度在30-45度之間，面對(duì)方向根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體環(huán)境調(diào)節(jié)，通過(guò)制作三角形的支架固定在水泥板上或監(jiān)測(cè)點(diǎn)保護(hù)房上或者水泥立柱上。
蓄電池可埋設(shè)在觀測(cè)墩的附近，埋入地下，防凍并避免日曬雨淋、被盜賊偷盜和外力沖擊。
根據(jù)某滑坡滑坡體現(xiàn)場(chǎng)情況可以將太陽(yáng)能電池板放在監(jiān)測(cè)點(diǎn)保護(hù)房上面或者單獨(dú)立柱安裝，減少人為盜竊或破壞的可能性。
3.3.5雷電防護(hù)
（1）雷電的危害性
在連續(xù)參考站一定要考慮到防雷電措施，雷電所產(chǎn)生的高電壓電磁脈沖對(duì)沒(méi)有相應(yīng)保護(hù)措施如：同軸電纜，天線，數(shù)據(jù)通訊電纜，電源電纜產(chǎn)生強(qiáng)烈的毀壞作用，直接損壞所連接的電子設(shè)備，所以必須安裝避雷電接地端。
電涌是微秒量級(jí)的異常大電流脈沖。它可使電子設(shè)備受到瞬態(tài)過(guò)電的破壞。隨著半導(dǎo)體器件的集成化程度的提高，元件間距的減小，半導(dǎo)體的厚度的變薄，使得電子設(shè)備受到瞬態(tài)過(guò)電破壞的可能性越來(lái)越大。如果一個(gè)電涌導(dǎo)致的瞬態(tài)過(guò)電壓超過(guò)一個(gè)電子設(shè)備的承受能力，那么這個(gè)設(shè)備或者被完全破壞，或者壽命大大縮短。
雷電是導(dǎo)致電涌最明顯的原因，雷電擊中輸電線路會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。每一次電力公司切換負(fù)載而引起的電涌都縮短各種計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、儀器儀表和 PLC的壽命。
（2）直接雷防護(hù)
在距觀測(cè)墩3－3.5米處安裝普通避雷針，選用不銹鋼制作。
地網(wǎng)選用4根熱鍍鋅角鋼為垂直地極，以熱鍍鋅扁鋼互連。避雷針基座為鋼筋混凝土，由地網(wǎng)引兩根熱鍍鋅扁鋼與基座連接，接地電阻小于2Ω。
避雷針與天線的距離選擇大于3米，是以中等強(qiáng)度的雷電流通過(guò)避雷針接地泄流時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場(chǎng)到達(dá)天線時(shí)其強(qiáng)度可衰減到安全值的范圍之內(nèi)。避雷針高度按照“滾球法”確定，粗略計(jì)算即可。
接地電阻要求小于10歐姆，如果當(dāng)?shù)氐耐寥离娮杪瘦^高，降低防直擊雷接地裝置接地電阻宜采用下列方法：
采用多支線外引接地裝置，外引長(zhǎng)度不應(yīng)大于有效長(zhǎng)度；
接地體埋于較深的低電阻率土壤中；
采用降阻劑；
換土。
（3）感應(yīng)雷保護(hù)
周邊高大建筑物比較多，一般不會(huì)有直擊雷的危害，只考慮感應(yīng)雷部分。 GPS天線電纜、通訊射頻電纜在接入主機(jī)前，必須加裝天饋浪涌保護(hù)器；
機(jī)柜中的空氣開關(guān)后端并聯(lián)一個(gè)單項(xiàng)電源避雷器，作為電源部分的避雷；
架空電力線和其他架空線的防雷措施一定要處理好，因?yàn)檫@是引雷重要途徑，其防護(hù)措施有地埋和裝設(shè)避雷地線等；
電力線進(jìn)入U(xiǎn)PS之前，加裝ZGB148A-40電力線電涌防護(hù)設(shè)備，隔離UPS和電力線。
感應(yīng)雷預(yù)防
不論是電源避雷還是饋線避雷，避雷器必須接地良好，接地電阻不得大于4歐姆，但是二者可以是同一個(gè)地。
軟件系統(tǒng)
4.1應(yīng)用背景
CDMonitor是由上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)有限公司基于GNSS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)并利用現(xiàn)代通訊技術(shù)進(jìn)行的實(shí)時(shí)與準(zhǔn)時(shí)GNSS原始數(shù)據(jù)分析、處理、獨(dú)立環(huán)網(wǎng)平差及數(shù)據(jù)管理等功能研發(fā)的系統(tǒng)軟件。這套軟件對(duì)于人工建筑變形分析，比如大型橋梁，水壩，大型人工建筑以及油田沉陷，礦山采空區(qū)沉陷，城市地下水漏斗沉陷，火山監(jiān)測(cè)，山體滑坡監(jiān)測(cè)等等具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。
GNSS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）自八十年代中期投入民用后，已廣泛地在導(dǎo)航、定位等各領(lǐng)域應(yīng)用，尤其在測(cè)量界的控制測(cè)量中起了劃時(shí)代的作用。正因?yàn)槭撬陟o態(tài)相對(duì)定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點(diǎn)，使人們普遍采用其來(lái)代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實(shí)踐中取得了可喜的成果。在精密工程變形監(jiān)測(cè)中也逐步得到廣泛的應(yīng)用。
由CDMonitor為核心構(gòu)成的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)GNSS接收機(jī)只需要輸出GNSS的原始數(shù)據(jù)和星歷，原始數(shù)據(jù)包含了GNSS解算所有必要的偽距和載波相位數(shù)據(jù)等，星歷指GNSS衛(wèi)星發(fā)播的廣播星歷。數(shù)據(jù)通過(guò)廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)絡(luò)、串口、無(wú)線設(shè)備等傳到控制中心，控制中心的CDMonitor軟件根據(jù)每臺(tái)GNSS接收機(jī)對(duì)應(yīng)的IP地址和端口號(hào)，獲得每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的原始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，CDMonitor軟件對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分解算，得到各個(gè)監(jiān)測(cè)站的坐標(biāo)，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)或發(fā)送給客戶端。
利用CDMonitor軟件能進(jìn)行7×24小時(shí)不間斷觀測(cè)。而且，與傳統(tǒng)的RTK方式相比，CDMonitor具有精度更高，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)的特點(diǎn)。CDMonitor支持各種主流品牌的單多頻GNSS接收機(jī)混合監(jiān)控。CDMonitor采用了C/S架構(gòu)，用戶可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
具體的CDMonitor實(shí)時(shí)差分變形監(jiān)測(cè)軟件的工作流程。
CDMonitor工作流程
CDMonitor變形監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)監(jiān)控站的實(shí)時(shí)差分定位，并具有圖形顯示、接收機(jī)設(shè)置、監(jiān)控站參數(shù)設(shè)置、觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警等功能。
采用C/S架構(gòu)的CDMonitor軟件方便用戶在辦公室、監(jiān)控中心、家中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的健康狀況。
4.2 CDMonitor數(shù)據(jù)處理軟件
4.2.1 CDMonitor功能簡(jiǎn)介：
4.2.1.1 CDMonitor的功能模塊
這里用框圖來(lái)表示CDMonitor的主要功能模塊。
CDMonitor功能模塊
4.2.1.2 CDMonitor的基本功能
CDMonitor實(shí)時(shí)差分變形監(jiān)控軟件具有下面的一些基本功能：
對(duì)GNSS原始數(shù)據(jù)進(jìn)行7×24小時(shí)實(shí)時(shí)差分處理，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，永不間斷；
根據(jù)接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)輸出率，數(shù)據(jù)更新率最高可達(dá)20Hz；
可根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，對(duì)不同的監(jiān)測(cè)站的實(shí)時(shí)差分結(jié)果進(jìn)行Kalman濾波，達(dá)到不同的動(dòng)態(tài)要求和精度要求；
可同時(shí)處理多個(gè)基站和監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)；
根據(jù)多天運(yùn)行的結(jié)果，建立近期的大氣延遲（對(duì)流層、電離層）模型，提高定位精度和可靠性；
多基站支持，多基站不但提高了系統(tǒng)的可靠性，而且，根據(jù)多基站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以建立電離層模型，提高長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)的精度；根據(jù)多基站的處理結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)網(wǎng)平差功能，提高點(diǎn)位精度和可靠性；
原始數(shù)據(jù)后處理功能；
輸出接口（遠(yuǎn)程服務(wù)）協(xié)議：TCP/IP；
實(shí)時(shí)顯示接收機(jī)的信號(hào)跟蹤狀況，如星空?qǐng)D、信噪比、鐘差等；
實(shí)時(shí)顯示基線的變化情況，點(diǎn)位的移動(dòng)情況等；
原始數(shù)據(jù)、解算結(jié)果的自動(dòng)保存功能，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行設(shè)置；
對(duì)監(jiān)測(cè)站、基站接收機(jī)的遠(yuǎn)程設(shè)置功能，軟件上有各個(gè)GNSS接收機(jī)的獨(dú)立監(jiān)控模塊，可以向GNSS接收機(jī)發(fā)送用戶更改參數(shù)的命令（如采樣間隔、高度截止角等）；
系統(tǒng)完備性監(jiān)測(cè)功能，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
環(huán)境參數(shù)輸入功能。比如，輸入監(jiān)測(cè)站周圍障礙物的分布情況，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，能剔除常規(guī)方法不能自動(dòng)剔出的壞數(shù)據(jù)，提高定位精度。
具有防死機(jī)功能，一旦某個(gè)監(jiān)測(cè)站出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，軟件馬上會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)觸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)接收機(jī)自動(dòng)重啟；
可以調(diào)整各個(gè)監(jiān)測(cè)站的位置更新率；
支持網(wǎng)絡(luò)分布式計(jì)算；
軟件實(shí)現(xiàn)C/S架構(gòu)，客戶端可以運(yùn)行在遠(yuǎn)程；
提供第三方軟件接口，如用COM組件的方式實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢、管理、報(bào)警；
另外，CDMonitor軟件可用于橋梁、大壩、礦區(qū)等的監(jiān)測(cè)，可針對(duì)不同的工作環(huán)境對(duì)用戶圖形界面進(jìn)行定制。如針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)，CDMonitor的客戶端能提供如下功能：
數(shù)據(jù)庫(kù)功能，長(zhǎng)期觀測(cè)的數(shù)據(jù)能保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中；
三維動(dòng)畫；
整體變形示意圖；
歷史數(shù)據(jù)分析；
報(bào)警功能，報(bào)警項(xiàng)可根據(jù)用戶要求設(shè)定，可通過(guò)短信、電子郵件等方式進(jìn)行報(bào)警。
權(quán)限管理：一般用戶只能瀏覽數(shù)據(jù)，系統(tǒng)管理員才可能對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
數(shù)據(jù)分析，即對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行頻域和時(shí)域分析。
4.2.1.3 數(shù)據(jù)記錄
連接數(shù)據(jù)庫(kù)，CDMonitor能夠記錄用戶需要保留的各項(xiàng)信息，根據(jù)用戶的選擇，記錄的內(nèi)容如下：
| GNSS定位數(shù)據(jù) |
坐標(biāo)； 精度（水平和垂直）； PDOP值； 使用衛(wèi)星顆數(shù)； 解類型。 |
| 衛(wèi)星數(shù)據(jù) |
衛(wèi)星顆數(shù)； 每顆衛(wèi)星的坐標(biāo)； 每顆衛(wèi)星的信噪比； 每顆衛(wèi)星的仰角； |
| 基線解信息 |
基線向量； 基線誤差（中誤差和相對(duì)誤差）； 比率值； 協(xié)方差陣。 |
| 系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù) |
軟件本身的工作狀態(tài)； 各個(gè)機(jī)站的工作狀態(tài)是否正常； 網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)。 |
4.2.2 CDMonitor的軟件界面介紹
正常情況下，CDMonitor是在服務(wù)器端進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算的，用戶不需要去瀏覽這些窗口。但在系統(tǒng)安裝階段或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，這些窗口提供的信息能幫助我們迅速地解決問(wèn)題。
4.2.2.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控窗口
通過(guò)接收機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控窗口可以觀察串口和網(wǎng)絡(luò)來(lái)的數(shù)據(jù)的格式、數(shù)據(jù)的更新率、數(shù)據(jù)包的大小等，管理員通過(guò)這些信息可以快速地判斷系統(tǒng)的通訊是否正常。
4.2.2.2 接收機(jī)監(jiān)控窗口
通過(guò)每秒更新一次的接收機(jī)監(jiān)控窗口，管理員能知道接收機(jī)跟蹤的衛(wèi)星數(shù)量、接收機(jī)的鐘差、衛(wèi)星的載噪比等接收機(jī)的關(guān)鍵信息，以確定接收機(jī)的工作狀況、信號(hào)質(zhì)量等。
4.2.2.3 監(jiān)測(cè)站變形曲線窗口
下面是某監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形曲線。CDMonitor能精確地反映監(jiān)測(cè)體的變形情況。
4.2.2.4 基線窗口
通過(guò)基線窗口，管理員能夠快速地知道軟件的解算狀態(tài)。
4.2.3 CDMonitor的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
典型的CDMonitor監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由三部分組成：監(jiān)測(cè)單元、數(shù)據(jù)傳輸和控制單元、數(shù)據(jù)處理分析及管理單元。這三部分形成一個(gè)有機(jī)的整體，監(jiān)測(cè)單元跟蹤GNSS衛(wèi)星并實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制中心，控制中心相關(guān)的CDMonitor軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理并分析，實(shí)時(shí)滑坡體的形變。
監(jiān)測(cè)單元一個(gè)參考站（R1）和八個(gè)監(jiān)測(cè)站（M1，M2，…，M8）組成。其中參考站根據(jù)實(shí)際情況，確定其具體位置；八個(gè)監(jiān)測(cè)站根據(jù)實(shí)際情況，確定其具體位置。
數(shù)據(jù)傳輸采用先進(jìn)的無(wú)線高頻網(wǎng)橋傳輸方式，一方面提高了系統(tǒng)通訊可靠性，另一方面提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。
控制中心配備一臺(tái)高性能服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)分析和圖形處理，以及終端服務(wù)。結(jié)合CDMonitor軟件，實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)分析和圖形處理。
4.3基于B/S架構(gòu)數(shù)據(jù)分析軟件
B/S架構(gòu)的基于網(wǎng)頁(yè)的WEB發(fā)布系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，最終實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)解算數(shù)據(jù)以圖形化的方式顯示，具體流程時(shí)數(shù)據(jù)傳輸部分在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)，也將解算結(jié)果傳輸給數(shù)據(jù)分析部分，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析。也可以調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)歷史統(tǒng)計(jì)分析。
系統(tǒng)登錄
分析的主要方式是將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在點(diǎn)面的各方向以時(shí)間為橫軸生成曲線。對(duì)各監(jiān)測(cè)方向設(shè)置預(yù)警限值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到限值時(shí)便啟動(dòng)報(bào)警功能，并且根據(jù)不同條件設(shè)置不同的報(bào)警級(jí)別。
預(yù)警管理
為了提供給上級(jí)專家和領(lǐng)導(dǎo)直觀的分析結(jié)果，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成日常報(bào)表。報(bào)表可設(shè)置周期一天、一周或一月。
數(shù)據(jù)管理
幫助您在了解本風(fēng)電場(chǎng)智能預(yù)警系統(tǒng)的過(guò)程中，如果有遇到不明白的地方，可以聯(lián)系司南導(dǎo)航的技術(shù)人員，我們的工作人員將第一時(shí)間予以回復(fù)。
責(zé)任編輯：tzh
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論