风电场沉降及塔筒倾覆形变位移监测解决方案

风电塔筒沉降及倾覆智能预警系统技术方案上海司南卫星导航技术股份技术方案（3）感应雷保护周边高大建筑物比拟多，一般不会有直击雷的危害，只考虑感应雷局部。GPS天线电缆、通讯射频电缆在接入主机前，必需加装天馈浪涌保护器；机柜中的空气开关后端并联一个单项电源避雷器，作为电源局部的避雷；架空电力线和其他架空线的防雷措施肯定要处理好，由于这是引雷重要途径，其防护措施有地埋和装设避雷地线等；•电力线进入UPS之前，加装ZGB148A-40电力线电涌防护设施，隔离UPS和电力线。单项电源避雷器感应雷预防不管是电源避雷还是馈线避雷，避雷器必需接地良好，接地电阻不得大于4欧姆,但是二者可以是同一个地。4.软件系统应用背景CDMonitor是由上海司南卫星导航技术基于GNSS全球卫星定位系统并采用现代通讯技术进行的实时与准时GNSS原始数据分析、处理、独立环网平差及数据管理等功能研发的系统软件。这套软件对于人工建筑变形分析，比方大型桥梁，水坝，大型人工建筑以及油田沉陷，矿山采空区沉陷，城市地下水漏斗沉陷，火山监测，山体滑坡监测等等具有特别大的现实意义。GNSS（全球卫星定位系统）自八十年月中期投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的掌握测量中起了划时代的作用。正由于是它在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采纳其来代替常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。由CDMonitor为核心构成的变形监测网络中的每个GNSS接收机只需要输出GNSS的原始数据和星历，原始数据包含了GNSS解算全部必要的伪距和载波相位数据等，星历指GNSS卫星发播的广播星历。数据通过广域网、局域网络、串口、无线设施等传到掌握中心，掌握中心的CDMonitor软件依据每台GNSS接收机对应的IP地址和端口号，获得每个监测点的原始实时数据流，CDMonitor软件对这些原始数据进行实时差分解算，得到各个监测站的坐标，并存入数据库或发送给客户端。采用CDMonitor软件能进行7X24小时不间断观测。而且,与传统的RTK方式相比，CDMonitor具有精度更高，实时性更强的特点。CDMonitor支持各种主流品牌的单多频GNSS接收机混合监控。CDMonitor采纳了C/S架构，用户可以进行远程监控。详细的CDMonitor实时差分变形监测软件的工作流程可用以下图表示：CDMonitor工作流程如下图，CDMonitor变形监控软件实现了各个监控站的实时差分定位，并具有图形显示、接收机设置、监控站参数设置、观测数据纪录、报警等功能。采纳C/S架构的CDMonitor软件便采用户在办公室、监控中心、家中监测系统的健康状况。4.2CDMonitor数据处理软件4.2.1CDMonitor功能简介：CDMonitor的功能模块这里用框图来表示CDMonitor的主要功能模块。CDMonitor功能模块CDMonitor的基本功能CDMonitor实时差分变形监控软件具有下面的一些基本功能：＞对GNSS原始数据进行7x24小时实时差分处理，进行变形监测，永不间断；＞依据接收机的原始数据输出率，数据更新率最高可达20Hz；＞可依据系统参数设置，对不同的监测站的实时差分结果进行Kalman滤波，到达不同的动态要求和精度要求；＞可同时处理多个基站和监测站的数据；＞依据多天运行的结果，建立近期的大气延迟（对流层、电离层）模型，提高定位精度和牢靠性；＞多基站支持，多基站不但提高了系统的牢靠性，而且，依据多基站的观测数据，可以建立电离层模型，提高长距离监测的精度；依据多基站的处理结果，可以实现实时网平差功能，提高点位精度和牢靠性；＞原始数据后处理功能；＞输入接口合同：RS232、CAN、TCP/IP；＞输出接口（远程服务）合同：TCP/IP；＞实时显示接收机的信号跟踪状况，如星空图、信噪比、钟差等；＞实时显示基线的变化状况，点位的移动状况等；＞原始数据、解算结果的自动保存功能，可依据用户需求进行设置；＞对监测站、基站接收机的远程设置功能，软件上有各个GNSS接收机的独立监控模块，可以向GNSS接收机发送用户更改参数的命令（如采样间隔、高度截止角等）；＞系统完备性监测功能，可对整个系统的健康状况进行监测；＞环境参数输入功能。比方，输入监测站四周障碍物的分布状况，在数据处理时，能剔除常规方法不能自动剔出的坏数据，提高定位精度。＞具有防死机功能，一旦某个监测站消失死机现象，软件立刻会通过数据信号触发的方式实现接收机自动重启；＞可以调整各个监测站的位置更新率；＞支持网络分布式计算；＞软件实现C/S架构，客户端可以运行在远程；＞供应第三方软件接口，如用COM组件的方式实现，可实现远程查询、管理、报敬.m/此外，CDMonitor软件可用于桥梁、大坝、矿区等的监测，可针对不同的工作环境对用户图形界面进行定制。如针对风电场沉降监测,CDMonitor的客户端能供应如下功能：＞数据库功能，长期观测的数据能保存在数据库中；＞三维动画；＞整体变形示意图；＞历史数据分析；＞报警功能，报警项可依据用户要求设定，可通过短信、电子邮件等方式进行报警。＞权限管理：一般用户只能扫瞄数据，系统管理员才可能对一些参数进行设置。＞数据分析，即对监控点进行频域和时域分析。数据纪录连接数据库，CDMonitor能够纪录用户需要保存的各项信息，依据用户的选择，纪录的内容如下：GNSS定位数据坐标；精度（水平和垂直）；PDOP值；使用卫星颗数；解类型。卫星数据卫星颗数；每颗卫星的坐标；每颗卫星的信噪比；每颗卫星的仰角；基线解信息基线向量；基线误差（中误差和相对误差）；比率值；协方差阵。系统状态数据软件本身的工作状态；各个机站的工作状态是否正常；网络连接状态。4.2.2CDMonitor的软件界面介绍正常状况下，CDMonitor是在服务器端进行简单的计算的，用户不需要去扫瞄这些窗口。但在系统安装阶段或者系统消失故障时，这些窗口供应的信息能关心我们快速地解决问题。数据监控窗口通过接收机数据监控窗口可以观看串口和网络来的数据的格式、数据的更新率、数据包的大小等，管理员通过这些信息可以快速地推断系统的通讯是否正常。接收机监控窗口通过每秒更新一次的接收机监控窗口，管理员能知道接收机跟踪的卫星数量、接收机的钟差、卫星的载噪比等接收机的关键信息，以确定接收机的工作状况、信号质量等。监测站变形曲线窗口下面是某监测点的变形曲线。CDMonitor能精确地反映监测体的变形状况。基线窗口通过基线窗口，管理员能够快速地知道软件的解算状态。2.3CDMonitor的系统结构典型的CDMonitor监测系统由三局部组成：监测单元、数据传输和掌握单元、数据处理分析及管理单元。这三局部形成一个有机的整体，监测单元跟踪GNSS卫星并实时采集数据，数据通过通讯网络传输至掌握中心，掌握中心相关的CDMonitor软件对数据处理并分析，实时滑坡体的形变。监测单元一个参考站(R1)和八个监测站(Ml,M2,…,M8)组成。其中参考站依据实际状况，确定其详细位置；八个监测站依据实际状况，确定其详细位置。数据传输采纳先进的无线高频网桥传输方式，一方面提高了系统通讯牢靠性，另一方面提高了数据传输速度。掌握中心配备一台高性能服务器，用于数据分析和图形处理，以及终端服务。结合CDMonitor软件，实时对数据分析和图形处理。4.3基于B/S架构数据分析软件B/S架构的基于网页的WEB发布系统，能实现对监测数据的分析，最终实现监测解算数据以图形化的方式显示，详细流程时数据传输局部在存储数据到数据库的同时，也将解算结果传输给数据分析局部，以实现实时分析。也可以调用数据库的历史数据实现历史统计分析。系统登录分析的主要方式是将监测数据在点面的各方向以时间为横轴生成曲线。对各监测方向设置预警限值，当监测数据到达限值时便启动报警功能，并且依据不同条件设置不同的报警级别。预警管理为了供应应上级专家和领导直观的分析结果，将监测数据生成日常报表。报表可设置周期一天、一周或一月。-4-T7-yra

数据管理5.关心您在了解本风电场智能预警系统的过程中，假如有遇到不明白的地方，可以联系司南导航的技术人员，我们的工作人员将第一时间予以回复。E-mai1:hongxingwang@上海市嘉定区澄浏中路618号2号楼名目TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".背景1\o"CurrentDocument"工程背景1\o"CurrentDocument"工程建设的可行性1\o"CurrentDocument".建设目标2\o"CurrentDocument".建设方案总体设计2\o"CurrentDocument"系统设计依据2\o"CurrentDocument"系统硬件设计组成2\o"CurrentDocument"3系统实施方案3GNSS参考站33.3.2GNSS监测站5塔筒倾角监测63.3.4供电系统6雷电防护7\o"CurrentDocument"4.软件系统8\o"CurrentDocument"4.1应用背景8\o"CurrentDocument"4・2CDMonitor数据处理软件92.1CDMonitor功能简介：92.1.1CDMonitor的功能模块92.1.2CDMonitor的基本功能92.1.3数据纪录102.2CDMonitor的软件界面介绍112.2.1数据监控窗口112.2.2接收机监控窗口112.2.3监测站变形曲线窗口112.2.4基线窗口112.3CDMonitor的系统结构11\o"CurrentDocument"4.3基于B/S架构数据分析软件12\o"CurrentDocument"5.关心121.背景1.1工程背景风机塔筒就是风力发电的塔杆，在风电机组中主要起支撑作用，同时汲取机组震惊。风机塔筒是否垂直坚固直接关系到风电机组能否平安稳定地运行。随着风电产业的快速进展，越来越多的大容量风机间续安装运行，风力发电机的许多运行隐患也渐渐开头暴露起来，叶片脱落、倒塌、风机失火灯恶行事故时有发生。随着风电向二、三类风资源地区的开发，塔筒高度不断增加，目前陆地上风机的塔筒大多在50-120米之间，受气候、设施安装焊接点应力变化、地基沉降等因素的影响，塔体可能发生倾斜甚至于倒塌。假如塔筒寄出达不到设计要求，塔筒各节连接部位松动、检查不准时，遇到恶劣飓风天气，简洁发生晃动过大、倾覆、甚至倒塌等状况。因此,在风机上有效的监测塔筒的倾斜程度和变形程度以及基础沉降，可以从早期觉察问题,准时解决并处理这些问题，有效防止塔筒倒塌等严峻事故的发生。基于北斗高精度GNSS技术自动化智能风电场监测系统，集结构分析技术、计算机技术、通信技术、网络技术、传感器技术等高新技术于一体的综合系统工程。本系统的作用是成为一个功能强大并能真正长期运用于结构损伤和状态评估，满意风电场综合管理和运营的需要，同时又具备经济效益的健康平安监测系统，遵循以下设计原那么：1）遵循简洁、有用、性能牢靠、经济合理的指导思想；2）系统设置立足有用性原那么第一，兼顾考虑科学试验和设计验证等方面因素；3）各传感器的布置、安装合理，力求用最少的传感器和最小的数据量完成系统工作；4）系统具有可扩展性。1.2工程建设的可行性1）GNSS系统目前广泛运用于国内外位移、沉降等平安监测领域。基于中国北斗卫星导航系统（BDS）的多系统融合GNSS技术实施平安监测，可以全天候运行，恶劣环境及气候条件下仍能正常进行测点沉降数据采集；测站间无需通视，不受地形环境影响;无人值守，远程管理便利。2）倾斜传感器广泛应用于风电场塔筒倾斜监测。选型高性能动态倾角传感器，保证在塔筒顶端简单环境下倾斜动态测量精度达0.1°,塔座选用常规高精度静态倾角传感器，保证塔基倾斜测量精度优于0.005。。以超高的动态精度和静态精度克服恶劣条件下风电塔振动和冲击影响，同时兼顾系统经济有用性，为全套风塔系统保驾护航。3）专业级GNSS沉降监测数据处理软件，对实时与准实时GNSS原始数据分析、处理、独立环网平差及数据管理，进行7X24小时不间断观测，最高精度可达毫米级、4）工业级数据系统平台，保证数据采集和存储、数据分析和管理、数据预警和Web发布的完整性，采纳嵌入安装简洁、便利、简洁实施。2.建设目标风电塔筒沉降及塔筒倾覆智能预警系统是结合北斗高精度GNSS和高性能加速度计于一体，为客户实时供应高精度、高性能、稳定、牢靠且最有效的系统解决方案。遵循简洁、有用、合理的指导思想，客户无需把握专业的分析诊断方案和分析工具，系统自动给出状态评价和劣化预警，有效避开塔筒倾覆事故的发生。1）建立一套全自动化分析预警智能系统，保障风机基础和塔筒的平安运行，防止风机倾覆甚至倒塌等重大平安事故发生。2）系统建成后可在线自动完成实时数据分析及处理，可以实时监测每一台风机基础和塔筒的运行状态和变化趋势。3）多传感器实现数据关联，构建综合塔筒倾斜、基础水平、风速、风向、功率等组合模型，通过多特征传感分析变化趋势，保证在线监测和劣化过程早期预警的牢靠性。4）减轻运维人员的劳动强度和人工本钱的指出，实现数据集中管理。系统建设示意3.建设方案总体设计系统设计依据GNSS沉降监测系统的技术设计及工程建筑依据相关的我国标准和相关行业标准进行，本设计书中所引用的局部技术法律规范参见表1。表1名称编号批准单位年份全球定位系统测量法律规范CH2001我国测绘局精密工程测量法律规范GB/T15314-94我国技术监督局1994-12-22全球定位系统城市测量技术规程CJJ73-97中国建设部1997UNAVCO基准站建立法律规范国际UNAVCO组织IGS基准站建立法律规范国际IGS委员会混凝土结构设计法律规范GBJ10—89建设部3.2系统硬件设计组成系统硬件由以下局部组成:1）传感器子系统：由布置在各风机监测点的GNSS沉降监测接收机和塔筒的倾斜传感器组成，主要传感器采纳后安装的方式；2）数据传输子系统：GNSS天线到GNSS接收机主机由同轴电缆通讯；GNSS主机以及其他传感器于掌握中心通讯采纳有线或无线的通讯方式；3）数据处理与掌握子系统：由布置在监控中心的小型机系统、服务器系统、数据实时自动处理与Web发布；4）帮助支持系统：包括外场机柜、外场机箱、配电及UPS、防雷和远程电源监控等。3.3系统实施方案GNSS参考站1）GNSS参考站选址GNSS参考站选址应满意以下要求：掩盖并匀称分布在整个沉降监测区域，并兼顾参考点距离监测点最近的原那么；场地稳固，年平均下沉和位移小于2nim；视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过15。；远离大功率无线电放射源（如电视台，电台，微波站等），其距离不小于200m,远离高压输电线和微波无线电传送通道，其距离不得小于50m；尽量靠近数据传输网络；观测墩的高度不低于2米；观测标志应远离震惊源。（2）参考站基建1）观测墩的建设要求在满意以上要求的前提下，其GNSS参考站观测墩的建设应满意以下要求：观测墩应浇注安装强制对中标志，并严格整平，墩外壁或内部应加装（或预埋）适合线缆进出硬制管道（钢制或塑料），起保护线路作用；GNSS观测墩采纳钢筋混凝土现场浇铸的方法施工。混凝土浇铸过程中的水泥、沙子、石子及其他添加剂的用量以及混凝土施工的要求均依据表一的要求执行;GNSS观测墩中的钢筋骨架采纳直径呈10mm的螺纹钢筋，使用时须在距两端10cm处，分别向内弯成A形弯（足筋下端30cm处向外弯成1_形弯）用料。裹筋采纳直径与61nm的一般钢筋；基座建筑时浇灌混凝土至基座深度的一半，充分捣固后放入捆扎好的基座钢筋骨架，在基座中心垂直安置捆扎好的柱石钢筋骨架，将柱石钢筋骨架底部与基座钢筋骨架捆扎一起，浇灌混凝土至基座顶面，充分捣固并使混凝土顶面处于水平状态；混凝土浇灌至地面下0.2米时，在观测墩外壁应预埋适合线缆进出的直径不小于25mm的硬质管道（钢制或塑料），供安装电缆保护线路用；可采用观测墩基坑，加筑用于存放太阳能蓄电池的水泥槽。观测墩设计图

强制对中标志2）灌制混凝土标石所用材料应符合以下要求采纳的水泥标号应不低于425。制作不受冻融影响的混凝土标石，应优先采纳矿渣和火山灰质水泥，不得使用粉煤灰水泥。制作受冻融影响的混凝土标石，宜使用一般硅酸盐水泥。在制作受盐碱、海水或工业污水侵蚀地区的标石时，须使用抗硫酸盐水泥。在沙漠、戈壁等干燥环境中的标石，不得使用火山灰质水泥；石子采纳级协作格的5〜40mm的自然卵石或坚硬碎石，不宜采纳同一尺寸的石子；沙子采纳0.15〜3mm粒径的中砂，含泥量不得超过3%；水须采纳清洁的淡水，硫酸盐含量不得超过K；外加剂可依据施工环境选用，如早强剂、减水剂、引气剂等，其质量应符合相应规定，不得使用含氯盐的外加剂。材料种类配粒直径（mm）水水泥砂石协作比例重量，kg重量，kg重量，kg重量，kg（体积，m3）（体积，m3）（体积，m3）（体积，m3）碎石5〜4018030060012260.6：1：2.2：4.09(0.18)(0.30)(0.44)(0.82)0.6：1：1.47：2.73卵石5〜4017028567212480.6：1：2.36：4.38(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：表中协作比适用中砂，当采纳细砂或粗砂时，水和水泥用量相应增加或削减17kg和10kg；当采纳5〜40mm粒径的碎石或卵石，应将水和水泥用量各增加10%,砂、石用量不变；调制混凝土，须先将砂、石洗净。浇灌标石时，须逐层充分捣固；气温在0℃以下时，必需加入防冻剂，拆模时间不得少于24h,否那么不准施工；拆模时间可依据气温柔外加剂性能打算，一般条件下，平均气温在0℃以上时，拆模时间不得少于12ho(3)仪器设施的选择依据本工程的实际状况并参照《全球定位导航系统连续运行参考站网建设法律规范》，此次风电塔筒沉降及塔筒倾角智能预警系统GNSS自动化监测子系统选用司南M300Plus监测专用接收机和AT600扼流圈天线。(4)设施安装此次系统监测范围16平方公里，监测区域大致呈现正方形，依据常规监测建设方案参考站与监测站距离建设要求，本方案在周边建设2个参考站。3.2GNSS监测站针对此风电场沉降监测工程详细要求，监测区域内33台风电机组各布置一套GNSS监测站设施，监测点设施实际安装饰依据各风电机组现场实际状况设置安装方式。各接收机观测数据以无线的方式实时传输到掌握中心，掌握中心软件准实时解算出各监测点位的坐标并保存到数据库，最终通过数据分析软件自动分析各监测点的变化量、变化趋势，并结合其他传感器对风电场风电机组沉降状况进行整体的稳定性分析。(1)监测站观测墩基建依据各风电机组区域的实际状况及监测点所监测的内容，此次GNSS自动化监测系统监测站多为一般土层观测墩或者基岩观测墩，为了保证良好的观测效果以及平安起见,各观测墩建设为L8米以上。1)基岩观测墩对于基岩观测墩，在基岩结实结构的基础上打入钢筋支架浇筑混凝土。基岩观测墩土层观测墩对于土层观测墩，埋入地表深度不小于1m,采纳基座和立柱的钢筋混凝土结构。土层观测墩注：全部监测站的水泥观测墩的建设标准依据参考基站的建设要求。(2)仪器设施选择依据本工程的实际状况并参照《全球定位导航系统连续运行参考站网建设法律规范》，此次风电塔筒沉降及塔筒倾角智能预警系统GNSS自动化监测子系统选用司南A300监测一体机。(3)设施安装监测站安装示意图3.3塔筒倾角监测此次方案旨在通过风电机组各层部署姿势传感器，实现对风力发电机塔筒摆振、机舱航向等数据的实时监测，到达还原风机塔筒实时倾斜的目的。(1)仪器设施选择常规风电塔筒倾斜运维监测采纳倾角传感器，通过对塔筒摇摆轨迹数据，分析出塔筒的受力状况。由于风电塔筒安装于几十米的高空，承载着无规律、变速变载荷的风力，对于风电机组塔尖的垂直度和摇摆度动态监测需要采纳定制化动态倾角传感器。本工程依据风电塔筒倾角监测的实际要求，分别在风机塔筒塔顶和塔座布置风机塔筒专用的高精度动态倾角传感器和静态倾斜传感器，在大风状况下的风电塔筒倾斜监测中塔尖动态测量达0.1°，塔座静态监测精度达0.005。的监测标准，保证塔筒动态监测更稳定、更精准。(2)设施安装塔筒安装示意3.4供电系统对于风电场自动化监测系统的特别状况，采纳太阳能供电的方式。依据工程现场的实际状况，采纳100W的太阳能电池板和lOOAh的蓄电池，保证项目现场在没有太阳的状况下，设施能正常运作7天。太阳能电池板固定示意图(1)太阳能组成太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能掌握器、蓄电池(组)组成。输出的电压为12V,直接供应设施使用，各局部的作用为：太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心局部，也是太阳能发电系统中价值最高的局部。其作用是将太阳的辐射力量转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和本钱将直接打算整个系统的质量和本钱，额定的输出电压为17.4V0本系