一种输电线路铁塔安全性评估系统及其评估方法

摘要

本发明涉及一种输电线路铁塔安全性评估系统及其评估方法，所述系统包括依次连接的数据采集模块、控制器模块和输出模块；所述控制模块包括所述铁塔安全状态评分模块、判断模块和比较模块。所述评估系统通过数据采集模块对铁塔状态信息采集，通过控制模块对其进行评分、划分等级，最后将所有评价信息发送至输出模块。本发明的技术方案能够及时发现输电线路铁塔安全隐患，从而准确掌握铁塔安全性，继而为铁塔运行维护提供技术支撑，保证输电线路安全可靠运行。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种评估系统及其评估方法，更具体涉及一种输电线路铁塔安 全性评估系统及其评估方法。

背景技术：

目前，我国对输电线路铁塔的安全性评估主要依据是《输变电设备评价标 准》（试行）（2006年）、《输变电设备状态评价导则》（Q/GDW173-2008）和《输 变电设备状态评价标准》（Q/CSG10010-2004）三部标准。首先，三部标准的评 估都只停留在安全状态的评价层次，没有深入到铁塔结构的安全性能层次，属 于一种比较宽泛、粗放的评估体系。其次，三部标准的评估都是针对整条线路 的铁塔进行，线路铁塔通常有多基，若一基或几基铁塔安全状态较差，采用三 部标准进行评价，容易造成该条线路铁塔安全状态整体较差的假象，从而产生 以偏盖全的评价结论。再次，在评估方法方面，三部标准只是应用了输电线路 铁塔安全状态评价方法，且评价方法较为简单，主要是引用了几个影响铁塔安 全状态的状态量，因此应该属于影响因素分析法，还不够层次分析法的程度。 最后，在安全性能评定方面，三部标准均没有涉及。因此，现有的输电线路铁 塔安全性评估体系是一种粗放式的评估体系，已经不能满足现有输电线路安全 性评估工作的需要。而基于状态与性能的输电线路铁塔综合安全性评估系统及 其评估方法则可以很好的解决以上问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种输电线路铁塔安全性评估系统及评估方法，该发 明的技术方案能够及时发现输电线路铁塔安全隐患，从而准确掌握铁塔安全性， 继而为铁塔运行维护提供技术支撑，保证输电线路安全可靠运行。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种输电线路铁塔安全性评 估系统，所述系统包括依次连接的数据采集模块、控制器模块和输出模块；

所述数据采集模块包括铁塔材料状态采集模块、铁塔构件状态采集模块、 铁塔的构造与连接状态采集模块、铁塔变形状态采集模块、铁塔附属设施状态 采集模块和铁塔安全性能采集模块；

所述控制模块包括所述铁塔安全状态评分模块、判断模块和比较模块，所 述判断模块包括与所述铁塔安全状态评分模块连接的铁塔安全状态等级判断模 块、铁塔安全状态判断模块、铁塔安全性等级判断模块和铁塔安全性能判断模 块；

所述输出模块包括铁塔安全状态等级评分输出模块、铁塔安全状态等级输 出模块、铁塔安全状态输出模块、铁塔安全性等级输出模块和铁塔安全性能输 出模块。

本发明提供的一种输电线路铁塔安全性评估系统，所述铁塔安全状态评分 模块包括铁塔项目评分模块和铁塔项目权重模块；所述铁塔项目评分模块包括 与其对应的铁塔材料状态评分模块、铁塔构件状态评分模块、铁塔的构造与连 接状态评分模块、铁塔变形状态评分模块、铁塔附属设施状态评分模块和安全 性能评分模块；

所述铁塔项目权重模块包括与其对应的铁塔材料状态项目权重模块、铁塔 构件状态项目权重模块、铁塔的构造与连接状态项目权重模块、铁塔变形状态 项目权重模块、铁塔附属设施状态项目权重模块和安全性能项目权重模块；

所述比较模块将所述铁塔安全性能等级与对应的铁塔安全状态等级比较。

本发明提供的一种输电线路铁塔安全性评估系统，所述状态采集模块将采 集到的铁塔状态信息发送到所述对应的状态评分模块；

所述铁塔安全状态评分模块通过状态评分模块与其所对应的状态项目权重 模块进行评分并将所述评分发送至所述铁塔安全状态等级判断模块，所述等级 判断模块作出判断将等级发送至铁塔安全状态判断模块进行状态判断；将各自 的判断结果发送到各自对应的输出模块；

上述判断模块的判断标准如下：

等级 评价状态 分值 I级 完好状态，应进行日常维护。 ≥90,≤100 II级 良好状态，应进行日常维护和小修。 ≥75，＜90 III级 合格状态，应进行专项检测后维护、小修。 ≥60，＜75 IV级 危险状态，应检测评估后进行大修、加固或拆除。 ＜60

本发明提供的另一优选的一种输电线路铁塔安全性评估系统，所述评分的 确定为：

$V_u=\underset{k=1}{\overset{u}{\Sigma }}{w}_k^{\left(0\right)}{x}_k^a/\underset{k=1}{\overset{u}{\Sigma }}{w}_k^{\left(0\right)}{x}_k^{a-1}---\left(1\right)$

式中：u——评价项目个数；

w_k⁽⁰⁾——第k个评价项目的常权权重；

x_k——为第k个评价项目的评分值；

V_u——第u基铁塔评分值；

a——变权系数，a=0.2；

所述各项目的权重值如下表所示：

评价项目 材料 构件 构造与连接 变形 附属设施

权重 0.18 0.29 0.21 0.24 0.08

本发明提供的再一优选的一种输电线路铁塔安全性评估系统，所述铁塔材 料状态评价标准如下表所示：

所述铁塔构件状态评价标准如下表所示：

所述铁塔构造与连接状态评价标准如下表所示：

所述铁塔变形状态评价标准如下表所示：

所述铁塔附属设施状态评价标准如下表所示：

本发明提供的又一优选的一种输电线路铁塔安全性评估系统，若所述铁塔 安全状态等级判断模块判断为Ⅰ或Ⅱ级时，按照下表进行铁塔安全性等级评价 并发送到对应输出模块；

安全性等级 安全状态等级 安全状态评分 Au级 Ⅰ级 ≥90，≤100 Bu级 Ⅱ级 ≥75，＜90

若所述铁塔安全状态等级判断模块判断为Ⅲ或Ⅳ时，铁塔还需要进行安全 性能评定；所述铁塔安全性能为铁塔钢构件承载能力极限状态安全性能，所述 铁塔安全性能采集模块采集所述铁塔钢构件承载能力极限状态信息并将其发送 至铁塔安全性能判断模块，所述安全性能等级评定见下表：

本发明提供的又一优选的一种输电线路铁塔安全性评估系统，所述钢构件 承载能力极限状态通过铁塔实际结构和荷载建立力学分析模型确定，所述铁塔 实际结构通过对铁塔荷载、铁塔使用环境和铁塔抗力与损伤确定；

所述铁塔荷载包括以下项目；

所述铁塔使用环境包括以下项目：

所述铁塔抗力与损伤包括以下项目：

本发明提供的又一优选的一种输电线路铁塔安全性评估系统，所述钢构件 包括重要构件集和次要构件集；所述构件集的安全性能以所含构件的各个安全 性能等级所占的百分比确定：

重要构件集：

a_u级 构件集中不含c级、d级，可含b级构件且含量不多于30%；

b_u级 构件集中不含d级构件，可含c级构件且含量不多于20%；

c_u级 构件集中含c级构件且含量不多于50%，或含d级构件且含量少于10%；

d_u级 构件集中含c级构件且含量多于50%，或含d级构件含量不少于10%；

所述重要构件集安全性能等级以各类重要构件集安全性能等级最低等级确 定；

次要构件集：

a_u级 构件集中不含c级、d级构件，可含b级构件且含量不多于35%；

b_u级 构件集中不含d级构件，可含c级构件且含量不多于25%；

c_u级 构件集中含c级构件且含量不多于50%，或含d级构件且含量少于20%；

d_u级 构件集中含c级构件且含量多于50%，或含d级构件含量不少于20%；

次要构件集安全性能等级以各类次要构件集安全性能等级最低等级确定； 所述钢构件承载功能安全性能等级，按所述重要构件集的最低等级确定；当所 述次要构件集的最低安全性能等级比重要构件集的最低安全性能等级低二级或 二级以上时，所述次要构件集的安全性能等级可按所述重要构件集的最低安全 性能等级降一级或两级确定；

最终确定的所述铁塔安全性能等级按下表划分并将该信息发送至对应输出 模块：

本发明提供的又一优选的一种输电线路铁塔安全性评估系统，将所述最终 确定的所述铁塔安全性能等级发送至所述比较模块并与通过该模块与其的铁塔 安全状态等级比较，当所述铁塔安全状态等级比所述铁塔安全性能等级低二级 或三级时，所述铁塔安全性等级降一级或二级确定；则最终所述铁塔安全性等 级的划分为下表所示并将所述信息发送至对应输出模块：

本发明提供一种包含上述技术方案的的输电线路铁塔安全性评估系统的评 估方法，该方法包括以下步骤：

（1）通过所述采集模块中的各个采集模块采集到的所述铁塔安全状态信 息；

（2）将采集到的各种铁塔状态信息发送至控制模块，所述控制模块将所述 信息再发送至所述铁塔安全状态评分模块；

（3）所述安全状态评分模块根据所对应的所述铁塔项目评分模块和项目权 重模块确定所述铁塔的安全状态分值；

（4）将所述分值发送至判断模块的对应模块判断铁塔安全状态等级；若安 全状态等级为Ⅰ或Ⅱ级时，在判断铁塔安全性等级并将所有信息发送至对应输 出模块；

若安全状态等级为Ⅲ或Ⅳ时，继续下一步骤；

（5）采集铁塔实际结构的铁塔荷载、铁塔使用环境和铁塔抗力与损伤信息 发送至铁塔安全性能判断模块；所述铁塔安全性能判断模块同时根据铁塔荷载 建立力学分析模型判断其安全性能等级；

（6）将其所述安全性能等级信息和所述安全状态等级均发送至比较模块； 当铁塔安全状态等级比铁塔安全性能等级低二级或三级时，所述铁塔安全性等 级降一级或二级确定；

所述比较模块将比较后的信息再发回至对应的判断模块，将所述铁塔的安 全性等级进行最后的确定；

(7)最后将铁塔的安全状态为Ⅲ或Ⅳ的其他信息发送至所述对应输出模块。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明采用了层次分析法，提出了安全状态评价指标，分值计算方法， 并确定了各评价指标权重，更能精确评价结果；

2、本发明增加了铁塔安全性能评定环节，提出了铁塔安全性能评定方法， 确定了铁塔安全性能评定指标和评定标准；

3、本发明对铁塔是采用单基模式进行评估，与原有评估方法中以整条线路 铁塔为基础的评估方法相比，杜绝了原评估方法以偏概全的劣势；

4、本发明综合考虑了安全状态和安全性能的相互影响，与原有评估方法中 单纯考虑安全状态的评估结果相比，该方法使得评估结果更加准确，更实际地 反映出铁塔的安全状况；

5、本发明采集模块采用简单的仪器对铁塔进行数据采集，仪器操作方便、 简单，安全性评估流程简洁、容易掌握，可操作性好；

6、本发明的评价系统及其评价方法省时省力，数据只需要在正常巡视期间 采集，不需要增加额外的巡视检测时间，且对数据采集的仪器操作简单、容易 携带。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，本例的发明的输电线路铁塔安全性评估系统，所述系统包括 依次连接的数据采集模块、控制器模块和输出模块；所述数据采集模块为采集 仪器；

所述数据采集模块包括铁塔材料状态采集模块、铁塔构件状态采集模块、 铁塔的构造与连接状态采集模块、铁塔变形状态采集模块、铁塔附属设施状态 采集模块和铁塔安全性能采集模块；

所述控制模块包括所述铁塔安全状态评分模块、判断模块和比较模块，所 述判断模块包括与所述铁塔安全状态评分模块连接的铁塔安全状态等级判断模 块、铁塔安全状态判断模块、铁塔安全性等级判断模块和铁塔安全性能判断模 块；

所述输出模块包括铁塔安全状态等级评分输出模块、铁塔安全状态等级输 出模块、铁塔安全状态输出模块、铁塔安全性等级输出模块和铁塔安全性能输 出模块。

所述铁塔安全状态评分模块包括铁塔项目评分模块和铁塔项目权重模块； 所述铁塔项目评分模块包括与其对应的铁塔材料状态评分模块、铁塔构件状态 评分模块、铁塔的构造与连接状态评分模块、铁塔变形状态评分模块、铁塔附 属设施状态评分模块和安全性能评分模块；

所述铁塔项目权重模块包括与其对应的铁塔材料状态项目权重模块、铁塔 构件状态项目权重模块、铁塔的构造与连接状态项目权重模块、铁塔变形状态 项目权重模块、铁塔附属设施状态项目权重模块和安全性能项目权重模块；

所述比较模块将所述铁塔安全性能等级与对应的铁塔安全状态等级比较。

所述状态采集模块将采集到的铁塔状态信息发送到所述对应的状态评分模 块；

所述铁塔安全状态评分模块通过状态评分模块与其所对应的状态项目权重 模块进行评分并将所述评分发送至所述铁塔安全状态等级判断模块，所述等级 判断模块作出判断将等级发送至铁塔安全状态判断模块进行状态判断；将各自 的判断结果发送到各自对应的输出模块；

上述判断模块的判断标准如下：

等级 评价状态 分值

Ⅰ级 完好状态，应进行日常维护。 ≥90，≤100 Ⅱ级 良好状态，应进行日常维护和小修。 ≥75，＜90 Ⅲ级 合格状态，应进行专项检测后维护、小修。 ≥60，＜75 Ⅳ级 危险状态，应检测评估后进行大修、加固或拆除。 ＜60

所述评分的确定为：

$V_u=\underset{k=1}{\overset{u}{\Sigma }}{w}_k^{\left(0\right)}{x}_k^a/\underset{k=1}{\overset{u}{\Sigma }}{w}_k^{\left(0\right)}{x}_k^{a-1}---\left(1\right)$

式中：u——评价项目个数；

w_k⁽⁰⁾——第k个评价项目的常权权重；

x_k——为第k个评价项目的评分值；

V_u——第u基铁塔评分值；

a——变权系数，a=0.2；

所述各项目的权重值如下表所示：

评价项目 材料 构件 构造与连接 变形 附属设施 权重 0.18 0.29 0.21 0.24 0.08

所述铁塔材料状态评价标准如下表所示：

所述铁塔构件状态评价标准如下表所示：

所述铁塔构造与连接状态评价标准如下表所示：

所述铁塔变形状态评价标准如下表所示：

所述铁塔附属设施状态评价标准如下表所示：

若所述铁塔安全状态等级判断模块判断为Ⅰ或Ⅱ级时，按照下表进行铁塔 安全性等级评价并发送到对应输出模块；

安全性等级 安全状态等级 安全状态评分 Au级 Ⅰ级 ≥90，≤100 Bu级 Ⅱ级 ≥75，＜90

若所述铁塔安全状态等级判断模块判断为Ⅲ或Ⅳ时，铁塔还需要进行安全 性能评定；所述铁塔安全性能为铁塔钢构件承载能力极限状态安全性能，所述 铁塔安全性能采集模块采集所述铁塔钢构件承载能力极限状态信息并将其发送 至铁塔安全性能判断模块，所述安全性能等级评定见下表：

所述钢构件承载能力极限状态通过铁塔实际结构和荷载建立力学分析模型 确定，所述铁塔实际结构通过对铁塔荷载、铁塔使用环境和铁塔抗力与损伤确 定；

所述铁塔荷载包括以下项目；

所述铁塔使用环境包括以下项目：

所述铁塔抗力与损伤包括以下项目。

所述钢构件包括重要构件集和次要构件集；所述构件集的安全性能以所含 构件的各个安全性能等级所占的百分比确定：

重要构件集：

a_u级 构件集中不含c级、d级，可含b级构件且含量不多于30%；

b_u级 构件集中不含d级构件，可含c级构件且含量不多于20%；

c_u级 构件集中含c级构件且含量不多于50%，或含d级构件且含量少于10%；

d_u级 构件集中含c级构件且含量多于50%，或含d级构件含量不少于10%；

所述重要构件集安全性能等级以各类重要构件集安全性能等级最低等级确 定；

次要构件集：

a_u级 构件集中不含c级、d级构件，可含b级构件且含量不多于35%；

b_u级 构件集中不含d级构件，可含c级构件且含量不多于25%；

c_u级 构件集中含c级构件且含量不多于50%，或含d级构件且含量少于20%；

d_u级 构件集中含c级构件且含量多于50%，或含d级构件含量不少于20%；

次要构件集安全性能等级以各类次要构件集安全性能等级最低等级确定； 所述钢构件承载功能安全性能等级，按所述重要构件集的最低等级确定；当所 述次要构件集的最低安全性能等级比重要构件集的最低安全性能等级低二级或 二级以上时，所述次要构件集的安全性能等级可按所述重要构件集的最低安全 性能等级降一级或两级确定；

最终确定的所述铁塔安全性能等级按下表划分并将该信息发送至对应输出 模块。

将所述最终确定的所述铁塔安全性能等级发送至所述比较模块并与通过该 模块与其的铁塔安全状态等级比较，当所述铁塔安全状态等级比所述铁塔安全 性能等级低二级或三级时，所述铁塔安全性等级降一级或二级确定；则最终所 述铁塔安全性等级的划分为下表所示并将所述信息发送至对应输出模块。

以上所述输电线路铁塔安全性评估系统的评估方法包括以下步骤：

（1）通过所述采集模块中的各个采集模块采集到的所述铁塔安全状态信 息；

（2）将采集到的各种铁塔状态信息发送至控制模块，所述控制模块将所述 信息再发送至所述铁塔安全状态评分模块；

（3）所述安全状态评分模块根据所对应的所述铁塔项目评分模块和项目权 重模块确定所述铁塔的安全状态分值；

（4）将所述分值发送至判断模块的对应模块判断铁塔安全状态等级；若安 全状态等级为Ⅰ或Ⅱ级时，在判断铁塔安全性等级并将所有信息发送至对应输 出模块；

若安全状态等级为Ⅲ或Ⅳ时，继续下一步骤；

（7）采集铁塔实际结构的铁塔荷载、铁塔使用环境和铁塔抗力与损伤信息 发送至铁塔安全性能判断模块；所述铁塔安全性能判断模块同时根据铁塔荷载 建立力学分析模型判断其安全性能等级；

（8）将其所述安全性能等级信息和所述安全状态等级均发送至比较模块； 当铁塔安全状态等级比铁塔安全性能等级低二级或三级时，所述铁塔安全性等 级降一级或二级确定；

所述比较模块将比较后的信息再发回至对应的判断模块，将所述铁塔的安 全性等级进行最后的确定；

(7)最后将铁塔的安全状态为Ⅲ或Ⅳ的其他信息发送至所述对应输出模 块。

最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限 制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员 应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱 离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围 当中。