变电站建(构)筑物结构健康监测技术

本书聚焦电力基础设施安全领域，系统阐述了变电站建（构）筑物结构健康监测的核心理论、关键技术及工程实践。全书从结构健康监测的基本原理出发，结合变电站特殊场景需求，构建了涵盖传感技术、数据获取与传输技术、智能分析及标准体系的完整技术框架。通过对比医学健康诊断的逻辑范式，结合“结构功能-性能退化-损伤演化” 多维度评价模型，针对变电站主变基础、构支架、装配式站房等关键设施的监测难题，提出融合物联网、边缘计算和北斗定位的解决方案。书中深入剖析了各类传感器的选型原理与部署策略，开发了基于压差式静力水准仪和光纤光栅的变形监测技术，并通过GIS 基础沉降、站房环境参数优化等典型工程案例验证了技术的可靠性。 本书结合前沿技术与工程实践，为变电站结构安全评估与维护提供科学依据，是电力工程、土木工程领域技术人员与研究人员的实用参考书。

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第1章 绪论 001 1.1 结构健康监测的定义 002 1.1.1 结构的功能 002 1.1.2 医学健康诊断与结构健康监测的类比 003 1.1.3 结构健康监测与诊断的任务 004 1.1.4 变电站建(构)筑物结构健康监测 006 1.2 结构损伤、性能退化与变形 007 1.2.1 结构使用条件的退化 007 1.2.2 结构自身性能的退化 007 1.2.3 结构局部损伤 008 1.3 变电站建（构）筑物结构健康监测的意义 009 1.4 结构健康监测原理及系统的组成 013 1.4.1 基于结构响应分析的结构健康监测方法 013 1.4.2 结构健康监测系统的组成 014 1.5 结构健康监测发展历程及展望 016 1.5.1 结构健康监测发展历程 016 1.5.2 结构健康监测展望 017 第2章 变电站建（构）筑物结构健康监测仪器 021 2.1 概述 022 2.2 测试技术基础 023 2.2.1 工程测试技术概述 023 2.2.2 传感器技术基础 024 2.2.3 信号处理技术 025 2.2.4 数据采集与传输技术 026 2.3 常用传感器的类型和工作原理 027 2.3.1 差动电阻式传感器 027 2.3.2 钢弦式传感器 028 2.3.3 电感式传感器 030 2.3.4 电阻应变片式传感器 031 2.3.5 光纤传感器 034 2.3.6 光纤光栅传感器 036 2.3.7 电容式传感器 038 2.3.8 压阻式传感器 039 2.4 变形观测仪器 041 2.4.1 位移计 042 2.4.2 测斜仪 048 2.4.3 沉降仪 051 2.5 压力测量仪器 054 2.6 水位仪器 058 2.7 温度测量仪器 064 2.8 振动传感器及采集设备 069 第3章 数据获取与传输技术 074 3.1 概述 075 3.2 数据采集技术 077 3.2.1 数据采集策略 077 3.2.2 边缘计算与预处理技术 080 3.3 数据传输技术 083 3.3.1 通信网络架构 083 3.3.2 实时传输协议 086 3.3.3 安全传输机制 089 3.4 数据获取与传输技术在建筑物监测中的应用 091 3.4.1 建筑物监测中的数据采集技术 093 3.4.2 建筑物监测中的数据传输技术 095 3.5 数据获取与传输典型应用案例分析 097 3.5.1 变电站GIS基础沉降观测中的多传感器协同传输 097 3.5.2 变电站构支架的数据获取与传输 099 3.5.3 变电站站房环境参数监测网络的能耗优化实践 100 3.6 技术挑战与未来趋势 101 3.6.1 当前技术瓶颈 101 3.6.2 未来发展方向 103 第4章 变电站建（构）筑物结构健康监测设计控制标准与方案 107 4.1 概述 108 4.2 设备基础 109 4.2.1 主变压器基础 109 4.2.2 电气设备基础 110 4.2.3 基础施工工艺及要求 111 4.3 构支架 112 4.3.1 构支架类型与结构 112 4.3.2 构支架的功能与应用 113 4.4 围墙 114 4.4.1 围墙的作用与类型 114 4.4.2 围墙的设计与建设要点 115 4.5 边坡 116 4.5.1 边坡对变电站的影响 116 4.5.2 边坡处理措施 117 4.6 装配式站房（钢结构） 118 4.6.1 装配式站房的优势 118 4.6.2 钢结构的特点与应用 120 4.7 变电站建（构）筑物的选址难题 121 4.7.1 选址困难的多维度因素 121 4.7.2 地质条件复杂性的挑战 123 4.8 变电站建（构）筑物结构健康监测仪器的设置原则 125 4.8.1 基于监测目标的仪器选择 125 4.8.2 仪器布置的关键要点 128 4.8.3 考虑系统集成与维护 130 4.9 变电站建（构）筑物结构健康监测设计控制标准 132 4.9.1 相关标准与规范解读 132 4.9.2 设计控制标准的关键指标 134 4.10 结构健康监测方案 137 4.10.1 主变压器及电气设备基础 137 4.10.2 主控楼 138 4.10.3 构支架 140 4.10.4 围墙 141 4.10.5 装配式站房 143 4.10.6 边坡 146 第5章 变电站变形监测实例 150 5.1 变形监测主要内容及目的 151 5.2 变形监测的依据及仪器设备 151 5.3 变形监测基准点布置与测量 152 5.3.1 基准点布点原则 152 5.3.2 基准点的埋设及测量 152 5.4 观测点布设与观测标志 154 5.4.1 沉降观测点的布设 154 5.4.2 主体倾斜观测点的布设 154 5.4.3 普通水准仪沉降观测标志 155 5.4.4 主体倾斜观测标志 156 5.4.5 观测点保护措施 156 5.4.6 观测布点具体位置 157 5.5 常规变形监测技术 158 5.5.1 普通水准仪沉降监测 158 5.5.2 主体倾斜观测 158 5.6 压差式沉降监测技术 161 5.6.1 沉降监测原理 161 5.6.2 基于北斗融合多源传感器技术的压差式沉降监测系统 162 5.6.3 基于物联网的压差式沉降监测系统 164 5.6.4 压差式静力水准仪传感器 164 5.6.5 压差式水准仪的使用 166 5.6.6 压差式沉降监测数据滤波与监测值预警 167 5.7 观测工作量及成果处理 168 5.8 实例 169 5.8.1 某变电站边坡变形监测 169 5.8.2 某变电站GIS基础沉降监测 170 参考文献 173