CN105371944B - 基于角度法的导线微风振动在线监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于角度法的导线微风振动在线监测装置，包括固定在被测导线上的壳体和角度传感器，所述角度传感器距导线线夹出口处的距离为xb，所述壳体中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接，该控制模块与角度传感器的控制计算模块相连接。该导线微风振动在线监测装置通过角度传感器直接测量得到被测导线在被测点处的振动角度，同时角度传感器将振动角度转换为相对振幅，并将相对振幅值传输给控制模块，控制模块再自动计算得出被测导线在线夹出口处的动弯应变值，故该导线微风振动在线监测装置能够直接且准确地监测到被测导线的动弯应变值，为评估微风振动对架空输电线路疲劳损伤的影响提供一个有力依据。
Description
技术领域
本发明涉及架空输电线路在线监测领域，特别是涉及一种基于角度法的导线微风振动在线监测装置及监测方法。
背景技术
随着现代技术的迅猛发展，电力建设实践经验的日积月累，人们已经了解到在输电线路上可以发生多种类型的导线振动，根据引起导线振动的原因和导线振动的形式，可以把导线振动现象分为以下几种类型：微风振动、次档距振荡、舞动、脱冰跳跃、横向碰击、电晕舞动、短路振动和湍流振动等。其中，在架空输电线路领域中，微风振动现象发生的最为频繁，由微风振动引起的导线的疲劳断骨是架空输电线路安全运行的一大威胁。微风振动是由于微风吹过架空设置的导线后所形成的所谓“卡门涡流”，进而引起导线高频率、小振幅振动，它的产生、振动水平与许多因素密切相关。同时，在线路运行中要考虑许多因素，如风速，风向(即与导线的夹角)，气温，地形地物，导线的规格和结构，导线张力、档距长度、和悬挂点高度，导线的材料材质、金具型式、防振方式与防振器特性，导线的运行时间(自阻尼特性变化)等因素，这些因素对微风振动的强弱、分布、危害程度都具有一定的影响，尤其是在大跨越上，因档距大、悬挂点高、地形开阔等特点，使微风输给导线的振动能量大大增加，故导线振动强度远大于普通档距的导线振动强度。因此，评估导线微风振动对架空输电线路疲劳损伤的影响就显得至关重要，其是保证架空输电线路安全稳定运行的一个重要前提。
目前，在评估导线微风测量对架空输电线路疲劳损伤的影响过程中，导线动弯应变是一个主要参数，但是现有技术中的各种监测装置或监测方法都无法直接测量导线的动弯应变值，从而导致无法很好地在线监测微风振动对架空输电线路的影响。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种能够准确测量导线的动弯应变值的基于角度法的导线微风振动在线监测装置。
为实现上述目的，本发明提供一种基于角度法的导线微风振动在线监测装置，包括固定在被测导线上的壳体和角度传感器，所述角度传感器距导线线夹出口处的距离为xb，所述壳体中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接，该控制模块与角度传感器的控制计算模块相连接。
进一步地，所述壳体和角度传感器分别位于导线线夹的两侧。
优选地，所述壳体的外表面呈球面状。
进一步地，所述供电模块包括安装在被测导线上的电流互感器和安装在壳体的内腔中的整流滤波电路模块，所述电流互感器与整流滤波电路模块感应连接，整流滤波电路模块与控制模块相连接。
优选地，所述控制模块和控制计算模块通过一线缆相连接，该线缆中包括通讯线路和供电线路。
如上所述，本发明涉及的基于角度法的导线微风振动在线监测装置，具有以下有益效果：
该导线微风振动在线监测装置中，通过角度传感器直接测量得到被测导线在被测点处的振动角度，同时角度传感器中的控制计算模块将该振动角度转换为被测导线在被测点处的相对振幅，并将相对振幅值传输给壳体中的控制模块，控制模块再根据被测导线的其他参数自动计算得出被测导线在线夹出口处的动弯应变值，故该导线微风振动在线监测装置能够直接且准确地监测到被测导线的动弯应变值，从而为评估微风振动对架空输电线路疲劳损伤的影响提供一个有力依据，最终保证架空输电线路的安全稳定运行。
本发明的另一目的在于提供一种能够准确测量导线的动弯应变值的基于角度法的导线微风振动在线监测方法。
为实现上述目的，本发明提供一种基于角度法的导线微风振动在线监测方法，包括以下步骤：
1)、通过一固定在被测导线上的角度传感器测量角度传感器所在被测点处的导线振动角度α，所述角度传感器距导线线夹出口处的距离为xb；
2)、所述被测导线上还安装有一壳体，所述壳体中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接，该控制模块还通过一线缆与角度传感器的控制计算模块相连接；
所述角度传感器的控制计算模块用于计算被测导线在被测点处的相对振幅Yb，并将相对振幅Yb值传输给壳体中的控制模块，控制模块最终计算出被测导线的动弯应变值εb；
3)、被测导线在导线线夹出口处的动弯应变值
Yb＝xb·sinα
上述式中：εb为被测导线在导线线夹出口处的动弯应变值，mm/mm；
d为被测导线的单线直径，mm；
xb为被测导线的被测点处距导线线夹出口处的距离，mm；
Yb为被测导线在被测点处的相对振幅，mm；
T为监测期间导地线平均运行张力，N；
EI为被测导线的最小刚度，N*m2；
nal为被测导线中铝单线的股数；
dal为被测导线中单根铝单线的直径，mm；
Eal为被测导线中铝单线的弹性模量，Mpa；
nst为被测导线中钢线的股数；
dst为被测导线中单根钢线的直径，mm；
Est为被测导线中钢线的弹性模量，Mpa。
优选地，所述xb＝89mm。
如上所述，本发明涉及的基于角度法的导线微风振动在线监测方法，具有以下有益效果：
该导线微风振动在线监测方法通过角度传感器直接测量得到被测导线在被测点处的振动角度，同时角度传感器中的控制计算模块将该振动角度转换为被测导线在被测点处的相对振幅，并将相对振幅值传输给壳体中的控制模块，控制模块再根据被测导线的其他参数自动计算得出被测导线在线夹出口处的动弯应变值，故该导线微风振动在线监测方法能够直接且准确地监测到被测导线的动弯应变值，从而为评估微风振动对架空输电线路疲劳损伤的影响提供一个有力依据，最终保证架空输电线路的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明中基于角度法的导线微风振动在线监测装置的结构示意图。
图2为图1中壳体与被测导线的连接示意图。
图3为微风振动状态下被测导线在被测点处的弯曲图。
元件标号说明
1 壳体
11 半球体
12 密封套
13 抱箍
2 角度传感器
3 导线线夹
4 线缆
5 被测导线
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种基于角度法的导线微风振动在线监测装置，包括固定在被测导线5上的壳体1和角度传感器2，所述角度传感器2距导线线夹3出口处的距离为xb，距导线线夹3出口处的距离为xb的点为被测导线5的被测点，所述角度传感器2用于测量被测点处的导线振动角度α，进而得到被测点处的相对振幅Yb，从图3可知：相对振幅Yb与导线振动角度α之间的关系为：Yb＝xb·sinα；进一步地，所述壳体1中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接，该控制模块与角度传感器2的控制计算模块相连接。
本发明还提供一种基于角度法的导线微风振动在线监测方法，包括以下步骤：
1、通过一固定在被测导线5上的角度传感器2测量角度传感器2所在被测点处的导线振动角度α，所述角度传感器2距导线线夹3出口处的距离为xb；
2、所述被测导线5上还安装有一壳体1，所述壳体1中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接，该控制模块还通过一线缆4与角度传感器2的控制计算模块相连接；
所述角度传感器2的控制计算模块用于计算被测导线5在被测点处的相对振幅Yb，并将相对振幅Yb值传输给壳体1中的控制模块，控制模块最终计算出被测导线5的动弯应变值εb；
3、被测导线5在导线线夹3出口处的动弯应变值
Yb＝xb·sinα
上述式中：εb为被测导线5在导线线夹3出口处的动弯应变值，mm/mm；
d为被测导线5的单线直径，mm；
xb为被测导线5的被测点处距导线线夹3出口处的距离，mm；
Yb为被测导线5在被测点处的相对振幅，mm；
T为监测期间导地线平均运行张力，N；所述导地线是指被测导线5和地线；
EI为被测导线5的最小刚度，N*m2；
nal为被测导线5中铝单线的股数；
dal为被测导线5中单根铝单线的直径，mm；
Eal为被测导线5中铝单线的弹性模量，Mpa；
nst为被测导线5中钢线的股数；
dst为被测导线5中单根钢线的直径，mm；
Est为被测导线5中钢线的弹性模量，Mpa。
上述基于角度法的导线微风振动在线监测方法中，在测量开始前，先将下列已知参数预先输入至壳体1中的控制模块中，已知参数包括被测导线5的被测点处距导线线夹3出口处的距离xb、被测导线5的单线直径d、监测期间导地线平均运行张力T、被测导线5中铝单线的股数nal、被测导线5中单根铝单线的直径dal、被测导线5中铝单线的弹性模量Eal、被测导线5中钢线的股数nst、被测导线5中单根钢线的直径dst以及被测导线5中钢线的弹性模量Est；角度传感器2测量被测导线5在被测点处的导线振动角度α，同时自动计算被测导线5在被测点处的相对振幅Yb；最后控制模块根据各已知参数的数值以及相对振幅Yb的数值来自动计算得到被测导线5在导线线夹3出口处的动弯应变值εb。由此可知：本发明涉及的基于角度法的导线微风振动在线监测装置及监测方法通过监测被测导线5的振动时，振动波形上角度的变化来直接且准确地量测被测导线5的动弯应变值，从而为评估微风振动对架空输电线路疲劳损伤的影响提供一个有力依据，最终保证架空输电线路的安全稳定运行。同时，本发明中，角度传感器2采用非接触式测量原理，其不存在疲劳寿命问题，适用于长时间的振动测量，所述角度传感器2也为一高精度角度传感器2，以提高测量被测导线5因振动而产生的微小角度变化的准确度。
优选地，所述xb＝89mm，根据IEEE标准制定的规范要求，以被测导线5在距导线线夹3出口89mm处的相对振幅Yb来测算被测导线5在导线线夹3出口处的动弯应变值εb是最为准确、标准的，因此本实施例中，将被测点设在该距离处，以提高动弯应变值εb监测结果的准确度。
另外，本实施例中，所述壳体1、以及安装在壳体1中的控制模块、供电模块和通信模块构成了装置本体，该装置本体具有一定的重量，为了消除装置本体的重量对被测导线5振动的影响，如图1所示，所述壳体1和角度传感器2分别位于导线线夹3的两侧，即角度传感器2安装在导线线夹3出口的一侧，装置本体安装在导线线夹3的另一侧，从而可避免较重的装置本体对被测导线5振动的影响，以便于能够控制角度传感器2精确地在被测点处测量被测导线5的导线振动角度α。
进一步地，所述壳体1由绝缘材料制成，且壳体1的外表面呈球面状，即壳体1外表面没有尖锐部位或凸出部位，从而可有效防止装置本体在高压电场下的电晕放电，还能便于该壳体1的现场安装。本申请中，如图2所示，所述壳体1包括两个对称设置的半球体11，两个半球体11密封连接；所述壳体1的左右两端均设有一由橡胶制成的密封套12，该密封套12通过一抱箍13固定在被测导线5上，从而提高壳体1本身的密封性、以及壳体1与被测导线5之间的密封性，以提高监测结果的准确度，同时还能防止水蒸气等进入壳体1内部，以保证该监测装置的长期正常使用。
进一步地，所述供电模块可以为一电池，但电池供电方式存在供电时间短、不能支持监测装置长时间工作、需要频繁更换等缺陷，为了消除这一缺陷，本申请中的供电模块采用导线取电供电方式，即所述供电模块包括安装在被测导线5上的电流互感器和安装在壳体1的内腔中的整流滤波电路模块，所述电流互感器与整流滤波电路模块感应连接，整流滤波电路模块与控制模块相连接。被测导线5中有电流通过，所述电流互感器感应被测导线5中的电流、并取得一个交变的电场，该电场经过整流滤波电路模块整流滤波后变为直流稳压输出，从而为整个监测装置提供电源。所以，该监测装置在被测导线5通电的情况下，能够长时间的稳定工作，其不受电池供电情况下电池寿命的影响。
优选地，所述控制模块和控制计算模块通过一线缆4相连接，该线缆4中包括通讯线路和供电线路，所述通讯线路用于角度传感器2的控制计算模块与控制模块之间的数据传输，供电线路用于控制模块向角度传感器2提供电源，即角度传感器2工作时所用的电也来自与被测导线5。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种基于角度法的导线微风振动在线监测装置，其特征在于：包括固定在被测导线(5)上的壳体(1)和角度传感器(2)，所述角度传感器(2)距导线线夹(3)出口处的距离为xb、用于测量角度传感器(2)所在被测点处的导线振动角度α并计算被测导线(5)在被测点处的相对振幅Yb，所述壳体(1)中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接，该控制模块与角度传感器(2)的控制计算模块相连接，所述控制模块用于计算出被测导线(5)的动弯应变值εb；所述壳体(1)的左右两端均设有一由橡胶制成的密封套(12)，该密封套(12)通过一抱箍(13)固定在所述被测导线(5)上；所述电源模块包括安装在被测导线(5)上的电流互感器和安装在壳体(1)的内腔中的整流滤波电路模块，所述电流互感器与整流滤波电路模块感应连接，整流滤波电路模块与控制模块相连接，所述被测导线(5)中有电流通过，所述电流互感器感应被测导线(5)中的电流、并取得一个交变的电场，该电场经过整流滤波电路模块整流滤波后变为直流稳压输出，为整个监测装置提供电源。
2.根据权利要求1所述的导线微风振动在线监测装置，其特征在于：所述壳体(1)和角度传感器(2)分别位于导线线夹(3)的两侧。
3.根据权利要求1所述的导线微风振动在线监测装置，其特征在于：所述壳体(1)的外表面呈球面状。
4.根据权利要求1所述的导线微风振动在线监测装置，其特征在于：所述控制模块和控制计算模块通过一线缆(4)相连接，该线缆(4)中包括通讯线路和供电线路。
5.一种基于角度法的导线微风振动在线监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、通过一固定在被测导线(5)上的角度传感器(2)测量角度传感器(2)所在被测点处的导线振动角度α，所述角度传感器(2)距导线线夹(3)出口处的距离为xb；
2)、所述被测导线(5)上还安装有一壳体(1)，所述壳体(1)中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接，该控制模块还通过一线缆(4)与角度传感器(2)的控制计算模块相连接；所述壳体(1)的左右两端均设有一由橡胶制成的密封套(12)，该密封套(12)通过一抱箍(13)固定在所述被测导线(5)上；所述电源模块包括安装在被测导线(5)上的电流互感器和安装在壳体(1)的内腔中的整流滤波电路模块，所述电流互感器与整流滤波电路模块感应连接，整流滤波电路模块与控制模块相连接，所述被测导线(5)中有电流通过，所述电流互感器感应被测导线(5)中的电流、并取得一个交变的电场，该电场经过整流滤波电路模块整流滤波后变为直流稳压输出，为整个监测装置提供电源；
所述角度传感器(2)的控制计算模块用于计算被测导线(5)在被测点处的相对振幅Yb，并将相对振幅Yb值传输给壳体(1)中的控制模块，控制模块最终计算出被测导线(5)的动弯应变值εb；
3)、被测导线(5)在导线线夹(3)出口处的动弯应变值
Yb＝xb·sinα
上述式中：εb为被测导线(5)在导线线夹(3)出口处的动弯应变值，mm/mm；
d为被测导线(5)的单线直径，mm；
xb为被测导线(5)的被测点处距导线线夹(3)出口处的距离，mm；
Yb为被测导线(5)在被测点处的相对振幅，mm；
T为监测期间导地线平均运行张力，N；
EI为被测导线(5)的最小刚度，N*m2；
nal为被测导线(5)中铝单线的股数；
dal为被测导线(5)中单根铝单线的直径，mm；
Eal为被测导线(5)中铝单线的弹性模量，Mpa；
nst为被测导线(5)中钢线的股数；
dst为被测导线(5)中单根钢线的直径，mm；
Est为被测导线(5)中钢线的弹性模量，Mpa。
6.根据权利要求5所述的导线微风振动在线监测方法，其特征在于：所述xb＝89mm。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 200093 Shanghai military road, Yangpu District, No. 1000 Applicant after: Shanghai Cable Research Institute Co., Ltd. Applicant after: Shanghai Xun Rui Power Tech Corp. Inc. Address before: 200093 Shanghai military road, Yangpu District, No. 1000 Applicant before: Shanghai Electric Cable Research Institute Applicant before: Shanghai Xun Rui Power Tech Corp. Inc. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210121 Address after: Room 101, 558 Shanlian Road, Baoshan District, Shanghai, 2004 Patentee after: Shanghai Guoxian Testing Co.,Ltd. Patentee after: SHANGHAI XUNRUI ELECTRIC POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 200093 No. 1000, military road, Shanghai, Yangpu District Patentee before: SHANGHAI ELECTRIC CABLE RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Patentee before: SHANGHAI XUNRUI ELECTRIC POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |