CN107300412B - 一种测量杆塔振动模态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量杆塔振动模态的方法，其包含测量方案以及模态算法，将光纤传感器安装到高压输电线路杆塔主材上，进行时空分辨的振动数据探测，以理论模态为基组通过矢量分解算法分解出各模态强度，可填补杆塔振动模式现场测量的技术空白，为杆塔的运行维护提供关键的数据。

Description

一种测量杆塔振动模态的方法
技术领域
本技术涉及输电线路杆塔振动的测量技术领域，具体涉及一种确定杆塔振动模态的方法。
背景技术
高压输电线路杆塔的振动是造成杆塔塔材老化损害的主要因素，关键部位金具的磨损或松动是造成线路故障的潜在原因。目前对该方面隐患的监控手段主要为人工巡视线路并上塔检查磨损和松动的情况，其工作量在线路常规运维工作占据较大的比重。一些新的监测手段如振动传感器（位移、加速度等）安装到杆塔上，则可远程监测振动过程中杆塔特定部位的振动频率和强度。
由于杆塔的振动受环境条件影响，不同时段所产生的振动模式各不相同，而每种振动模式下的危险部位或者振动强点也不相同，因此监控其实际发生的振动模式是首要问题。目前的点式测量技术虽然可以通过对比频率或者增加布点的方法获得部分模式信息，然而均不实用，前者受困于杆塔振动频率的复杂性，频谱上多个频率同时出现且模态频率接近时，难以确定模态，后者则需要较多台振动传感器共同工作，且只能测量到与传感器安装位置相关的特定维度的模式振动。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种输电线路杆塔振动模态测量方法，解决测量杆塔实际振动模态的技术困难,克服现有技术的不足。
本发明技术方案为：在杆塔上安装分布式光纤传感器，测量各时间段内杆塔上各点的振动数据。将测量的振动空间分布按照矢量分解出各模态的振动强度。
其中的光纤传感器分布式安装在杆塔主材上，光纤外接振动传感探测***，对光纤进行时空分辨的探测取得任意时间内光纤各段对应杆塔各位置的振幅。
其中的理论模态空间分布由数值模拟给出，并采取正交分解的方法将测量分布分解到理论模态上，获得各模态的振动强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明解决了对现场环境下杆塔实际振动模式的探测方法问题，为杆塔维护检修和改造提供关键指导数据。
附图说明：
图1是本发明的整体示意图；
图2是探测安装结构示意图；
图3为模态算法示意图。
图中：1、杆塔，2、光纤传感器，3、振动探测主机。
具体实施方式
本发明提供一种杆塔振动模态测量的方法，其整体示意如图1，包括杆塔上的光纤传感器、探测主机、以及模态算法。传感光纤通过某种方式固定到杆塔主材上，一端通过光纤跳线连接振动探测主机，测量数据进入模态算法处理输出各模态及其强度。
传感光纤可为电力常规的通信光纤，型号可选为标准的G652。探测主机可选为相位敏感的光时域反射仪，在相位探测的设置下，其可实现频率与振幅的测量。探测主机通过向光纤内发射特定的光脉冲，并接收不同时刻从不同位置返回的散射光脉冲实现空间分布的测量。采用小于杆塔主塔材尺度的空间探测分辨率与脉冲宽度即可保证实现对杆塔主材各处的空间分辨式测量，常规设置如：空间分辨率1m，脉宽10ns。
传感光纤固定到杆塔塔材上的方式优选为利用通信光缆或者其光单元作为结构载体，并通过金属扣件刚接到塔材上，实现振动的有效传递。对于角钢塔，固定到角钢凹槽内部，见图2，如果是钢管塔，则顺钢管内部刚接，此两种结构均不影响到杆塔的受风振动特征。由于杆塔振动主要影响杆塔的主材，传感光纤可沿主材铺设，辅材则可不进行探测。光纤的一端从塔脚引出，接入振动探测主机，光单元中多芯光纤可相互进行串接，一方面解决塔材分叉路径的传感，另一方面增强测量稳定性并克服干涉衰落效应。
模态算法包含两部分必须步骤和一个可选辅助过程，即：理论模态的产生过程、测量振动分布的分解过程、以及模式频率验证过程，见图3。理论模态的产生可利用ANSYS工程软件，输入目标杆塔的结构参数建立数值模型，计算产生本杆塔的系列振动模态沿杆塔主材坐标的分布{Vx}i。测量的振动数据转换到同样的坐标上，形成空间振幅分布{Mx}，并以振动模态分布为基组按照标准的正交矢量分解法进行分解得到各模态的振动强度{A}i。辅助过程是由测量数据给出振动频率分布，与上述分解得到各模态对应的理论振动频率进行比对，确认模态识别的正确性，对振动频率明显不符合的模态，可予以进一步判断或直接剔除，辅助过程为本算法的可选项。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种测量杆塔振动模态的方法，包含测量方法与模态算法，其特征在于：所述的方法为将光纤传感器安装到杆塔塔材上，进行时空分辨的数据探测，通过矢量分解算法输出振动模态；所述的测量方法为使用传感光纤沿杆塔主材刚性敷设，光纤外接振动探测主机，对光纤进行时空分辨的探测取得光纤各段对应杆塔各位置的振幅；所述的模态算法为利用数值模拟产生杆塔的理论振动模态振幅的空间分布，以各振动模态分布函数作为基组矢量，对光纤探测的同一时间上各点振动振幅分布进行分解，获得各振动模态的振幅。
2.根据权利要求1所述的一种测量杆塔振动模态的方法，其特征为：所述的模态算法包括两个必须步骤和一个可选辅助过程。
3.根据权利要求2所述的一种测量杆塔振动模态的方法，其特征为：所述的两个必须步骤包括理论模态的产生过程、测量振动分布的分解过程以及模式频率验证过程，理论模态的产生过程可利用ANSYS工程软件，输入目标杆塔的结构参数建立数值模型，计算产生本杆塔的系列振动模态沿杆塔主材坐标的分布；测量振动分布的分解过程以及模式频率验证过程为测量的振动数据转换到同样的坐标上，形成空间振幅分布，并以振动模态分布为基组按照标准的正交矢量分解法进行分解得到各模态的振动强度。
4.根据权利要求2所述的一种测量杆塔振动模态的方法，其特征为：所述的一个可选辅助过程为由测量数据给出振动频率分布，与上述分解得到各模态对应的理论振动频率进行比对，确认模态识别的正确性，对振动频率明显不符合的模态，予以进一步判断或直接剔除。
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