CN101859994A - 一种架空输电线路半主动防振器及半主动防振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空输电线路半主动防振器及半主动防振方法，该架空输电线路半主动防振器包括壳体、电源、控制电路、电机、传动机构、执行机构，其中，所述壳体上设有将该防振器固定在导线上的固定件，所述控制电路、电机、传动机构设置于壳体内，并由该电源提供电能，所述执行机构具有可调节臂；该控制电路控制电机的动作，电机通过该传动机构带动执行机构的可调节臂动作，通过实时改变防振锤臂长的机械动作，改变其阻尼特性，达到抑制导线微风振动的目的。

Description

一种架空输电线路半主动防振器及半主动防振方法

技术领域

本发明涉及一种架空输电线路防振技术，尤其是指一种架空输电线路半主动防振器及半主动防振方法。

背景技术

导线的微风振动是由微风引起的一种高频率、小振幅的导线运动，是引起导线疲劳断股等事故的主要原因。自上世纪初美国首先在一条输电线路的海峡跨越处发现导线的振动断股现象以来，人们一直在进行着微风振动问题的研究，包括振动机理、防振理论、振动试验、防振装置、防振导线等多方面。几十年来，已经积累了丰富的经验，在架空输电线路上，均设计应用了各种具体的防振技术措施。

目前，导线的防振方案有以下几种型式：Bate阻尼线、Bate阻尼线+防振锤、双Bate阻尼线、交叉阻尼线、防振锤组合、圣诞树阻尼线等。它们的基本原理都是改变导线的振动模式，通过自身的振动消耗系统的振动能量，以降低导线的微风振动水平。这些措施，有效地抑制了微风振动，减轻了对线路的危害。

公开号为CN1963879的中国发明专利“一种架空送电线路在线监测系统及方法”是利用无线传感网络及移动通信网络成功解决对电力系统中架空送电线路微风振动及导线温度、风偏角进行在线监测与故障诊断，但针对防振方案尚未有切实的解决方法。

公开号为CN1790850的中国发明专利“导线防振器”公开了一种防止架空输电导线振动的导线防振器，其为一种有效吸收导线振动能量的装置，并且不受导线振动频率的影响。

公开号为CN2717083的中国实用新型专利“导线防振器”公开了一种导线防振器，它既能防止导线的振动又能防止导线的舞动，其是一种消耗导线振动能量的装置，并且不受导线振动频率的影响。

但是，由于微风振动的机理极其复杂，通过理论计算或试验研究的结果与现场实际往往差别很大。近年来安装有上述现有防振器的线路仍频繁遭受微风振动的损害，国内的事例也很普遍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种架空输电线路半主动防振器和半主动防振方法，以抑制电力系统中架空输电线路的微风振动。

本发明的技术解决方案是：该防振器包括壳体、电源、控制电路、电机、传动机构、执行机构，其中，所述壳体上设有将该防振器固定在导线上的固定件，所述控制电路、电机、传动机构设置于壳体内，并由该电源提供电能，所述执行机构具有可调节臂，该控制电路控制电机的动作，电机通过该传动机构带动执行机构的可调节臂动作，改变该可调臂的臂长，改变其阻尼特性，抑制导线的微风振动。

如上所述的架空输电线路半主动防振器，其中，所述电机为步进电机，所述传动机构包括与步进电机输出轴相连的主动轮以及由该主动轮带动的二从动轮，所述执行机构包括一对具有齿条的防振锤，各防振锤的齿条与对应的从动轮啮合，构成防振锤的所述可调节臂。

如上所述的架空输电线路半主动防振器，其中，所述二从动轮为第一从动轮和第二从动轮，所述一对防振锤为第一防振锤和第二防振锤，其中，所述第一从动轮分别与主动轮和第一防振锤的齿条啮合，所述第二从动轮分别与第一从动轮和第二防振锤的齿条啮合。

如上所述的架空输电线路半主动防振器，其中，所述半主动防振器包括高压抽能装置，以从输电线路获得电能。

如上所述的架空输电线路半主动防振器，其中，所述半主动防振器还包括微风振动频率测量装置，该频率测量装置实时监测该导线微风振动的频率值并传送到控制电路，由该控制电路控制电机动作。

如上所述的架空输电线路半主动防振器，其中，所述控制电路包括控制器、脉冲分配器、功率驱动电路，所述控制器根据频率测量装置监测的信号获得微风振动的频率，并依据该频率输出控制脉冲信号至脉冲分配器，脉冲分配器将该控制脉冲信号经过逻辑组合转换成各相绕组通、断电的时序逻辑信号，输出至功率驱动电路，控制步进电机的动作。

本发明还提出一种架空输电线路半主动防振方法，其包括：

微风振动频率测量装置监测导线微风振动频率值，并输出至控制电路；

控制电路根据接收的微风振动频率控制电机动作；

电机带动执行机构的可调节臂动作，改变其臂长，从而改变其阻尼特性，抑制导线的微风振动。

如上所述的架空输电线路半主动防振方法，其中，所述半主动防振器是从输电线路获得所需电能。

如上所述的架空输电线路半主动防振方法，其中，所述控制电路接收到微风振动频率后，先依据该频率输出控制脉冲信号，再由脉冲分配器将该控制脉冲信号经过逻辑组合转换成各相绕组通、断电的时序逻辑信号，并输出至功率驱动电路，以控制步进电机的动作。

如上所述的架空输电线路半主动防振方法，其中，所述传动机构包括与电机输出轴相连的主动轮以及由该主动轮带动的二从动轮，所述执行机构包括一对具有齿条的防振锤，各防振锤的齿条分别与对应的从动轮啮合，构成各防振锤的所述可调节臂。

如上所述的架空输电线路半主动防振方法，其中，所述二从动轮分别为第一从动轮和第二从动轮，所述一对防振锤分别为第一防振锤和第二防振锤，其中，所述第一从动轮分别与主动轮和第一防振锤的齿条啮合，所述第二从动轮分别与第一从动轮和第二防振锤的齿条啮合。

本发明所需能量来自于输电线路，而且，能够根据实时测量到的导线微风振动的频率来控制执行机构的动作，进而调节防振锤的臂长，改变其阻尼特性，达到抑制导线微风振动的目的。

附图说明

图1为本发明的架空输电线路半主动防振器的结构示意图。

图2为本发明的架空输电线路半主动防振器的控制部分结构框图。

图3为步进电机的接线示意图。

具体实施方式

下面配合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，本发明提出一种架空输电线路半主动防振器，其中，该防振器包括壳体、电源、控制电路、电机、传动机构、执行机构，其中，壳体上设有将该防振器固定在导线上的固定件，使得防振器相对于导线位置固定(图中未画出)。控制电路、电机、传动机构设置于壳体内，并由该电源提供电能，该控制电路控制电机的动作，执行机构具有可调节臂，电机通过该传动机构带动执行机构的可调节臂动作，改变执行机构的臂长。

较佳地，本实施例的半主动防振器所需电源的电能来自于输电线路，例如可通过高压抽能装置从输电线路获取电能，具体地，该高压抽能装置可由两个绕有线圈的环形铁芯对接形成，且各线圈连接于控制电路。通过固定件将该半主动防振器固定在高压电力线上以后，高压抽能结构感应电力线周围的磁场能，并输出稳定的直流电后给后续电路，以提供所需电能。此外，高压抽能结构还可连接有电源装置和充电电池，以便其感应电力线周围的磁场能，以交流电压的形式输入电源调理装置，电源调理装置不仅给后续电路提供稳定的电能，并可同时对充电电池充电，以便在线路无电或电流低的情况下保证正常工作。

如图1所示，其为本发明的具体实施例的结构示意图，本实施例中，该电机为步进电机，传动机构设于壳体100内，包括与电机输出轴相连的主动轮11以及由该主动轮带动的二从动轮13、13’，执行机构包括一对具有齿条21、21’的防振锤20、20’，各防振锤20、20’的齿条21、21’与对应的从动轮13、13’啮合，构成防振锤的可调节臂。步进电机在控制电路的控制下转动一定角度，带动主动轮11和两个从动轮13、13’转过一定角度，进而改变两个防振锤20、20’的臂长，改变其阻尼特性，实现抑制导线微风振动的目的。

本实施例中，二从动轮分别为第一从动轮13和第二从动轮13’，一对防振锤为第一防振锤20和第二防振锤20’，其中，第一从动轮13分别与主动轮11和第一防振锤20的齿条21啮合，第二从动轮13’分别与第一从动轮13和第二防振锤20’的齿条21’啮合，从而由步进电机带动主动轮11转动一定角度，主动轮11带动第一从动轮13转动相应的角度，再由第一从动轮分别带动第一防振锤20的齿条21以及第二从动轮13’动作，第二从动轮13’同时带动第二防振锤20’的齿条21移动，从而同时调节第一防振锤20、第二防振锤20’的臂长。

本发明的半主动防振器还包括微风振动频率测量装置，以将实时检测得到的微风振动的频率输出至控制电路，再由控制电路根据该频率控制步进电机、执行机构动作。例如还可利用中国电力科学研究院现有的微风振动频率测量原理，先测取微风振动的微应变，控制器读取此微应变信号，根据微应变的变化频率导出导线微风振动频率。

结合图2所示，其为本发明的架空输电线路半主动防振器的实时监测和控制部分的结构框图，控制部分包括控制器(DSP)、脉冲分配器、功率驱动电路，控制器根据频率测量装置实时监测到的信号获得微风振动的频率，并依据该频率输出控制脉冲信号，脉冲分配器将该控制脉冲信号经过逻辑组合转换成各相绕组通、断电的时序逻辑信号，输出至功率驱动电路，控制步进电机按确定的方式(如正转、反转、停转等动作)动作，并带动防振锤的齿条移动，改变防振锤的臂长，实现防振的目的。

功率驱动电路可选用一块开路输出达林顿驱动器来作为驱动，通过控制器(DSP)的普通I/O控制端口来控制各线圈的接通与切断。开机时，控制端口均为高电平，依次将控制端口切换为低电平即可驱动步进电机运行。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间，而要改变电机的转动方向，只要改变各线圈接通的顺序。根据步进电机的步进角以及需要转动的角度切换不同次数的脉冲即可控制步进电机转动的角度。

本实施例采用闭环脉冲分配技术，即由控制器、功率驱动电路及电流控制部分组成，请参见图2，其中脉冲分配器的主要作用是把控制器输出的控制脉冲信号经过逻辑组合转换成为各相绕组通、断电的时序逻辑信号，使步进电机按确定的方式工作。功率驱动电路还连接有保护电路，以便在错相和各种因素引起的过流等异常工作情形时能有效保护步进电机驱动器。此外，还可以软件来实现环形脉冲分配器，即由单片机或者可编程控制器(PLC)、功率驱动器组成步进电机的驱动电路。

图3为步进电机的接线图，步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度。从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5根引出线。要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。将COM端标识为C，只要AC、～AC、BC、～BC，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将COM端接正电源，那么只要用开关元件(如三极管)，将A、～A、B、～B轮流接地即可。

与上述架空输电线路半主动防振器相对应，本发明还提出一种架空输电线路半主动防振方法，其包括以下步骤：

a.微风振动频率测量装置监测导线微风振动频率值，并输出至控制电路；

b.控制电路根据接收的微风振动频率控制电机动作；

c.电机带动执行机构的可调节臂动作，改变其臂长，从而改变其阻尼特性，抑制导线的微风振动。

如上所述，该主动防振器较佳是直接从输电线路获得所需电能，具体的高压抽电装置还可采用公知的多种结构实现，此处不再赘述。

再结合图2所示，b步骤中，控制电路接收到微风振动频率后，先依据该频率输出控制脉冲信号，再由脉冲分配器将该控制脉冲信号经过逻辑组合转换成各相绕组通、断电的时序逻辑信号，并输出至功率驱动电路，以控制步进电机按确定的方式动作。具体地，可利用中国电力科学研究院现有的微风振动频率测量原理，测取微风振动的微应变，DSP读取此信号，经过数学模型获得微风振动的频率，然后根据获得的频率控制步进电机的转动，进而实时改变防振锤臂长，改变其阻尼特性，达到抑制导线微风振动的目的。

本发明通过实时监测导线微风振动频率值控制执行机构的动作，达到导线防振的目的，而且，通过抑制架空输电线路微风振动，能避免导线的微风振动超标引起的导线疲劳断股、金具损坏等现象发生，可以减少输电线路微风振动造成的损失，保障电网安全稳定的运行；此外，本发明可利用输电线路本身的能量来提供防振器所需电能，只要线路有电，就可以为系统提供能量，避免了太阳能电池板的设计困难、安装不便的缺陷。

虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所做出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (11)

1.一种架空输电线路半主动防振器，其特征在于，该防振器包括壳体、电源、控制电路、电机、传动机构、执行机构，其中，所述壳体上设有将该防振器固定在导线上的固定件，所述控制电路、电机、传动机构设置于壳体内，并由该电源提供电能，所述执行机构具有可调节臂，该控制电路控制电机的动作，电机通过该传动机构带动执行机构的可调节臂动作，改变该可调臂的臂长，改变其阻尼特性，抑制导线的微风振动。

2.如权利要求1所述的架空输电线路半主动防振器，其特征在于，所述电机为步进电机，所述传动机构包括与步进电机输出轴相连的主动轮以及由该主动轮带动的二从动轮，所述执行机构包括一对具有齿条的防振锤，各防振锤的齿条与对应的从动轮啮合，构成防振锤的所述可调节臂。

3.如权利要求2所述的架空输电线路半主动防振器，其特征在于，所述二从动轮为第一从动轮和第二从动轮，所述一对防振锤为第一防振锤和第二防振锤，其中，所述第一从动轮分别与主动轮和第一防振锤的齿条啮合，所述第二从动轮分别与第一从动轮和第二防振锤的齿条啮合。

4.如权利要求1至3任一项所述的架空输电线路半主动防振器，其特征在于，所述半主动防振器包括高压抽能装置，以从输电线路获得电能。

5.如权利要求4所述的架空输电线路半主动防振器，其特征在于，所述半主动防振器还包括微风振动频率测量装置，该频率测量装置实时监测该导线微风振动的频率值并传送到控制电路，由该控制电路控制电机动作。

6.如权利要求5所述的架空输电线路半主动防振器，其特征在于，所述控制电路包括控制器、脉冲分配器、功率驱动电路，所述控制器根据频率测量装置监测的信号获得微风振动的频率，并依据该频率输出控制脉冲信号至脉冲分配器，脉冲分配器将该控制脉冲信号经过逻辑组合转换成各相绕组通、断电的时序逻辑信号，输出至功率驱动电路，控制步进电机的动作。

7.一种架空输电线路半主动防振方法，其包括：

微风振动频率测量装置监测导线微风振动频率值，并输出至控制电路；

控制电路根据接收的微风振动频率控制电机动作；

电机带动执行机构的可调节臂动作，改变其臂长，从而改变其阻尼特性，抑制导线的微风振动。

8.如权利要求7所述的架空输电线路半主动防振方法，其特征在于，所述半主动防振器是从输电线路获得所需电能。

9.如权利要求7所述的架空输电线路半主动防振方法，其特征在于，所述控制电路接收到微风振动频率后，先依据该频率输出控制脉冲信号，再由脉冲分配器将该控制脉冲信号经过逻辑组合转换成各相绕组通、断电的时序逻辑信号，并输出至功率驱动电路，以控制步进电机的动作。

10.如权利要求7所述的架空输电线路半主动防振方法，其特征在于，所述传动机构包括与电机输出轴相连的主动轮以及由该主动轮带动的二从动轮，所述执行机构包括一对具有齿条的防振锤，各防振锤的齿条分别与对应的从动轮啮合，构成各防振锤的所述可调节臂。

11.如权利要求10所述的架空输电线路半主动防振方法，其特征在于，所述二从动轮分别为第一从动轮和第二从动轮，所述一对防振锤分别为第一防振锤和第二防振锤，其中，所述第一从动轮分别与主动轮和第一防振锤的齿条啮合，所述第二从动轮分别与第一从动轮和第二防振锤的齿条啮合。

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