CN101982765A - 基于弹性波的输电线覆冰、损伤在线监测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对输电线进行覆冰、损伤监测的方法，同时涉及一种可实现该方法的装置。所述的方法包括：(1)在健康的输电线路上布置弹性波激励元件和弹性波传感元件并产生健康信号；(2)将步骤(1)所得的健康信号放大后储存作为参考信号；(3)进行监测时，激励弹性波激励元件，传感元件接受得到监测信号并储存；(4)比较步骤(1)所得的信号和步骤(3)所得的信号，判断两种信号的差别，判断出线路是否存在损伤；(5)如存在损伤，则分析比较步骤(1)所得的信号和步骤(3)所得的信号的差信号，进行损伤定位识别。本发明的方法监测距离远、监测效率高、设备简单易于操作，安全性高，可完全取代传统的监测方法，也可用于类似的线路。本发明的装置结构简单易操作。

Description

基于弹性波的输电线覆冰、损伤在线监测方法及其装置

一、技术领域

本发明涉及一种对输电线进行覆冰、损伤监测的方法，尤其涉及一种利用弹性波对输电线进行覆冰、损伤监测的方法，同时涉及一种可实现该方法的装置。

二、背景技术

覆冰和积雪常会引起输电线的跳闸、断线、倒塔、导线舞动、绝缘子闪络和通讯中断等。冰雪灾害成已为许多国家的电网面临的共同问题。我国是输电线路覆冰较严重的国家之一，输电线冰害事故发生的概率居世界前列，尤其2008年初发生在我国南方的冰雪灾害给电网带来了巨大的损失。针对我国的覆冰等灾害情况，为了减少输电线线路覆冰事故的发生，有效保障电力系统安全运行，在加强探索输电线覆冰机理、有效的防冰、除冰方法的同时，还应加强研究电网覆冰在线监测、预警和诊断方法的研究。输电线检测技术发展到现在方法较多，如图像检测法、红外检测法、电涡流检测法、机器人检测法等，但是大多数都还不成熟，都处于起步阶段。对于长距离输电线路的覆冰及其它损伤监测，传统方法由于其最大检测距离和检测精度以及工程适用性的限制，已不能满足要求。而基于弹性波的损伤检测方法，为这一问题的解决提供了有力的技术支持。除了电网输电线外，其他室外有线输电线如有线电视线、网络输电线等也同样会遇到这类问题。

基于弹性波的损伤检测系统已在类似于输电线的一维结构中(石油管道检测、铁轨损伤检测等领域)得到实际的工程应用。因此将弹性波检测方法应用到输电线路覆冰及其它损伤检测中具有重要的研究价值和潜力。在结构的一端激励弹性波，由于弹性波沿传播路径衰减很小，因此其可以沿结构传播非常远的距离。若接收探头位于结构的另一端的某一点，则接收信号就包含了结构健康状况的整体性信息。因此，这种技术与传统的其它方法相比具有以下优势：传播距离远、检测效率高、设备简单易于操作，安全性高等。这些独特之处使得该方法在输电线覆冰及其它损伤的检测中具有强大的应用前景。

三、发明内容

1、技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种可以在线监测输电线覆冰及损伤的、基于弹性波的方法；同时，本发明还提供一种用于实现该方法的装置。

2、技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明的基于弹性波的输电线覆冰、损伤在线监测方法包括下列步骤：

步骤一：在健康的输电线一端布置弹性波激励元件，另一端布置弹性波传感元件，弹性波激励元件激励产生弹性波被弹性波传感元件接收，产生健康信号；此步骤目的在于获得原始的输电线健康信号；

步骤二：将步骤一所得的健康信号进行放大后储存在计算机中作为参考信号；此步骤目的在于使得步骤一所得的输电线健康信号获得进一步放大，从而得以与其后获得的信号进行比较；

步骤三：当输电线所处环境恶化需要对输电线进行监测时，激励弹性波激励元件，使其在输电线上产生弹性波，传感元件接受得到监测信号并储存在步骤二所述的计算机中；

步骤四：比较步骤一所得的健康信号和步骤三所得的监测信号，判断两种信号的差别，从而判断出输电线是否存在损伤；

步骤五：如果判断出输电线中存在损伤，则分析比较步骤一所得的健康信号和步骤三所得的监测信号所得的差信号，进行损伤定位识别。进行识别时，需提取不同损伤位置和不同损伤形式的差信号的特征信息，如功率谱密度、幅值等，通过神经网络等算法就可以进行损伤定位及识别。

本发明的实现所述基于弹性波的输电线覆冰、损伤在线监测方法的装置包括设置在输电线一端的弹性波激励元件，信号发生器通过功率放大器与所述的弹性波激励元件连接；还包括设置在输电线另一端的弹性波传感元件，所述的弹性波传感元件通过电荷放大器与计算机中的数据存储装置连接。当监测输电线比较长时，可以根据检测弹性波信号的有效距离，对于弹性波激励元件与弹性波传感元件进行分布式布置。

更进一步地，为了便于弹性波激励元件和弹性波传感元件的安装，所述的弹性波激励元件和弹性波传感元件整体呈圆环状，安装时，通过安装夹具固定在输电线上。

所述的弹性波激励元件和弹性波传感元件各由两个半圆环形的压电陶瓷元件组成，使用时，将两个半圆部分扣合在一起组成圆环形即可。

3、有益效果

本发明所提出的基于弹性波的输电线覆冰、损伤在线监测方法具有监测距离远、监测效率高、设备简单易于操作，安全性高等优点，而且本发明所提出的检测方法非常适宜用在输电线这种一维结构中，可以完全取代传统的监测方法，同时也可用于类似输电线路的远距离传输输电线。本发明的装置结构简单易操作。

四、说明书附图

图1是本发明的基于弹性波的输电线损伤在线监测方法的原理图；

图2是本发明的实现基于弹性波的输电线损伤在线监测方法的装置的原理图。

五、具体实施方式

如图1所示，本实施例提供一种基于弹性波的输电线覆冰、损伤在线监测方法，方法包括下列步骤：

步骤一：在健康的输电线一端布置弹性波激励元件，另一端布置弹性波传感元件，弹性波激励元件激励产生弹性波被弹性波传感元件接收，产生健康信号；此步骤目的在于获得原始的输电线健康信号；

步骤二：将步骤一所得的健康信号进行放大后储存在计算机中作为参考信号；此步骤目的在于使得步骤一所得的输电线健康信号获得进一步放大，从而得以与其后获得的信号进行比较；

步骤三：当输电线所处环境恶化需要对输电线进行监测时，激励弹性波激励元件，使其在输电线上产生弹性波，传感元件接受得到监测信号并储存在步骤二所述的计算机中；

步骤四：比较步骤一所得的健康信号和步骤三所得的监测信号，判断两种信号的差别，从而判断出输电线是否存在损伤；

步骤五：如果判断出输电线中存在损伤，则分析比较步骤一所得的健康信号和步骤三所得的监测信号所得的差信号，进行损伤定位识别。进行识别时，需提取不同损伤位置和不同损伤形式的差信号的特征信息，如功率谱密度、幅值等，通过神经网络等算法就可以进行损伤定位及识别。

本实施例通过弹性波激励元件激励的弹性波在输电线中进行传播。当输电线没有覆冰以及没有损伤情况时，在输电线另一端接受的弹性波信号为健康信号；当输电线产生覆冰或者损伤时，这时在输电线另一端传感器接受的信号就包含了输电线覆冰(损伤)的信息，通过分析接受的弹性波信号，就可以得到输电线覆冰厚度(损伤大小)、位置。从而实现输电线覆冰、损伤的监测及定位。

如图2所示，本实施例的实现所述方法的装置包括设置在输电线一端的弹性波激励元件，信号发生器通过功率放大器与所述的弹性波激励元件连接；还包括设置在输电线另一端的弹性波传感元件，所述的弹性波传感元件通过电荷放大器与计算机中的数据存储装置连接。为了便于弹性波激励元件和弹性波传感元件的安装，所述的弹性波激励元件和弹性波传感元件整体呈圆环状，安装时，通过安装夹具固定在输电线上。所述的弹性波激励元件和弹性波传感元件各由两个半圆环形的压电陶瓷元件组成，使用时，将两个半圆部分扣合在一起组成圆环形即可。本实施例仅提供了在输电线较短的情况下，本实施例的装置中弹性波激励、传感元件的布置较为简单，当输电线路较长时，可以根据检测弹性波信号的有效距离，对于弹性波激励元件与弹性波传感元件进行分布式布置。

Claims (4)

1.一种基于弹性波的输电线覆冰、损伤在线监测方法及其装置，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：在健康的输电线路一端布置弹性波激励元件，另一端布置弹性波传感元件，弹性波激励元件激励产生弹性波被弹性波传感元件接收，产生健康信号；

步骤二：将步骤一所得的健康信号进行放大后储存在计算机中作为参考信号；

步骤三：当线路所处环境恶化需要对线路进行监测时，激励弹性波激励元件，使其在输电线上产生弹性波，传感元件接受得到监测信号并储存在步骤二所述的计算机中；

步骤四：比较步骤一所得的健康信号和步骤三所得的监测信号，判断两种信号的差别，从而判断出线路是否存在损伤；

步骤五：如果判断出线路中存在损伤，则分析比较步骤一所得的健康信号和步骤三所得的监测信号所得的差信号，进行损伤定位识别。

2.一种用于实现权利要求1所述的方法的装置，其特征在于，包括设置在线路一端的弹性波激励元件，信号发生器通过功率放大器与所述的弹性波激励元件连接；还包括设置在线路另一端的弹性波传感元件，所述的弹性波传感元件通过电荷放大器与计算机中的数据存储装置连接。

3.如权利要求2所述的用于实现权利要求1所述的方法的装置，其特征在于，所述的弹性波激励元件和弹性波传感元件整体呈圆环状。

4.如权利要求3所述的用于实现权利要求1所述的方法的装置，其特征在于，所述的弹性波激励元件和弹性波传感元件各由两个半圆环形的压电陶瓷元件组成。 

Images