CN102545124B - 一种具有自适应调频功能的输电线路防舞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调频具有自适应功能的输电线路防舞装置，该调频自适应防舞装置由固定线夹、振动监测传感器、控制器、防舞动执行机构组成，控制器由信号频谱分析模块、防舞装置自适应频率调节模块、电动机的功率驱动模块组成，通过对线路舞动信号的频率进行监测分析、由频率跟随控制模型输出防舞器的理想摆长；防舞动执行机构由电机、导轨、丝杠、螺母、活动质量块组成，通过丝杠螺母机构调节活动质量块与固定线夹间的距离，即调节摆长来调整自身固有频率，以达到更有效地吸收舞动能量的目的。该自适应型防舞装置防舞性能好，具有参数可调、适用性强的特点，且经济性能良好，可大规模推广应用。

Description

一种具有自适应调频功能的输电线路防舞装置

技术领域

本发明涉及到一种具有自适应调频功能的输电线路防舞装置。

背景技术

随着电力工业的飞速发展，由于近年来极端气候的频频出现，风灾冰灾等恶劣天气所造成的输电线路灾害近年来在世界范围内都呈现了递增的趋势。

输电线路的舞动是一种非线性风致振动，是指风对覆冰后形成的非圆截面导线产生的空气动力所引起的一种低频(约为0.1Hz～3Hz)、大振幅(约为导线直径的5倍～500倍)的导线自激振动。导线舞动严重时，可能引起相间闪络、跳闸停电、线夹等金具损坏、导线断股断线甚至使杆塔倒塌，是输电线路的重大灾害之一。因此，有效的防舞装置具有广阔的工程应用前景。

自上世纪开始，国内外学者针对导线舞动机理、舞动治理与防舞措施进行了大量研究。目前，应用较广泛的防舞装置有失谐摆、压重防舞装置、扰流器（也称气流干扰线或防舞鞭），相间间隔棒和各种阻尼防舞装置，这些防舞措施在某些线路上取了很好的防舞效果，并在特定的自然条件下,获得了一些行之有效的经验。但是，线路结构参数及气候条件千变万化，使得局部的经验无法直接应用到不同地区的实际线路上，难以直接进行防舞措施的推广。

中国发明专利“一种架空输电线路主动防舞方法和防舞装置”（专利号：CN101859993）提出了在输电导线上安装内置加速度传感器和防舞机构，通过调节重锤重心的上升和下降来抵消导线舞能量。具体地，当向上加速度由正变为负的时刻，说明导线舞动到了最高点，此刻重锤的重心应降低到最低点，否则进行相反的动作。该专利的局限性是仅从静力平衡的角度来控制舞动，没有考虑舞动的动力学特性。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种具有自适应调频功能的输电线路防舞装置，可抵消输电线路的舞动能量，抑制输电线路舞动的振幅。

解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种可调频具有自适应功能的输电线路防舞装置，其特征是：包括固定线夹、振动监测传感器、控制器、防舞动执行机构和感应取电装置，所述的固定线夹将控制器和防舞动执行机构固定在输电线路上，所述的感应取电装置安装在导线上为振动监测传感器、控制器和防舞动执行机构提供电源，所述的控制器与防舞动执行机构和挂在输电线路上的振动监测传感器通过信号线连接。

所述的防舞动执行机构包括：一外壳，其内的与所述的控制器有信号线连接的电动机通过联轴节驱动丝杠螺母机构的丝杠旋转，带动螺母作为活动质量块沿两竖向的导杆上上下移动。

所述的控制器包括：依次连接的信号频谱分析模块、防舞装置自适应频率调节模块和电动机的功率驱动模块，所述信号频谱分析模块通过对振动监测传感器的时频信号进行快速傅立叶变换，得到输电线路的舞动频率；所述的防舞装置自适应频率调节模块，根据输电线路的舞动频率，分析计算得到防舞装置的理想摆长，将控制信号传递给电动机的功率驱动模块，进而控制电动机的转向与转角。

信号频谱分析模块的工作原理为：根据振动监测传感器监测到的测点振动-时间历程信号，采用固化在控制器中的快速傅立叶变换算法，得到输电线路舞动的频率及相应的振幅。

防舞装置自适应频率调节模块的工作原理为：根据上述信号频谱分析模块所得到的输电线路舞动频率、防舞器活动质量块与丝杠、螺母的质量分配，计算防舞器的所需摆长，通过调节防舞装置的摆长来改变其固有频率，以跟随输电线路的实际舞动频率，提高舞动抑制效果。这一点是本发明的技术思路，也是与其他发明的最大区别。

防舞装置执行机构的动作原理为：控制器控制电动机的正转、反转和停转动作，电动机带动丝杠转动，进而使得带螺纹活动质量块沿着导杆上下移动，通过改变整个装置的重心来完成防舞装置的固有频率调节。

控制器内部设有CPU与振动监测传感器、电动机驱动器之间的通信接口，接口包括数据线、地址线和控制线。

有益效果：本发明通过在输电导线上安装振动监测传感器、控制器和防舞执行机构，振动监测传感器对输电线舞动过程振动信号进行实时监测，监测到的振动信号实时传输至控制器；控制器根据接收到的导线舞动-时间历程信号，经频谱分析得到舞动频率，再通过所控制器中的频率跟随数学模型，输出防舞器的摆长控制信号，调节防舞装置的舞动跟随频率，实现防舞装置的自适应调频，进而更好地吸收输电导线的舞动能量，实现更有效的抑制输电导线舞动的目的。

感应取电装置给整个防舞装置供电，通过电磁感应原理从导线上提取能量，避免了太阳能电池板等其他供能装置的安装，既节约了成本，又优化了结构。

附图说明

图1为本发明实施例的系统组成示意图；

图2为本发明实施实例的结构组成和安装示意图；

图3为本发明实施实例的执行机构剖视示意图；

具体实施方式

如图所示，本发明的可调频具有自适应功能的输电线路防舞装置，包括固定线夹2、振动监测传感器3、控制器4、防舞动执行机构5和感应取电装置6，固定线夹2将控制器4和防舞动执行机构5固定在输电线路1上，感应取电装置6设在输电线路上感应电能为振动监测传感器、控制器和防舞动执行机构供电，控制器4与防舞动执行机构5和安装在线路上的振动监测传感器3分别有信号线连接。

防舞动执行机构包括：外壳12，其内的与控制器4有控制线连接的电动机7通过联轴节8带转丝杠螺母机构的丝杠9，螺母10作为活动质量块沿两竖向导杆11上下移动。

控制器内有固化的算法软件，包括信号频谱分析模块、防舞装置自适应频率调节模块、电动机的功率驱动模块。信号频谱分析模块的根据振动监测传感器监测到的测点振动-时间历程信号，采用固化在控制器中的快速傅立叶变换算法，得到输电线路舞动的频率及相应的振幅。防舞装置自适应频率调节模块根据上述信号频谱分析模块所得到的输电线路舞动频率、防舞器活动质量块与丝杠、螺母的质量分配，计算防舞器的所需摆长，通过改变摆长L来跟随输电线路的舞动频率。

控制器控制电动机的正转、反转和停转动作，电动机带动丝杠转动，进而使得带螺纹活动质量块沿着导杆上下移动，通过改变整个装置的重心来完成防舞装置的固有频率的调节，以跟随线路舞动的频率，更有效地吸收输电线路舞动能量。

防舞装置执行机构通过控制电动机的正转、反转和停转动作，电动机带动丝杠转动，进而使得带螺纹活动质量块沿着导杆上下移动，通过改变整个装置的重心来完成防舞装置的固有频率调节。

控制器内部设有CPU与振动监测传感器、电动机驱动器之间的通信接口，接口包括数据线、地址线和控制线。

自适应调频功能的输电线路防舞装置的具体工作过程有以下三个步骤：

步骤1：通过振动监测传感器监测输电线路的舞动过程中的振动信号，将信号反馈给控制器。

对于大跨越输电塔线，导线舞动时不同位置对应的导线舞动频率可能不相同，因此在整档输电导线上可以间隔布置多个自适应调频功能的输电线路防舞装置，可以更有效地监测舞动频率和振型，达到舞抑制舞动的效果。

以一个监测点为例，考虑舞动的频率一般为0.1Hz～3Hz，取采用频率为50Hz，每次采1024个时间序列点，即：

x(n)＝{x₀,x₁,x₂,…x₁₀₂₃}    （1）

步骤2：采用固化在控制器中的快速傅立叶变换算法，对所监测的振动-时间序列信号x(n)进行频率谱分析，得到相应的频率谱X(k)：

$X\left(k\right)=\underset{0}{\overset{1023}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)W_N^{\mathrm{nk}},k=\mathrm{0,1,2},...1023---\left(2\right)$

根据X(k)，得到输电线路舞动的频率和相应的振幅。

步骤3：防舞装置自适应频率调节模块根据上述信号频谱分析模块所得到的输电线路舞动频率、防舞器活动质量块与丝杠、螺母的质量分配，计算防舞器的所需摆长，通过改变摆长来跟随输电线路的舞动频率。

步骤4：防舞装置执行机构，通过控制电动机的正/反转角度和停转动作，带动丝杠转动，进而使得带螺纹活动质量块沿着导杆上下移动，通过改变整个装置的重心来完成防舞装置的固有频率调节。

本发明中，防舞器的能源通是利用感应取电装置从线路中获得电能。该装置可由两个绕有线圈的环形铁芯对接而成，固有在输电导线上，将防舞装置固定在输电导线上之后，该装置能感应输电导线周围的磁场能量，为系统提供所需电能。

Claims (1)

1.一种具有自适应调频功能的输电线路防舞装置，其特征是：包括固定线夹、振动监测传感器、控制器、防舞动执行机构和感应取电装置，所述的固定线夹将控制器和防舞动执行机构固定在输电线路上，所述的感应取电装置安装在导线上为振动监测传感器、控制器和防舞动执行机构提供电源，所述的控制器与防舞动执行机构和挂在输电线路上的振动监测传感器通过信号线连接；所述的防舞动执行机构包括：一外壳，其内的与所述的控制器有信号线连接的电动机通过联轴节驱动丝杠螺母机构的丝杠旋转，带动螺母作为活动质量块沿两竖向的导杆上上下移动；所述的控制器包括依次连接的信号频谱分析模块、防舞装置自适应频率调节模块和电动机的功率驱动模块，所述信号频谱分析模块通过对振动监测传感器的时频信号进行快速傅立叶变换，得到输电线路的舞动频率；所述的防舞装置自适应频率调节模块，根据输电线路的舞动频率，分析计算得到防舞装置的理想摆长，将控制信号传递给电动机的功率驱动模块，进而控制电动机的转向与转角。

Images