CN102928070A - 一种新型微风振动在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型微风振动在线监测装置，具体涉及一种新型微风振动在线监测装置，包括主要由加速度传感器、可充电锂电池、太阳能电池板和无线通信模块构成的微风振动采集单元。本发明的作用是：利用线缆加速度指标反映的微风振动强度比弯曲振幅指标反映的更加直观，而且其检测的灵敏度更高，极小的振动也能准确检测。

Description

一种新型微风振动在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种架空线监测装置，具体涉及一种新型微风振动在线监测装置。 

背景技术

微风振动是造成架空线疲劳断股的主要原因，是架空输电线路大跨越导、地线（包括架空地线复合光缆，即OPGW）的主要危害之一。风在较低风速或中等风速情况下使导线和避雷线引起振动。微风振动发生的比较频繁，对输电线路进行微风振动监测可以在当线路运行超标时，向运行维护人员及时报警，使运行维护人员有目的的进行线路维护，提高线路运行安全性，同时监测系统通过对监测数据的分析和计算，可预测导线的疲劳寿命，对线路检修进行指导。 

目前国内外针对该领域的研究比较少,国际上目前均采用弯曲振幅法做微风振动的测量技术,弯曲振幅法是基于两点的相对振幅，测取导地线距线夹（悬垂线夹、防振锤线夹、间隔棒线夹、阻尼线夹等）出口89mm处导地线相对于线夹的弯曲振幅，以此值大小来计算导地线在线夹出口处的动弯应变，作为测量导地线微风振动的标准方法。目前该方法普遍采用位移传感器采集该发生点位移作为弯曲振幅。该方法的缺陷是对于高频率、微小位移的情形下，位移传感器将很难采集到所发生的振幅，从而认为零漂过滤掉了。而这种情况的微小振动的能量也是非常大的，对导地线也会造成很大的破坏。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型微风振动在线监测装置，解决了目前的微风振动装置不能采集到高频率、微小位移的振动的问题。 

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案： 

一种新型微风振动在线监测装置， 

包括主要由加速度传感器、可充电锂电池、太阳能电池板和无线通信模块构成的微风振动采集单元； 

包括主要由无线通信模块、GPRS通信模块、数据采集板、风向风速采集单元和温湿度采集单元构成的数据集中器，所述无线通信模块、GPRS通信模块、风向风速采集单元和温湿度采集单元均与数据采集板相连接； 

其中所述微风振动采集单元中的无线通信模块通过无线信号与数据集中器中的无线通信模块相连，数据集中器通过GPRS通信模块与数据处理系统相连接； 

微风振动采集单元安装在架空线的阻尼线夹头、防振锤夹头、间隔棒夹头、悬垂线夹出口、护线条端部或接续金具端部。 

更进一步的技术方案是上述数据集中器通过GPRS通信模块还与手持通讯设备相连接。 

更进一步的技术方案是上述数据处理系统还与监控中心服务器、历史数据库服务器和打印设备相连接。 

更进一步的技术方案是上述加速度传感器与架空线的阻尼线夹头、防振锤夹头、间隔棒夹头、悬垂线夹出口、护线条端部或接续金具端部相距89mm。 

更进一步的技术方案上述数据集中器还包括蓄电池和向蓄电池、数据采集板、风向风速采集单元、温湿度采集单元供电的太阳能电池板。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用线缆加速度指标反映的微风振动强度比弯曲振幅指标反映的更加直观，而且其检测的灵敏度更高，极小的振动也能准确检测。 

附图说明

图1为本发明一种新型微风振动在线监测装置一个实施例的连接框图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

采用加速度测量弯曲振幅的解决方案 

导线微风振动是一种机械波动，可以简化为平面简谐波动。由于我们只监测弯曲振幅，所以我们只关心其纵向位移。其纵向位移变化的表达式为： 

x＝Aco s(ωt+φ_o)       （公式1） 

纵向加速度的表达式为： 

a＝-Aω²cos(ωt+φ_o)    （公式2） 

其中：A-最大弯曲振幅 

a-加速度变化值 

x-振幅变化值 

ω=2πf--角速度 

f-波动频率（Hz） 

从上述公式可以看出：加速度的最大幅值是弯曲振幅的2πf的平方倍，频率越高加速 度越大；而弯曲振幅A与加速度振幅成正比关系，因此监测加速度变化要比监测弯曲变化容易得多。 

因此只要在距线夹89mm处安装上一个纵轴加速度传感器（±10g）即可测得加速度传感器的变化数据。将采集到的模拟信号数据，经过AD采样后变为数字信号。 

微风振动对导线损伤的指标参数 

根据国网规范的要求，微风0～1.3mm（p－p），频率测量范围至少为0～150Hz，那么我们可以计算出在同时达到这2个指标的时候，则根据公式3，其最大加速度为： 

a＝(2π×150)²×0.0013＝4619m/s²＝471g    （公式3） 

这么大的加速度是不可能出现的。微风振动的指标应该是一个综合指标，单独考虑动弯应变幅度指标和变化频率指标并不能准确的反映微风振动的对导线的损伤有多大。 

微风振动的能量表达式如公式4和公式5：（为单位体积的动能、势能和总能量） 

$E_P=E_K=\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\ΔV}\right)A^2{\mathrm{\ω}}^2{\sin }^2[\mathrm{\ω}(t-\frac{x}{u})+{\mathrm{\φ}}_0]$ （公式4） 

$E=E_P+E_K=\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\ΔV}\right)A^2{\mathrm{\ω}}^2{\sin }^2[\mathrm{\ω}(t-\frac{x}{u})+{\mathrm{\φ}}_0]$ （公式5） 

微风振动的能量最能反映导线的受损坏程度，但不直观，而加速度指标是反映微风振动强度的最直观指标。 

图1示出了本发明一种新型微风振动在线监测装置的一个实施例：一种新型微风振动在线监测装置，包括主要由加速度传感器、可充电锂电池、太阳能电池板和无线通信模块构成的微风振动采集单元；包括主要由无线通信模块、GPRS通信模块、数据采集板、风向风速采集单元和温湿度采集单元构成的数据集中器，所述无线通信模块、GPRS通信模块、风向风速采集单元和温湿度采集单元均与数据采集板相连接； 

其中所述微风振动采集单元中的无线通信模块通过无线信号与数据集中器中的无线通信模块相连，数据集中器通过GPRS通信模块与数据处理系统相连接； 

微风振动采集单元安装在架空线的阻尼线夹头、防振锤夹头、间隔棒夹头、悬垂线夹出口、护线条端部或接续金具端部。 

根据本发明一种新型微风振动在线监测装置的另一个实施例，数据集中器通过GPRS通信模块还与手持通讯设备相连接。 

根据本发明一种新型微风振动在线监测装置的另一个实施例，数据处理系统还与监控 中心服务器、历史数据库服务器和打印设备相连接。 

根据本发明一种新型微风振动在线监测装置的一个实施例，加速度传感器与架空线的阻尼线夹头、防振锤夹头、间隔棒夹头、悬垂线夹出口、护线条端部或接续金具端部相距89mm。 

根据本发明一种新型微风振动在线监测装置的一个实施例，数据集中器还包括蓄电池和向蓄电池、数据采集板、风向风速采集单元、温湿度采集单元供电的太阳能电池板。 

本发明的工作流程是：安装在架空线的阻尼线夹头、防振锤夹头、间隔棒夹头、悬垂线夹出口、护线条端部或接续金具端部的微风振动采集单元通过加速度传感器读取线路的加速度数据并通过无线通信模块将加速度数据传送至数据集中器中的数据采集板，与此同时，数据集中器中的风向风速采集单元和温湿度采集单元将风向数据和温湿度数据也传送至数据采集板，数据采集板将采集到的加速度数据、风向数据和温湿度数据通过GPRS通信模块传送至数据处理系统，数据处理系统经过一系列的计算得出微风震动的能量，以此来准确判断是否有损坏线路的可能性。 

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。 

Claims (5)

1.一种新型微风振动在线监测装置，其特征在于：

包括主要由加速度传感器、可充电锂电池、太阳能电池板和无线通信模块构成的微风振动采集单元；

包括主要由无线通信模块、GPRS通信模块、数据采集板、风向风速采集单元和温湿度采集单元构成的数据集中器，所述无线通信模块、GPRS通信模块、风向风速采集单元和温湿度采集单元均与数据采集板相连接；

其中所述微风振动采集单元中的无线通信模块通过无线信号与数据集中器中的无线通信模块相连，数据集中器通过GPRS通信模块与数据处理系统相连接；

微风振动采集单元安装在架空线的阻尼线夹头、防振锤夹头、间隔棒夹头、悬垂线夹出口、护线条端部或接续金具端部。

2.根据权利要求1所述的一种新型微风振动在线监测装置，其特征在于：所述数据集中器通过GPRS通信模块还与手持通讯设备相连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型微风振动在线监测装置，其特征在于：所述数据处理系统还与监控中心服务器、历史数据库服务器和打印设备相连接。

4.根据权利要求1所述的一种新型微风振动在线监测装置，其特征在于：所述加速度传感器与架空线的阻尼线夹头、防振锤夹头、间隔棒夹头、悬垂线夹出口、护线条端部或接续金具端部相距89mm。

5.根据权利要求1所述的一种新型微风振动在线监测装置，其特征在于：所述数据集中器还包括蓄电池和向蓄电池、数据采集板、风向风速采集单元、温湿度采集单元供电的太阳能电池板。

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