CN103017828A

CN103017828A - 微风振动对输电线路导线疲劳损伤的在线监测系统

Info

Publication number: CN103017828A
Application number: CN2012105359914A
Authority: CN
Inventors: 云涛; 雒旭滨; 李宏军; 王俊峰; 董小刚
Original assignee: Baoji Power Supply Bureau; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: Baoji Power Supply Bureau; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统，包括与线路相连的导线振动线路监测仪和气象环境观测站，导线振动线路监测仪采集的数据和气象环境观测站将实时监测到的气象环境资料通过无线传感器网络发送到现场线路监测通信基站，经过现场线路监测通信基站数字化处理后，利用数据远程传输系统传输至当地监测中心的数据库服务器，通过监测中心数据库服务器数据处理分析系统分析在线监测信息后，进而通过Iternet网将在线监测信息向客户端提供在线数据。该系统对导、地线微风振动工况的环境温度、风速、动弯应变等参数进行测试能够满足线路安全运行的要求，对输电线路防振设计、微风振动实时监测、状态检修具有指导作用。

Description

微风振动对输电线路导线疲劳损伤的在线监测系统

技术领域

本发明属于电力输电线路领域，具体涉及一种微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统。

背景技术

随着现代技术的迅猛发展，电力建设实践经验的日积月累，人们已经了解到在输电线路上可以发生多种类型的导线振动，根据引起导线振动的原因和导线振动的形式，可以把导线振动现象分为以下几种类型：微风振动、次档距振荡、舞动、脱冰跳跃、横向碰击、电晕舞动、短路振动和湍流振动等。其中，输电线路微风振动发生得最为频繁，它常常导致导线疲劳断股。因此，对输电线路微风振动的研究，受到人们特别的重视。

表1导线振动的三种基本形式

微风振动是由于风的激励而引起的导线振动，微风振动从流体力学上的原因是微风吹过导线后形成的卡门涡流引起的。借助于风洞试验可以观察到这种现象。把一个圆柱体水平放置在风洞试验段中，圆柱体两端采用刚性固定，当风从直角方向吹过圆柱体时，圆柱体背后将产生漩涡，这种漩涡被称为“卡门涡流”。圆柱体背风处的漩涡上下交替产生，不断地离开圆柱体向后面延伸，逐渐消失。这种上下交替产生的漩涡，在圆柱体上将产生一种上下交替的作用力，由此形成微风振动。

风吹过导地线后形成的卡门涡流，发生微风振动现象的风速范围一般为0.5～10米/秒，振幅小于导线直径的2倍，振动频率为3～120Hz。但近年来发现，当地形平坦及外界干扰很少的情况下，风速达到10米/秒及以上时也观察到强烈振动。在导线未安装防振器的情况下，微风振动最大双振幅不超过导线直径的2倍，振动频率范围为3～120Hz，振动的半波长约为1.5～20米。振动持续时间较长，一般为数小时，有时可达数天。

输电线路尤其大跨越经常发生超过允许幅值的微风振动，往往导致某些线路部件的疲劳损坏，如导地线、OPGW的疲劳断股，金具、间隔棒及杆塔构件的疲劳损坏或磨损等，严重威胁着输电线路的安全。由于微风振动引起的导地线疲劳断股等事故是一个累积效应,而且风振时难于用肉眼观察到,所以微风振动引起的线路故障通过传统的人工定期巡线手段很难进行有效的预防。

由于定期检测时因测振仪器使用电池供电，现场测量时间有限，不能实现长时间连续测量，测量结果缺乏实时性，对于全面了解其振动水平、分析诊断断股原因有一定局限性。

因此鉴于本大跨的重要性和跨距大的特点，配置大跨越在线监测系统，进行现场振动监测，确保本大跨越的长期安全运行为一种可行的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统，该系统结合输电线路运行中出现微风振动的实际现状，通过加装导线振动监测仪等监测系统，对导、地线微风振动工况的环境温度、风速、动弯应变等参数进行测试。通过对测试数据的分析，目前线路的防振措施满足线路安全运行的要求。该项目对输电线路防振设计、微风振动实时监测、状态检修具有一定的指导作用，研究应用居国内先进水平。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统，包括与线路相连的导线振动线路监测仪和气象环境观测站，导线振动线路监测仪采集的数据和气象环境观测站将实时监测到的气象环境资料通过无线传感器网络发送到现场线路监测通信基站，经过现场线路监测通信基站数字化处理后，利用数据远程传输系统传输至当地监测中心的数据库服务器，通过监测中心数据库服务器数据处理分析系统分析在线监测信息后，进而通过Iternet网将在线监测信息向客户端提供在线数据。

进一步地，本发明系统中：

本发明监测系统拟采用二级网络结构，由导线振动监测仪（LVM-50I/S型）、气象环境观测站（WEM型）、线路监测基站(WSNB型)和当地监测中心组成，其中导线振动监测仪安装在输电线路导线、地线和OPGW的防振锤夹头、阻尼线夹头和悬垂线夹处。气象环境观测站和线路监测基站安装在杆塔横担上，当地监测中心设置在电力运行管理部门机房。

所述导线振动线路监测仪采集微风振动信号和两路导线温度。

所述气象环境观测站采集风速、风向、气温和湿度。

导线振动监测仪和气象环境观测站等将采集到的微风振动、导线温度、风速、风向、气温、湿度等数据按无线传感器网络的方式发送给线路监测基站，线路监测基站再将处理后的数据通过GPRS/CDMA发送给当地监测中心，当地监测中心对导线微风振动、气象环境等状态参数进行在线分析，完成多参数预警、趋势分析、统计报表等功能。

附图说明

图1为本发明提供的微风震动对输电线路导线疲劳损伤的在线监测系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，该微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统，主要由四大部分组成，包括导线振动线路监测仪、气象环境观测站、线路监测基站、当地监测中心和远程监测中心。其中，若干导线振动线路监测仪线路监测仪采集的数据和气象环境观测站将实时监测到的气象环境资料通过无线传感器网络发送到现场线路监测基站，经过现场线路监测基站数字化等处理后，利用数据远程传输系统传输至当地监测中心的数据库服务器，通过监测中心数据库服务器数据处理分析系统分析输电线路在线监测信息，预测各种线路危害及采取相应的应对措施，进而Iternet网将在线监测信息向远程监测中心（客户端）提供在线数据，并作出定期技术报告。

输电线路在线监测系统的功能是建立长期、实时的输电线路运行状态监测体系，并对监测数据进行分析研究。

微风振动监测工作原理及流程:

首先将本监测系统中的导线振动监测仪置于输电线路导线、地线和OPGW的某些位置（如防振锤夹头、阻尼线夹头、悬垂线夹处）上，把气象环境观测站和线路监测基站置于杆塔横担上。

导线振动监测仪和气象环境观测站按照设定好的时间间隔定时进行数据采集，导线振动监测仪采集微风振动信号和两路导线温度，气象环境观测站采集风速、风向、气温、湿度，并将其数据按照报文的形式通过短距离无线传感器网络发送到线路监测基站，线路监测基站将收到的报文数据进行解析计算处理后，完成数据采集、处理、存储、管理等，并通过移动通信网络传到当地监测中心，由当地监测中心站完成输电线路微风振动、温度和气象环境参数的在线监测及预警、显示、查询、信息发布、数据转发、打印等用户所需要的一系列功能。

在该系统中把当地监测中心设置在中国电力科学研究院，把远程监测中心设置在宝鸡供电公司，两者之间通过互联网进行数据同步。

该系统对输电线路导线振动强度判定标准为：

评价一条输电线路的振动情况，一般是用输电线路发生的振动强度和导线本身耐振水平来衡量。为说明振动对导线的危害程度及评价防振效果的优劣，需要对振动的强弱有一个确切的表示方法，这个方法能够判别受到振动引起的交变动应力的严重程度。

根据国外经验和国内导线振动的实践经验，提出了我国的输电线路防振标准，如表2所示，用于我国输电线路的防振设计，并作为微风振动监测的判断标准。该标准的提出主要基于以下几方面的工作：①在我国大跨越导地线消振装置的优选试验中，关于大跨越导线及地线的动弯应变许用值的建议，已经试用25年之久。关于大跨越OPGW（架空地线复合光缆）的动弯应变许用值的建议，已经试用6年左右，而OPGW（架空地线复合光缆）外层绞线为铝合金或铝包钢，与钢芯铝合金绞线或铝包钢绞线差别很小。②从实际运行线路上的实测结果和运行单位的反映来看，凡是发生振动断股或可见振动的线路，其动弯应变均超过该防振标准；凡是未发生振动断股或可见振动的线路，其动弯应变均符合该防振标准。

表2 推荐使用的送电线路防振标准

对该输电线路防振标准，进一步解释如下：

1）铝绞线和铝合金绞线，包括钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线的动弯应变许用值不得超过±150με；铝包钢绞线和钢芯铝包钢绞线的动弯应变许用值不得超过±200με；镀锌钢绞线的动弯应变许用值不得超过±200με。

2）OPGW(铝合金或铝合金和铝包钢混绞)的动弯应变许用值不得超过±150με；OPGW(铝包钢混绞)的动弯应变许用值不得超过±200με。

3）对于大跨越导线和地线，为了更加安全起见，钢芯铝绞线的动弯应变许用值不得超过±100με；钢芯铝合金绞线的动弯应变许用值不得超过±100με～±120με；铝包钢绞线和钢芯铝包钢绞线的动弯应变许用值不得超过±150με；镀锌钢绞线的动弯应变许用值不得超过±150με。

4）对大跨越OPGW(铝合金或铝合金和铝包钢混绞)的动弯应变许用值不得超过±120με；OPGW(铝包钢混绞)的动弯应变许用值不得超过±150με。

经过一段时间的运行表明，在线监测系统设计合理、技术先进、实用性强；线上装置体积小、重量轻，对线路的正常运行没有影响；客户端使用方便、操作简单。输电线路在线监测系统的投入运行，使宝鸡供电公司运行部门可以随时了解导线微风振动、导线温度及现场微气象状况，为导地线微风振动疲劳断股提供现场振动数据支持，准确掌握地线、导线防振设计方案的消振效果及变化趋势，能有效防止导地线疲劳断股等事故的发生。

Claims

1.微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统，其特征在于，包括与线路相连的导线振动线路监测仪和气象环境观测站，导线振动线路监测仪采集的数据和气象环境观测站将实时监测到的气象环境资料通过无线传感器网络发送到现场线路监测基站，经过现场线路监测基站数字化处理后，利用数据远程传输系统传输至当地监测中心的数据库服务器，通过监测中心数据库服务器数据处理分析系统分析在线监测信息后，进而通过Iternet网将在线监测信息向客户端提供在线数据。

2.根据权利要求1所述的微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统，其特征在于，所述导线振动线路监测仪置于输电线路导线、地线和OPGW的防振锤夹头、阻尼线夹头和悬垂线夹处。

3.根据权利要求1所述的微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统，其特征在于，所述气象环境观测站置于杆塔横担上。

4.根据权利要求1所述的微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统，其特征在于，所述导线振动线路监测仪采集微风振动信号和两路导线温度。

5.根据权利要求1所述的微风震动对输电线路疲劳损伤的在线监测系统，其特征在于，所述气象环境观测站采集风速、风向、气温和湿度。