CN103762536B - 一种架空输电线路主动防舞装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种架空输电线路主动防舞装置,属于输电线路安全保护技术领域。本发明采用齿条将主动齿轮的旋转运动进行传递，实现了由一个旋转运动最终转化成两个对称旋转运动的设计思想，在抑制架空输导线舞动的时候能够结合实时监测到的导线舞动幅度来调节摆锤摆动的幅度，当监测到不同风速引起的舞动加速度信号后，通过导线将导线舞动的加速度信号传到信号处理系统，经信号处理系统处理，并通过导线将处理后的信号输出给防舞控制装置，防舞控制装置对信号进行辨识并发出控制指令，通过导线将控制指令传入步进电机，步进电机按控制指令转动相应的角度，来调节摆锤运动的幅度。

Description

一种架空输电线路主动防舞装置

技术领域

本发明涉及一种架空输电线路主动防舞装置,属于输电线路安全保护技术领域。

背景技术

在冻雨、雨凇或大风天气下，输电线路表面容易结上一层不均匀的冰，造成输电线的横截面为非圆型，当水平方向的风吹到输电线上时，将产生一定的空气动力，在一定的条件下，诱发输电线产生低频率(0.1～3Hz)、大振幅(可达10m以上)的自激振动，这种振动称为导线舞动。导线舞动由于频率低、振幅大，持续时间长，使得输电线在振动时会产生较大的能量，以致造成断骨、断线的危险，甚至可能造成倒塔。同时，在导线振动过程中，还可能引起相间闪络、跳闸、金具及绝缘子损坏，造成电力系统的瘫痪。因此，输电线路的舞动成为超高压、大跨越线路的重大灾害之一。

目前防止舞动普遍采用的防舞装置有扰流线法、集中防振锤法、失谐摆法和相间间隔棒法等。

扰流线防舞器是将用塑料制成的预制气流干扰线缠绕在输电线上，使导线和扰流线组成的输电线路截面各不相同，即使是在覆冰之后截面仍不相同，由于各个截面不断变化，扰乱了空气流过的气流，增加了防振效果，但此方法只适用于单根导线，且在覆冰较厚(≥10mm)时，由于覆冰后导线截面趋于一致，使扰流效果明显降低。

集中防振锤基于压重原理，限制压重点的振幅，形成节点，增加了输电线的扭转刚度，使扭转振动频率避开与垂直振动频率的谐振，从而抑制导线的振幅，达到控制输电线路舞动的目的。但将大量的防振锤布置在导线上，容易造成导线的损伤。

失谐摆是在导线下方安装一个具有一定质量和臂长的重锤机械装置，此装置的主要原理是迫使输电线路的扭转振动频率偏离同一阶的垂直振动频率，即扭转振动频率不与垂直振动频率谐振，从而达到控制导线舞动的目的，在单根导线上应用有效果，而在分裂导线上应用有待研究。

相间间隔棒是在相间或回路之间安装一种绝缘性能的装置，把各组导线机械地连接在一起，使得各导线之间相互制约，达到抑制输电线舞动的目的。虽然相间间隔棒造价高，但有较高的抗拉强度，较轻的质量，不易破碎，但此装置广泛用于220kv及以下电压等级的输电线路。

由于舞动的复杂性,目前还没有一种普遍适用的防舞措施。以上所述的各类防舞装置，最终工作状态均是将装置安装到导线上之后不再进行管理或控制，无论导线的舞动程度大小，完全按其自身的性能进行防舞，是一种被动式的防舞装置。这些被动式的防舞器由于自身缺乏调控能力，适用范围及效果均受到了限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效解决输电导线舞动的架空输电线路主动防舞装置，能在抑制架空输电线舞动的同时根据导线的舞动频率和振幅来控制自身执行机构的运动。

本发明架空输电线路主动防舞装置，包括多个固定件、箱体、高压感应取电装置、舞动辨识装置、防舞控制装置、防舞执行机构和防舞机构。

高压感应取电装置包括取能互感器和蓄电池。

取能互感器为两个环形铁心对接结构，两个环形铁心将输电导线夹在中间，其中两个环形铁心对接后形成的中空部分装有橡胶欧姆圈，橡胶欧姆圈的个数根据输电导线直径确定，橡胶欧姆圈的功能是用于压住和压紧输电导线，使取能互感器不能绕导线转动；两个环形铁心合上后，在环形外周用锁紧带将其扣紧安装于输电导线上；取能互感器的功能是采集能源，将输电导线周围的电磁能量转化为电能，并通过导线与蓄电池相连，将电能储存于蓄电池中，为主动防舞装置提供电能。

箱体通过多个固定件固定在输电导线下方，箱体内设置有蓄电池、舞动辨识装置、防舞控制装置、防舞执行机构，防舞机构安装于箱体外。

固定件为长方形板和圆柱环焊接而成，长方形板通过螺钉与箱体顶部固定，圆柱环用于套住导线，并通过螺钉将固定件拧紧。

箱体包括上箱体和下箱体，上箱体与固定件连接，上箱体和下箱体对接面均设有垂直于箱体壁面伸向外的凸缘，凸缘上设有螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将下箱体固定在上箱体上，箱体两侧面设有长方形空心区域供摆锤上下摆动，用两块三角形加强筋将一个用于安装步进电机的长方形板垂直固定于下箱体底部；上箱体与下箱体内侧壁分别垂直安装用于齿条运动的第一圆柱杆和第二圆柱杆，位于箱体内侧壁与齿条之间，用于连接箱体和齿条。第一圆柱杆和第二圆柱杆相同，其在齿条一端的杆端设有定位台阶。所述长方形空心区域位于箱体左右两侧面中心位置，大小对称，供摆锤上下运动；其宽度大于摆臂的直径，长度大于摆臂上下运动的范围，为防止摆锤触碰到输电线及其他设备，摆锤上下运动的幅度要小于90°，即摆锤从水平位置向上运动到最高点的位置时，摆臂中心线与水平位置的夹角小于45°。

舞动辨识装置包括加速度传感器和信号处理系统，加速度传感器和信号处理系统通过导线连接。其中，加速度传感器固定于输电导线上，感知、获取输电线路的加速度信号；信号处理系统安装于与电机背面相对的下箱体内壁上，用于将传感器采集到的加速度信号放大、解调、再放大、滤波，处理成防舞控制装置可识别的加速度信号。

防舞控制装置位于与电机背面相对的下箱体内壁上，与舞动辨识装置的信号处理系统的输出端通过导线连接，与防舞执行机构的步进电机输入端口通过导线连接，其作用是对舞动辨识装置传输过来的加速度信号进行辨识，并发出控制指令，控制步进电机的正反转，从而控制防舞执行机构运动。

防舞执行机构包括步进电机和执行机构，其中，步进电机通过螺钉安装在下箱体的长方形板上，步进电机接收到防舞控制装置输出的控制指令后，输出相应的转向及不同的转速，驱动执行机构运动。

执行机构包括主动齿轮、齿条、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一传动轴和第二传动轴，其中，主动齿轮与步进电机输出轴连接，用平键进行固定，齿条安装于上箱体、下箱体内的第一圆柱杆和第二圆柱杆上，与圆柱杆端部对应的齿条平面相应位置处开有一条T型槽，齿条T型槽与定位台阶啮合、能沿圆柱杆上下移动；第一从动齿轮、第二从动齿轮中心分别安装于第一传动轴和第二传动轴上；第一传动轴和第二传动轴分别穿过第一从动齿轮、第二从动齿轮中心，用套筒进行轴向定位，平键进行周向定位；齿条与对称布置于两侧的第一从动齿轮、第二从动齿轮啮合；主动齿轮与齿条啮合，位于第一从动齿轮下方。

第一传动轴和第二传动轴的两端通过轴承固定、支承在下箱体上，端部还设有轴承端盖进行密封。

防舞机构为关于传动轴长度方向对称布置的第一摆锤和第二摆锤，分别与第一传动轴和第二传动轴连接，传动轴的转动带动摆锤上下摆动。摆锤为摆臂加圆柱型锤体，摆臂与轴连接的端部为中空圆柱，中空部分穿过传动轴并通过轴肩进行轴向定位，通过平键进行周向定位，对称固定安装在第一传动轴与第二传动轴上。

蓄电池位于第一传动轴下方，通过螺钉安装于下箱体内壁上，蓄电池输入端用导线与取能互感器连接，输出端通过导线与步进电机、信号处理系统和防舞控制装置连接，其功能是为主动防舞装置供电。

本发明的工作流程为：取能互感器将输电导线周围的电磁能量转化为电能，并通过导线将电能储存于蓄电池中；当加速度传感器监测到导线舞动加速度信号时，通过导线将导线舞动的加速度信号传到信号处理系统，经信号处理系统处理，并通过导线将处理后的信号输出给防舞控制装置，防舞控制装置对信号进行辨识并发出控制指令，通过导线将控制指令传入步进电机，步进电机按控制指令输出相应的转向和转速，步进电机的转动带动安装于步进电机输出轴上的主动齿轮转动，主动齿轮的正转或反转带动齿条沿第一圆柱杆、第二圆柱杆向上或向下运动，带动对称布置于其两侧的第一从动齿轮和第二从动齿轮转动，从而使第一传动轴和第二转动轴也转动相应的角度，使安装于第一传动轴上的第一摆锤和第二传动轴上的第二摆锤向上或向下摆动，以平衡输电线路的重心。

有益效果

本发明采用齿条将主动齿轮的旋转运动进行传递，实现了由一个旋转运动最终转化成两个对称旋转运动的设计思想，在抑制架空输导线舞动的时候能够结合实时监测到的导线舞动幅度来调节摆锤摆动的幅度，例如当导线舞动时，由于风速的不同，舞动的幅度也不相同，当加速度传感器监测到不同风速引起的舞动加速度信号后，通过导线将导线舞动的加速度信号传到信号处理系统，经信号处理系统处理，并通过导线将处理后的信号输出给防舞控制装置，防舞控制装置对信号进行辨识并发出控制指令，通过导线将控制指令传入步进电机，步进电机按控制指令转动相应的角度，来调节摆锤运动的幅度。

附图说明

图1为本发明的主动防舞装置正剖视结构示意图；

图2为本发明的主动防舞装置左剖视结构示意图；

图3为本发明的主动防舞装置俯视结构示意图。

图中标号:1—导线，2—固定件，3—取能互感器，4—上箱体，5—第一传动轴，6—轴承端盖，7—蓄电池，8—下箱体，9—电机，10—主动齿轮，11—轴承，12—第一从动齿轮，13—第一摆锤，14—齿条，15—第二摆锤，16—第二传动轴，17—第二从动齿轮。

具体实施方式

本发明提供了一种架空输电线路主动防舞装置，下面结合附图和具体实例进行详细说明。

本发明的架空输电线路主动防舞装置的结构图如图1-3所示，取能互感器3安装于导线1上，上箱体4与固定件2连接安装于导线1上，上箱体4通过螺栓与下箱体8连接，电机9安装于下箱体8的长方形板上，蓄电池7通过螺钉安装于下箱体8内壁上，主动齿轮10安装于电机9的输出轴上，主动齿轮10与齿条14啮合，齿条14安装于上箱体4、下箱体8的第一圆柱杆和第二圆柱杆上，与圆杆对应的齿条平面相应位置处开有一条T型槽，T型槽与圆柱杆端部的定位台阶啮合，齿条T型槽可沿圆柱杆上下移动；齿条14与对称布置于两侧并分别安装于第一传动轴5、第二传动轴16上的第一从动齿轮12、第二从动齿轮17啮合，第一传动轴5和第二传动轴16通过轴承11安装于下箱体8上，端部设有轴承端盖6进行密封，第一摆锤13和第二摆锤15分别安装于第一传动轴5、第二传动轴16上。

取能互感器3从高压电线采集能源，并将能量储存于蓄电池7中，为整个工作过程提供电能。

当加速度传感器监测到导线从正常水平位置舞动到最高位置的加速度信号时，通过导线将信号传入信号处理系统，经信号处理系统处理，并输出信号给防舞控制装置，防舞控制装置对信号进行辨识并发出控制指令，控制电机9逆时针方向转动，从而带动主动齿轮10逆时针方向转动，主动齿轮10逆时针方向转动带动齿条14向上运动，齿条14向上运动带动对称布置于其两侧的第一从动齿轮12逆时针方向转动、第二从动齿轮17顺时针方向转动，第一从动齿轮12和第二从动齿轮17的转动使第一传动轴5顺时针方向转动、第二传动轴16逆时针方向转动，从而使安装于第一传动轴5上的第一摆锤13和第二传动轴16上的第二摆锤15同时从正常的水平位置摆动到主动防舞器的最低位置，最低位置的要求为与水平线之间的夹角要小于45°，以达到平衡输电线路的重心。

当加速度传感器监测到导线从最高位置舞动到正常水平位置的加速度信号时，通过导线将信号传入信号处理系统，经信号处理系统处理，并输出信号给防舞控制装置，防舞控制装置对信号进行辨识并发出控制指令，控制电机9顺时针方向转动，从而带动主动齿轮10顺时针方向转动，主动齿轮10顺时针方向转动带动齿条14向下运动，齿条14向下运动带动对称布置于其两侧的第一从动齿轮12顺时针方向转动、第二从动齿轮17逆时针方向转动，第一从动齿轮12和第二从动齿轮17的转动使第一传动轴5逆时针方向转动、第二传动轴16顺时针方向转动，从而使安装于第一传动轴5上的摆锤13从其最低位置运动到其正常水平位置，摆锤运动的最低位置为运动到最低位置时中心线与水平线之前的夹角小于45°，以平衡输电线路的重心。

Claims (4)

1.一种架空输电线路主动防舞装置,其特征在于：包括多个固定件、箱体、高压感应取电装置、舞动辨识装置、防舞控制装置、防舞执行机构和防舞机构；

高压感应取电装置包括取能互感器和蓄电池；

取能互感器为两个环形铁心对接结构，两个环形铁心将输电导线夹在中间，两个环形铁心合上后，在环形外周用锁紧带将其扣紧安装于输电导线上；取能互感器的功能是采集能源，将输电导线周围的电磁能量转化为电能，并通过导线与蓄电池相连，将电能储存于蓄电池中，为主动防舞装置提供电能；

箱体通过多个固定件固定在输电导线下方，箱体内设置有蓄电池、舞动辨识装置、防舞控制装置、防舞执行机构，防舞机构安装于箱体外；

箱体包括上箱体和下箱体，上箱体与固定件连接，上箱体和下箱体对接面均设有垂直于箱体壁面伸向外的凸缘，凸缘上设有螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将下箱体固定在上箱体上，箱体两侧面设有长方形空心区域供摆锤上下摆动，用于安装步进电机的长方形板垂直固定于下箱体底部；上箱体与下箱体内侧壁分别垂直安装用于齿条运动的第一圆柱杆和第二圆柱杆，位于箱体内侧壁与齿条之间，连接箱体和齿条；所述长方形空心区域位于箱体左右两侧面中心位置，大小对称，供摆锤上下运动；其宽度大于摆臂的直径，长度大于摆臂上下运动的范围，摆锤上下运动的幅度要小于90°；

舞动辨识装置包括加速度传感器和信号处理系统，加速度传感器和信号处理系统通过导线连接；其中，加速度传感器固定于输电导线上，感知、获取输电线路的加速度信号；信号处理系统安装于与电机背面相对的下箱体内壁上，将传感器采集到的加速度信号放大、解调、再放大、滤波，处理成防舞控制装置可识别的加速度信号；

防舞控制装置与舞动辨识装置的信号处理系统的输出端通过导线连接，与防舞执行机构的步进电机输入端口通过导线连接，对舞动辨识装置传输过来的加速度信号进行辨识，并发出控制指令，控制步进电机的正反转；

防舞执行机构包括步进电机和执行机构，步进电机接收到防舞控制装置输出的控制指令后，输出相应的转向及不同的转速，驱动执行机构运动；

执行机构包括主动齿轮、齿条、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一传动轴和第二传动轴，其中，主动齿轮与步进电机输出轴连接，用平键进行固定，齿条安装于上箱体、下箱体内的第一圆柱杆和第二圆柱杆上，能沿圆柱杆上下移动；第一从动齿轮、第二从动齿轮中心分别安装于第一传动轴和第二传动轴上；第一传动轴和第二传动轴分别穿过第一从动齿轮、第二从动齿轮中心，用套筒进行轴向定位，平键进行周向定位；齿条与对称布置于两侧的第一从动齿轮、第二从动齿轮啮合；主动齿轮与齿条啮合，位于第一从动齿轮下方；

第一传动轴和第二传动轴的两端通过轴承固定、支承在下箱体上，端部有轴承端盖进行密封；

防舞机构为关于传动轴长度方向对称布置的第一摆锤和第二摆锤，分别与第一传动轴和第二传动轴连接，传动轴的转动带动摆锤上下摆动；摆锤为摆臂加圆柱型锤体，摆臂与轴连接的端部为中空圆柱，中空部分穿过传动轴并通过轴肩进行轴向定位，通过平键进行周向定位，对称固定安装在第一传动轴与第二传动轴上；

蓄电池输入端用导线与取能互感器连接，输出端通过导线与步进电机、信号处理系统和防舞控制装置连接，为主动防舞装置供电。

2.根据权利要求1所述的一种架空输电线路主动防舞装置,其特征在于：固定件由长方形板和圆柱环焊接，长方形板通过螺钉与箱体顶部固定，圆柱环套住导线，并通过螺钉将固定件拧紧。

3.根据权利要求1所述的一种架空输电线路主动防舞装置,其特征在于：第一圆柱杆和第二圆柱杆相同，其在齿条一端的杆端设有定位台阶；与圆柱杆端部对应的齿条平面相应位置处开有一条T型槽，齿条T型槽与定位台阶啮合。

4.根据权利要求1所述的一种架空输电线路主动防舞装置,其特征在于：摆锤从水平位置向上运动到最高点的位置时，摆臂中心线与水平位置的夹角小于45°。