CN104198034A - 基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，包括固定在被测导线上的壳体和线夹，所述壳体中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接；所述线夹上还设有一距线夹出口处的距离为xb的测量单元，该测量单元包括与线夹固定连接的罐体、设在罐体内的振动传感器、一传动臂以及一滚轮，所述滚轮可转动地设在传动臂的下端、且与被测导线相接触，所述传动臂的上端与振动传感器的测量轴刚性连接，所述振动传感器的控制计算模块与壳体中的控制模块相连接。该测量装置在测量被测导线的动弯应变时为无损测量和非接触式测量，不存在疲劳寿命问题，具备长时间工作能力，且其抗干扰能力强，测量可靠。

Description

基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置

技术领域

本发明涉及架空输电线路在线监测和状态评估领域，特别是涉及一种基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置。

背景技术

线路大跨越是输电线路的重要组成部分，在线路运行中具有重要的地位。架空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。在架空输电线路领域中，微风振动现象发生的最为频繁，且架空输电线路上经常发生超过允许幅值的微风振动，往往会导致某些线路部件的疲劳损坏，如导地线的疲劳断骨，金具、间隔棒及杆塔构件的疲劳磨损等，其中，导线的疲劳断股是架空输电线路最为普遍发生的问题，严重时需要将全线路更换新导线。

因此，架空输电线路的微风振动现场测试技术是防振技术领域中的重要环节，其一直受到输电线路工作者的普遍关注。一般而言，从进一步完善微风振动理论并进行防振优化设计到定量评估防振措施失效，完成对外负荷性的信息反馈，乃至于在运行线路对防振薄弱环节采取补救措施等都不离开现场测振技术，而现场测振手段的优劣主要取决于现场测振装置的性能。目前，国内大多数导线微风振动测量装置都采用应变力来计算导线的形变量，进而计算出导线振动频率、导线振动幅度特征量等数据。该导线微风振动测量装置的结构如图1所示，包括线夹101、振动传感器102、紧固件103、应变片104和滚轮105，所述线夹101和紧固件103固定在导线106上，所述振动传感器固定在紧固件103上，所述滚轮105与导线106相接触，通过滚轮105感知导线106在微风作用下所产生的振动，应变片104直接测量在该点处导线106所产生的动弯应变值，振动传感器102直接测量在该点处导线106所产生的振动幅值。但是，该测量装置存在以下缺陷：其属于有损测量，即应变片存在疲劳寿命的问题，在恒定幅值的交变应变作用下，应变片连续工作会产生疲劳损坏，致使测量装置失效。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无损测量、适用于长时间振动测量的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置。

为实现上述目的，本发明提供一种基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，包括固定在被测导线上的壳体和线夹，所述壳体中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接；所述线夹上还设有一距线夹出口处的距离为xb的测量单元，该测量单元包括与线夹固定连接的罐体、设在罐体内的振动传感器、一传动臂以及一滚轮，所述滚轮可转动地设在传动臂的下端、且与被测导线相接触，所述传动臂的上端与振动传感器的测量轴刚性连接，所述振动传感器的控制计算模块与壳体中的控制模块相连接。

进一步地，所述传动臂为一呈L形的刚性传动臂，包括相互垂直的水平部和竖直部，所述滚轮设在竖直部的下端，所述水平部置于罐体内、且水平部的端部与振动传感器的测量轴刚性连接。

优选地，所述竖直部的下端开设有一沿被测导线长度方向延伸的通槽，所述滚轮置于该通槽中，且滚轮与竖直部通过一轴销相连接。

进一步地，所述罐体呈筒状，罐体两端的开口处分别设有前盖和后盖，且前盖与罐体、后盖与罐体均通过多个螺钉相连接。

优选地，所述线夹的上端固定有一卡夹条，所述罐体通过多个螺钉与卡夹条固定连接。

优选地，所述线夹包括两个对称设置的半环夹体，两个半环夹体的两端均通过螺钉固定连接。

进一步地，所述线夹与被测导线之间还设有弹性垫圈，该弹性垫圈套在被测导线上。

优选地，所述xb＝89mm。

进一步地，所述电源模块包括安装在被测导线上的电流互感器和安装在壳体的内腔中的整流滤波电路模块，所述电流互感器与整流滤波电路模块感应连接，整流滤波电路模块与控制模块相连接。

优选地，所述壳体的外表面呈球面状。

如上所述，本发明涉及的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，具有以下有益效果：

该测量装置中，通过测量单元的滚轮感应被测导线因振动而产生的微小角度变化，并将该角度变化通过传动臂传递给振动传感器的测量轴，振动传感器的控制技术模块根据被测导线的振动角度计算相应的振动幅值、以及振动幅值相对应的频率，所述壳体内腔中的控制模块根据振动传感器的控制计算模块所反馈的振动幅值自动计算导线的动弯应变值，故该测量装置在测量被测导线的动弯应变时为无损测量和非接触式测量，其不存在疲劳寿命问题，具备长时间工作能力，且其抗干扰能力强，测量可靠。

附图说明

图1为现有技术中导线微风振动测量装置的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明中测量单元的结构示意图。

图4为图3中去除罐体后的结构示意图。

图5为本发明中壳体与被测导线的连接示意图。

图6为微风振动状态下被测导线在被测点处的弯曲图。

图7为本发明中线夹与被测导线的连接示意图。

元件标号说明

1   被测导线

2   壳体

21  半球体

22  密封套

23  抱箍

3   线夹

31  半环夹体

4   测量单元

41  罐体

42  振动传感器

43  传动臂

431 水平部

432 竖直部

44  滚轮

45  轴销

46  前盖

47  后盖

5   卡夹条

6   线缆

7   弹性垫圈

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2所示，本发明提供一种基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，包括固定在被测导线1上的壳体2和线夹3，所述壳体2中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接；所述线夹3上还设有一距线夹3出口处的距离为x_b的测量单元4，距线夹3出口处距离为x_b的点为被测导线1的被测点，测量单元4用于测量被测导线1在被测点处的振动角度和振动幅度。如图3和图4所示，所述测量单元4包括与线夹3固定连接的罐体41、设在罐体41内的振动传感器42、一传动臂43以及一滚轮44，所述滚轮44可转动地设在传动臂43的下端、且与被测导线1相接触，所述传动臂43的上端与振动传感器42的测量轴刚性连接，所述振动传感器42的控制计算模块与壳体2中的控制模块相连接。

上述基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置中，测量单元4中的滚轮44与被测导线1接触、用于感应被测导线1在被测点处因振动而产生的微小角度变化，并将该角度变化通过传动臂43传递给振动传感器42的测量轴，振动传感器42的控制计算模块根据被测导线1的振动角度计算相应的振动幅值、以及振动幅值相对应的发生频率，所述壳体2内腔中的控制模块根据振动传感器42的控制计算模块所反馈的振动幅值自动计算被测导线1的动弯应变值，故该测量装置在测量被测导线1的动弯应变时为无损测量和非接触式测量，其不存在疲劳寿命问题，具备长时间工作能力，且其抗干扰能力强，测量可靠。

具体说，如图6所示，所述滚轮44感应到被测导线1在被测点处的振动角度为α，则通过三角函数原理可知：被测导线1在被测点处的振动幅值Y_b＝x_b·sinα；本实施例中，被测导线1在被测点处的动弯应变值ε_b的计算公式为：

$p=\sqrt{T/\mathrm{EI}};$

$\mathrm{EI}=\frac{\mathrm{\π}}{64}\left(n_{\mathrm{al}}{d_{\mathrm{al}}}^4{E}_{\mathrm{al}}{+n}_{\mathrm{st}}{d_{\mathrm{st}}}^4{E}_{\mathrm{st}}\right).$

上述式中：ε_b为被测导线1在被测点处的动弯应变值，mm/mm；

d为被测导线1的单线直径，mm；

x_b为被测导线1的被测点处距导线线夹3出口处的距离，mm；

Y_b为被测导线1在被测点处的振动幅值，mm；

T为监测期间导地线平均运行张力，N；所述导地线是指被测导线1和地线；

EI为被测导线1的最小刚度，N*m²；

n_al为被测导线1中铝单线的股数；

d_al为被测导线1中单根铝单线的直径，mm；

E_al为被测导线1中铝单线的弹性模量，Mpa；

n_st为被测导线1中钢线的股数；

d_st为被测导线1中单根钢线的直径，mm；

E_st为被测导线1中钢线的弹性模量，Mpa。

在测量开始前，先将下列已知参数预先输入至壳体2中的控制模块中，已知参数包括被测导线1的被测点处距导线线夹3出口处的距离x_b、被测导线1的单线直径d、监测期间导地线平均运行张力T、被测导线1中铝单线的股数n_al、被测导线1中单根铝单线的直径d_al、被测导线1中铝单线的弹性模量E_al、被测导线1中钢线的股数n_st、被测导线1中单根钢线的直径d_st以及被测导线1中钢线的弹性模量E_st。所以，由此可知，该测量装置在测量被测导线1在被测点处的动弯应变值时，其是通过测量单元4测量被测导线1在被测点处的振动角度和振动幅值后，利用所测到的结果经过计算后得到最终要测的动弯应变值，故其在测量动弯应变值时属于非接触式测量，抗干扰能力强，测量结果精度高且测量可靠，从而为评估微风振动对架空输电线路疲劳损伤的影响提供一个有力依据，最终保证架空输电线路的安全稳定运行。同时，通过测量单元4还可监测被测导线1振动幅值的发生频率，用于评估被测导线1的使用寿命等。

优选地，所述x_b＝89mm，根据IEEE标准制定的规范要求，以被测导线1在距线夹3出口89mm处的振动幅值Y_b来计算被测导线1在被测点处的动弯应变值ε_b是最为准确、标准的，因此本实施例中，将被测点设在该距离处，以提高动弯应变值ε_b监测结果的准确度。

进一步地，如图4所示，所述传动臂43为一呈L形的刚性传动臂，包括相互垂直的水平部431和竖直部432，所述滚轮44设在竖直部432的下端，所述水平部431置于罐体41内、且水平部431的端部与振动传感器42的测量轴刚性连接，以此提高振动角度传递的准确性，从而保证被测导线1的振动幅值和动弯应变值的监测准确度。优选地，所述竖直部432的下端开设有一沿被测导线1长度方向延伸的通槽，所述滚轮44置于该通槽中，且滚轮44与竖直部432通过一轴销45相连接，故滚轮44与被测导线1为滚动式接触，以降低滚轮44与被测导线1之间的滑动阻力，大大减少检测误差。

进一步地，见图3和图4，所述罐体41呈筒状，优选为圆筒状，罐体41两端的开口处分别设有呈圆盘状的前盖46和后盖47，且前盖46与罐体41、后盖47与罐体41均通过多个螺钉相连接，故前盖46与罐体41、后盖47与罐体41均为可拆卸连接，从而可方便振动传感器42的安装、维修、养护等作业；同时，罐体41、前盖46和后盖47的外表面均为光滑的平面或圆弧面，其没有尖锐部位或凸出部位，从而可有效防止测量单元4在高压电场下的电晕放电，以保护该测量单元4。

本实施例中，所述罐体41与线夹3的连接结构为：如图3所示，所述线夹3的上端固定有一卡夹条5，所述罐体41通过多个螺钉与卡夹条5固定连接。所述线夹3的结构为：所述线夹3包括两个对称设置的半环夹体31，两个半环夹体31的两端均通过螺钉固定连接；另外，所述线夹3与被测导线1之间还设有弹性垫圈7，见图7，该弹性垫圈7套在被测导线1上，以保证线夹3与被测导线1之间连接的可靠性，且其紧固件设计合理，以便于线夹3、卡夹条5和罐体41的安装。

如图2所示，所述壳体2、以及安装在壳体2中的控制模块、电源模块和通信模块构成了装置本体，该装置本体具有一定的重量，为了消除装置本体的重量对被测导线1振动的影响，所述壳体2和测量单元4分别位于线夹3的两侧，即测量单元4安装在线夹3出口的一侧，装置本体安装在线夹3的另一侧，从而可避免较重的装置本体对被测导线1振动的影响，以便于能够控制测量单元4精确地在被测点处测量被测导线1的振动角度α和振动幅值Y_b。

进一步地，所述壳体2由绝缘材料制成，且壳体2的外表面呈球面状，即壳体2外表面没有尖锐部位或凸出部位，从而可有效防止装置本体在高压电场下的电晕放电，以保护该测量装置，还能便于该壳体2的现场安装。本申请中，如图5所示，所述壳体2包括两个对称设置的半球体21，两个半球体21密封连接；所述壳体2的左右两端均设有一由橡胶制成的密封套22，该密封套22通过一抱箍23固定在被测导线1上，从而提高壳体2本身的密封性、以及壳体2与被测导线1之间的密封性，以提高监测结果的准确度，同时还能防止水蒸气等进入壳体2内部，以保证该测量装置的长期正常使用。

进一步地，所述电源模块可以为一电池，但电池供电方式存在供电时间短、不能支持测量装置长时间工作、需要频繁更换等缺陷，为了消除这一缺陷，本申请中的电源模块采用导线取电供电方式，即所述电源模块包括安装在被测导线1上的电流互感器和安装在壳体2的内腔中的整流滤波电路模块，所述电流互感器与整流滤波电路模块感应连接，整流滤波电路模块与控制模块相连接。被测导线1中有电流通过，所述电流互感器感应被测导线1中的电流、并取得一个交变的电场，该电场经过整流滤波电路模块整流滤波后变为直流稳压输出，从而为整个测量装置提供电源。所以，该测量装置在被测导线1通电的情况下，能够长时间的稳定工作，其不受电池供电情况下电池寿命的影响。

优选地，所述控制模块和控制计算模块通过一线缆6相连接，该线缆6中包括通讯线路和供电线路，所述通讯线路用于测量单元4的控制计算模块与控制模块之间的数据传输，供电线路用于控制模块向测量单元4提供电源，即测量单元4中的振动传感器42工作时所用的电也来自与被测导线1。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，包括固定在被测导线(1)上的壳体(2)和线夹(3)，其特征在于：所述壳体(2)中设有一内腔，该内腔中设有控制模块、通信模块和电源模块，所述通信模块和电源模块均与控制模块相连接；所述线夹(3)上还设有一距线夹(3)出口处的距离为x_b的测量单元(4)，该测量单元(4)包括与线夹(3)固定连接的罐体(41)、设在罐体(41)内的振动传感器(42)、一传动臂(43)以及一滚轮(44)，所述滚轮(44)可转动地设在传动臂(43)的下端、且与被测导线(1)相接触，所述传动臂(43)的上端与振动传感器(42)的测量轴刚性连接，所述振动传感器(42)的控制计算模块与壳体(2)中的控制模块相连接。

2.根据权利要求1所述的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，其特征在于：所述传动臂(43)为一呈L形的刚性传动臂，包括相互垂直的水平部(431)和竖直部(432)，所述滚轮(44)设在竖直部(432)的下端，所述水平部(431)置于罐体(41)内、且水平部(431)的端部与振动传感器(42)的测量轴刚性连接。

3.根据权利要求2所述的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，其特征在于：所述竖直部(432)的下端开设有一沿被测导线(1)长度方向延伸的通槽，所述滚轮(44)置于该通槽中，且滚轮(44)与竖直部(432)通过一轴销(45)相连接。

4.根据权利要求1所述的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，其特征在于：所述罐体(41)呈筒状，罐体(41)两端的开口处分别设有前盖(46)和后盖(47)，且前盖(46)与罐体(41)、后盖(47)与罐体(41)均通过多个螺钉相连接。

5.根据权利要求1所述的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，其特征在于：所述线夹(3)的上端固定有一卡夹条(5)，所述罐体(41)通过多个螺钉与卡夹条(5)固定连接。

6.根据权利要求1所述的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，其特征在于：所述线夹(3)包括两个对称设置的半环夹体(31)，两个半环夹体(31)的两端均通过螺钉固定连接。

7.根据权利要求1所述的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，其特征在于：所述线夹(3)与被测导线(1)之间还设有弹性垫圈(7)，该弹性垫圈(7)套在被测导线(1)上。

8.根据权利要求1所述的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，其特征在于：所述x_b＝89mm。

9.根据权利要求1所述的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，其特征在于：所述电源模块包括安装在被测导线(1)上的电流互感器和安装在壳体(2)的内腔中的整流滤波电路模块，所述电流互感器与整流滤波电路模块感应连接，整流滤波电路模块与控制模块相连接。

10.根据权利要求1所述的基于角度法的架空输电线路微风振动测量装置，其特征在于：所述壳体(2)的外表面呈球面状。