CN105258780B - 输电线路微风振动在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电线路微风振动在线监测方法，包括：向设于输电线路上的多个微风振动监测装置发射第一光信号，所述微风振动监测装置利用光纤光栅接收所述第一光信号并反射第二光信号；根据所述第二光信号和第一光信号，计算所述监测对象的振幅和频率，进一步计算得到各个监测对象的评估总值，并最终得到所述输电线路因微风振动导致的疲劳程度参数，根据所述疲劳程度参数确定输电线路的微风振动状态。通过利用光纤光栅传感模式具有较高的空间分辨率的特点，综合输电线路上多个监测对象的评估总值得到的输电线路的疲劳程度参数，根据该疲劳程度参数，能够准确地确定该输电线路的微风振动情况，提高了对输电线路微风振动在线监测的可靠性。

Description

输电线路微风振动在线监测方法

技术领域

本发明涉及输电线路安全控制技术领域，特别是涉及一种输电线路微风振动在线监测方法。

背景技术

在架空输电线路上，常常发生微风振动、次档距振荡、舞动、脱冰跳跃、横向碰击、电晕舞动和短路振动等多种类型的振动，在这些振动类型中，以“微风振动”的发生最为普遍、最为频繁。架空输电线路的微风振动是指，当约0.5～10m/s的稳定风速横侧吹向输电线路时，在输电线路的背风侧就会产生上下交替的旋涡，引起上下交变的力作用于输电线路上，使输电线路产生垂向振动。当旋涡出现频率与输电线路的固有频率一致时，会在谐振下产生较大振幅的持续振动。微风振动的频率在3Hz～150Hz之间，最大振幅一般不大于架空输电线路直径的1～2倍。振动的持续时间一般达数小时，有时可达数日不止。

微风振动是导致输电线路疲劳损伤的主要原因，微风振动引起输电线路疲劳断股的问题一直威胁着输电线路的安全运行。经过江河、湖泊、海峡、山谷等的大跨越，其档距大，悬挂点高，跨越处地面平坦，江面开阔，水面的粗糙度小，容易形成均匀的层流风，导致激振风速范围广，稳流持续时间长，使风输给输电线路的振动能量大大增加，输电线路振动强度远较普通档距严重，大跨越输电线路系统的振动基频低，临阶振型的频率十分接近，它总是处于共振状态，加之大跨越在输电线路运行中的特殊重要地位，一旦发生振动疲劳断股，将给电网安全运行带来严重危害，给国民经济造成重大损失，通常仅换线工程本身的损失可高达数百万元。

现有的输电线路微风振动在线监测方法主要是针对输电线路上单个点进行微风振动在线监测，对整个输电线路的在线监测的可靠性较差，尤其是应用现有的输电线路微风振动在线监测方法对输电线路的微风振动情况进行监测时，存在监测数量少、监测不全面、数据采集密度差等技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述现有的输电线路微风振动在线监测方法的可靠性较差的技术问题，提供一种输电线路微风振动在线监测方法。

一种输电线路微风振动在线监测方法，包括如下步骤：

向设于输电线路上的多个微风振动监测装置发射第一光信号，所述微风振动监测装置利用光纤光栅接收所述第一光信号并反射第二光信号；其中，所述输电线路上设置有多个与微风振动监测装置一一对应的监测对象，且所述微风振动监测装置设于相对应的监测对象上；

根据所述第二光信号和第一光信号，计算得到所述监测对象的振幅和频率；

根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的评估值；

根据监测对象所属的构件类别，计算属于每种构件类别的各个监测对象的评估值之和，得到每种构件类别的评估子值；

对于每种构件类别，根据预设的构件类别权重，计算其评估子值与其权重的乘积，得到每种构件类别的评估值；

计算所述输电线路上各种构件类别的评估值之和，得到所述输电线路的评估总值；

根据所述输电线路的评估总值确定所述输电线路因微风振动导致的疲劳程度参数，根据所述疲劳程度参数确定输电线路的微风振动状态。

通过上述步骤，本发明的输电线路微风振动在线监测方法通过利用光纤光栅传感模式具有较高的空间分辨率的特点，综合输电线路上多个监测对象的评估总值得到的输电线路的疲劳程度参数，根据该疲劳程度参数，能够准确地确定该输电线路的微风振动情况，提高了对输电线路微风振动在线监测的可靠性；另外，通过对多条输电线路微风振动情况的在线监测，有效解决了现有的输电线路微风振动在线监测方法在应用于大跨越型输电线路的微风振动监测时存在监测数量少、监测不全面、数据采集密度差等问题。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法流程图；

图2为本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法中根据所述第二光信号和所述第一光信号，计算所述监测对象的振幅和频率的方法流程图；

图3为本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法中根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的评估值的方法流程图；

图4为本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法中根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的振动幅值的方法流程图；

图5为应用本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法对某输电线路大跨越工程进行微风振动在线监测的工程跨越塔的结构示意图；

图6为应用本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法对某输电线路大跨越工程进行输电线路微风振动的在线监测的微风振动监测装置的布置情况。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

如图1所示，图1为本发明的一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法流程图。

一种输电线路微风振动在线监测方法，可以包括如下步骤：

步骤S1：向设于输电线路上的多个微风振动监测装置发射第一光信号，所述微风振动监测装置利用光纤光栅接收所述第一光信号并反射第二光信号；其中，所述输电线路上设置有多个与微风振动监测装置一一对应的监测对象，且所述微风振动监测装置设于相对应的监测对象上；

步骤S2：根据所述第二光信号和所述第一光信号，计算得到所述监测对象的振幅和频率；

步骤S3：根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的评估值；

步骤S4：根据监测对象所属的构件类别，计算属于每种构件类别的各个监测对象的评估值之和，得到每种构件类别的评估子值；

步骤S5：对于每种构件类别，根据预设的构件类别权重，计算其评估子值与其权重的乘积，得到每种构件类别的评估值；

步骤S6：计算所述输电线路上各种构件类别的评估值之和，得到所述输电线路的评估总值；

步骤S7：根据所述输电线路的评估总值确定所述输电线路因微风振动导致的疲劳程度参数，根据所述疲劳程度参数确定输电线路的微风振动状态。

通过上述步骤，本发明的输电线路微风振动在线监测方法通过利用光纤光栅传感模式具有较高的空间分辨率的特点，综合输电线路上多个监测对象的评估总值得到的输电线路的疲劳程度参数，根据该疲劳程度参数，能够准确地确定该输电线路的微风振动情况，提高了对输电线路微风振动在线监测的可靠性；另外，通过对多条输电线路微风振动情况的在线监测，有效解决了现有的输电线路微风振动在线监测方法在应用于大跨越型输电线路的微风振动监测时存在监测数量少、监测不全面、数据采集密度差等问题。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中的向设于输电线路上的多个微风振动监测装置发射第一光信号，所述微风振动监测装置利用光纤光栅接收所述第一光信号并反射第二光信号的步骤可以包括：

步骤S11：每间隔一预设时间段向一光纤链路发射第一光信号；其中，所述光纤链路包括串联的多个子光纤链路，所述多个子光纤链路与多条输电线路一一对应，且每个子光纤链路将其对应的输电线路上的各个微风振动监测装置中的光纤光栅串联连接在一起；

步骤S12：每间隔所述预设时间段接收所述光纤链路反射的第二光信号；其中，所述第二光信号包括多个第二光波；

例如，有多个输电线路L₀,L₁,L₂…L_M，每个输电线路上设有FBG₁,FBG₂,…FBG_x个微风振动监测装置(每个输电线路上设置的微风振动监测装置的数量可以相同，也可以不同)，这些微风振动监测装置中光纤光栅的布拉格波长分别为λ₁,λ₂…λ_x，光纤链路依次串联这些输电线路L₀,L₁,L₂…L_M上的微风振动监测装置，按照光纤链路对这些输电线路L₀,L₁,L₂…L_M的串联顺序，依次发射第一光信号，每次发射的第一光信号用于监测不同输电线路L₀,L₁,L₂…L_M的微风振动情况。具体来说，当针对输电线路L₁发射第一光信号时，该第一光信号对该输电线路L₁进行监测，该第一光信号中包括的各个光波的中心波长依次对应于该输电线路L₁上的各个微风振动监测装置中光纤光栅的布拉格波长分别为λ₁,λ₂…λ_x。

步骤S13：确定所述第二光信号与所述第一光信号之间的一一对应关系，以及所述第二光信号中各个第二光波与所述第一光信号中各个第一光波之间的一一对应关系。

在本发明的输电线路微风振动在线监测方法中采用的光纤光栅的传感模式实际上联合了时分复用模式与波分复用模式；其中，时分复用模式是通过每隔一时间段向光纤链路中发射第一光信号，来区分对不同输电线路的监测，而对于同一条输电线路上的不同微风振动监测装置，则应用第一光信号中包括的不同中心波长的多个第一光波来分别进行监测。

通过上述步骤，本发明的输电线路微风振动在线监测方法通过利用光纤光栅传感模式具有较高的空间分辨率的特点，综合输电线路上多个监测对象的评估总值得到的输电线路的疲劳程度参数，根据该疲劳程度参数，能够准确地确定该输电线路的微风振动情况，提高了对输电线路微风振动在线监测的可靠性；另外，通过对多条输电线路微风振动情况的在线监测，有效解决了现有的输电线路微风振动在线监测方法在应用于大跨越型输电线路的微风振动监测时存在监测数量少、监测不全面、数据采集密度差等问题。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中所述的第一光信号包括多个具有不同中心波长的第一光波，所述第一光信号中包括的第一光波的数量与所述第一光信号所监测的输电线路上的微风振动监测装置的数量一致，所述第一光信号中包括的各个第一光波与所述第一光信号所监测的输电线路上的各个微风振动监测装置中的光纤光栅一一对应，所述第一光波的中心波长与所述第一光波对应的光纤光栅的布拉格波长一致；所述第一光波用于监测其所对应的光纤光栅的形变量。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中，每次发射的第一光信号用于对所述多条输电线路中的一条输电线路进行监测，且依次发射的第一光信号所监测的输电线路的顺序，与串联的多个子光纤链路所对应的多条输电线路的顺序一致。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中的确定所述第二光信号与所述第一光信号之间的一一对应关系的步骤，可以包括：

S1311：确定每个第一光信号到达其所监测的输电线路所需的时长；

S1312：将在每个第一光信号发射之后经历两倍于所述时长的时刻所接收到的第二光信号，确定为与该第一光信号具有一一对应关系。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中的确定所述第二光信号中各个第二光波与所述第一光信号中各个第一光波之间的一一对应关系的步骤包括：

S1321：确定每个第一光波经过光纤光栅的反射后，其中心波长的变化范围；

S1322：将第二光信号中中心波长处于所述变化范围之内的第二光波，确定为与该第一光波具有一一对应关系。

如图2所示，图2为本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法中根据所述第二光信号和所述第一光信号，计算所述监测对象的振幅和频率的方法流程图。

在本实施例中，本发明的根据所述第二光信号和所述第一光信号，计算所述监测对象的振幅和频率的方法，可以包括如下步骤：

步骤S21：对所述具有一一对应关系的第一光波和第二光波进行干涉解调处理；

步骤S22：计算所述第二光波的中心波长相对于所述第一光波的中心波长的偏移量；

步骤S23：根据所述偏移量，计算所述第一光波所监测的光纤光栅的形变量；

步骤S24：根据所述形变量，计算得到所述监测对象的振幅和频率。

通过上述步骤，根据所述第一光信号与第二光信号的关系，得到所述监测对象的振幅和频率，为后续步骤的计算所述监测对象的评估值做准备。

如图3所示，图3为本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法中根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的评估值的方法流程图。

在本实施例中，本发明的根据所述监测对象的振幅和频率，计算所述监测对象的评估值的方法，可以包括如下步骤：

步骤S31：根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的振动幅值；

步骤S32：根据所述监测对象的振动权值和预设的监测对象的类型权重及位置权重，计算所述监测对象的振动幅值、类型权重、位置权重的乘积，得到所述监测对象的评估值。

如图4所示，图4为本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法中根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的振动幅值的方法流程图。

在本实施例中，本发明的根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的振动幅值的方法，可以包括如下步骤：

S310：将各个采样时刻所述监测对象的振幅与所述输电线路在微风振动情况下允许的最大弯曲振幅相比较，判断各个采样时刻所述监测对象的振幅是否越限，并将所述监测对象出现振幅越限情况时所对应的采样时刻确定为越限时刻。

在本步骤中，输电线路在微风振动情况下允许的最大弯曲振幅是根据输电线路类型、档距、直径、导线拉力、导线刚度等已知参数计算的，优选的，可以采用如下公式进行计算：

上式中，Y_max表示输电线路在微风振动情况下允许的最大弯曲振幅；d表示输电线路最外层的单线直径；T表示输电线路的平均运行张力；E·I_min表示输电线路的最小刚度；a＝89mm；ε表示输电线路在微风振动情况下的许用弯曲应变。对于不同的输电线路类型、不同的档距，许用弯曲应变是不同的。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法可以采用如表1所示的输电线路微风振动情况下的许用弯曲应变：

表1

S311：利用每个越限时刻所述监测对象的振幅计算振幅越限百分比，并将该振幅越限百分比与预设的振幅越限权重划分标准进行比对，确定每个越限时刻所述监测对象的振幅越限权重；其中，所述振幅越限百分比按照如下公式计算：

式中，R表示振幅越限百分比，t表示越限时刻，Y(t)表示越限时刻t监测对象的振幅，Y_max表示输电线路在微风振动情况下允许的最大弯曲振幅。

在本步骤中，由于监测对象的振幅越限百分比越大，说明振幅越限情况越严重，其对应的微风振动行为对输电线路造成的损害影响也越大，因此，在本实施例中，在计算监测对象在每个越限时刻的分频振动幅值时，其分频振动幅值的大小应与其振幅越限百分比的大小成正比。

在其中一个实施例中，可以选用如表2所示的振幅越限权重划分标准：

表2

振幅越限百分比R	振幅越限权重
		R≤5％	5％
5％＜R≤15％	15％
		15％＜R≤30％	30％
30％＜R	50％

需要说明的是，在实施本发明时，可以根据实际情况设置不同的振幅越限权重划分标准，以达到令所述分频振动幅值的大小与其振幅越限百分比的大小成正比的目的，本发明对所采用的振幅越限权重划分标准不作具体限定，即表2所示的振幅越限权重划分标准仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，选择其它任何的振幅越限权重划分标准均应包含在本发明的保护范围之内。

S312：将每个越限时刻所述监测对象的频率与预设的频率权重划分标准进行比对，确定每个越限时刻所述监测对象的频率水平以及该频率水平对应的频率权重。

在本步骤中，由于监测对象的频率越大(或频率水平越高)，说明振动情况越频繁，其对应的微风振动行为对输电线路造成的损害影响也越大，因此，在本实施例中，在计算监测对象在每个越限时刻的分频振动幅值时，其分频振动幅值的大小应与其频率大小(或频率水平的高低)成正比。

在其中一个实施例中，可以选取如表3所示的频率权重划分标准。

表3

频率	频率水平	频率权重
			3～40HZ	低频	10％
40～60HZ	中频	20％
			60～120HZ	高频	30％
120～150HZ	超高频	40％

需要说明的是，在实施本发明时，可以根据实际情况设置不同的频率权重划分标准，以达到令分频振动分值的大小与频率大小(或频率水平的高低)成正比的目的，本发明对所采用的频率权重划分标准不作具体限定，即表3所示的频率权重划分标准仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，选择其它任何的频率权重划分标准均应包含在本发明的保护范围之内。

S313：按照所述监测对象的不同频率水平，将所述监测对象的振幅越限情况进行划分；统计所述监测对象处于每种频率水平时，其发生振幅越限情况的总次数，并按照如下公式计算所述监测对象处于每种频率水平时的分频越限次数比：

式中，f表示频率水平，δ(f)表示所述监测对象的频率水平为f的分频越限次数比，n(f)表示所述监测对象在频率水平为f时其发生振幅越限情况的总次数，N表示采样总次数；

S314：按照如下公式计算所述监测对象在每种频率水平时的各个越限时刻的分频振动幅值：

k(t,f)＝δ(f)×ω1(f)×ω2(t)；

式中，k(t,f)表示所述监测对象在频率水平为f时、越限时刻为t时所述监测对象的分频振动幅值，ω1(f)表示频率水平f对应的频率权重，ω2(t)表示在越限时刻t该监测对象的振幅越限权重；

S315：计算所述监测对象在每种频率水平时的各个越限时刻的分频振动幅值之和，得到所述监测对象在每种频率水平时的分频振动总幅值：

式中，K(f)表示所述监测对象在频率水平为f时的分频振动总分值，t0,t1,t2…ti为所述监测对象在频率水平为f时的各个越限时刻；

S316：计算所述监测对象在各种频率水平时的分频振动总幅值之和，得到所述监测对象的振动幅值：

式中，Q表示所述监测对象的振动幅值，f0,f1,f2…fj表示所述监测对象的各种频率水平。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中根据所述监测对象的振动权值和预设的监测对象的类型权重及位置权重，计算所述监测对象的振动幅值、类型权重、位置权重的乘积，得到所述监测对象的评估值。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中，可以采用如下方法来预设监测对象的类型权重：

确定监测对象的构件类型，将其与预设的构件类型权重划分标准进行比对，确定监测对象的类型权重。

在其中一个实施例中，由于不同类型的构件在发生微风振动时，即便是相同的振幅和频率，其对输电线路造成的损害影响也不一样，因此，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中，在计算监测对象的评估值时，需要考虑到监测对象所属构件类型的不同带来的影响因素。

在其中一个实施例中，可以选择如表4所示的构件类型权重划分标准：

表4

构件类型	类型权重
		悬垂线夹	45％
耐张线夹	55％
		防震锤	30％
间隔棒	40％
		阻尼线夹头	30％

需要说明的是，在实施本发明时，可以根据实际情况设置不同的构件类型权重划分标准，以达到令监测对象的评估值随构件类型的不同而变化的目的，本发明对所采用的构件类型权重划分标准不作具体限定，即表4所示的构件类型权重划分标准仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，选择其它任何的构件类型权重划分标准均应包含在本发明的保护范围之内。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中，可以采用如下方法来预设监测对象的位置权重：

确定监测对象在输电线路上的位置，并将其与预设的位置权重划分标准进行比对，确定监测对象的位置权重。

在其中一个实施例中，由于即便是相同类型的构件，在相同的振幅和频率下发生微风振动，若处于输电线路的不同位置处，其对输电线路造成的损害影响也不一样，因此，在本发明的输电线路微风振动在线监测方法中，在计算监测对象的评估值时，需要考虑到监测对象的位置不同带来的影响因素。

在其中一个实施例中，可以选择如表5所示的位置权重划分标准：

表5

需要说明的是，在实施本发明时，可以根据实际情况设置不同的位置权重划分标准，以达到令监测对象的评估值随监测对象位置的不同而变化的目的，本发明对所采用的位置权重划分标准不作具体限定，即表5所示的位置权重划分标准仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，选择其它任何的位置权重划分标准均应包含在本发明的保护范围之内。

在其中一个实施例中，由于对于整条输电线路来说，起不同作用的构件在发生微风振动时，对输电线路造成的损害影响也不一样，因此，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中，在计算输电线路的评估值时，需要考虑到监测对象的结构和所起作用不同带来的影响因素。一般情况下，按照所起作用的不同，输电线路中存在两种类别的构件，即线夹电力金具(起到机械连接作用)和防护电力金具(起到吸收能量的作用)。

在其中一个实施例中，可以选择如表6所示的构件类别权重划分标准：

表6

构件类别	类别权重
		线夹电力金具(悬垂线夹、耐张线夹)	60％
防护电力金具(防震锤、间隔棒、阻尼线夹头)	40％

需要说明的是，在实施本发明时，可以根据实际情况设置不同的构件类别权重划分标准，以达到令输电线路的评估总值随构件类别的不同而变化的目的，本发明对所采用的构件类别权重划分标准不作具体限定，即表6所示的构件类别权重划分标准仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，选择其它任何的构件类别权重划分标准均应包含在本发明的保护范围之内。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法，根据所述输电线路的评估总值确定所述输电线路因微风振动导致的疲劳程度参数，根据所述疲劳程度参数确定输电线路的微风振动状态。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法中，可以采用将所述输电线路的评估总值与预设的输电线路的评估标准值进行对比，确定所述输电线路因微风振动导致的疲劳程度参数。

在其中一个实施例中，可以采用如表7所示的输电线路评估标准值，：

表7

需要说明的是，在实施本发明时，可以根据实际情况设置不同的输电线路评估标准，以达到基于输电线路评估标准，即可利用输电线路的评估总值来判断输电线路疲劳程度的目的，本发明对所采用的输电线路评估标准值不作具体限定，即表7所示的输电线路评估标准仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，选择其它任何的输电线路评估标准均应包含在本发明的保护范围之内。

在其中一个实施例中，本发明的输电线路微风振动在线监测方法，若所述疲劳程度参数达到预设值，则直接启动预警。

通过上述步骤，本发明的输电线路微风振动在线监测方法通过利用光纤光栅传感模式具有较高的空间分辨率的特点，综合输电线路上多个监测对象的评估总值得到的输电线路的疲劳程度参数，根据该疲劳程度参数，能够准确地确定该输电线路的微风振动情况，提高了对输电线路微风振动在线监测的可靠性；另外，通过对多条输电线路微风振动情况的在线监测，有效解决了现有的输电线路微风振动在线监测方法在应用于大跨越型输电线路的微风振动监测时存在监测数量少、监测不全面、数据采集密度差等问题。

应用具有光纤光栅的微风振动监测装置来检测输电线路的微风振动情况，由于光纤光栅具有体积小﹑重量轻﹑加工方便、灵敏度高、耐腐蚀﹑耐高温﹑电绝缘性好﹑抗电磁干扰能力强、能够组成分布式传感器阵列、便于组网、对被测物体影响小、价格便宜等优点，本示例性方法很好地解决了现有输电线路微风振动在线监测设备(主要由电子式传感器以及以微电子电路为基础的处理器、无线传输器等组成)在复杂的现场环境中电磁干扰、性能下降等问题。

在其中一个实施例中，应用本发明的输电线路微风振动在线监测方法对某输电线路大跨越工程进行输电线路微风振动的在线监测，具体介绍如下：

1、输电线路大跨越工程概况

工程采用耐-直-直-耐跨越方式，直线档距为1523米，导线为特强铝包钢芯铝合金绞线JLHA2/LB14-300/16，每相导线为双分裂水平排列，并安装间隔棒；地线为锌铝稀土合金镀层钢绞线XLXGJ-1×19-3.2-1470-A-YB/T 179-2000，光纤复合架空地线OPGW为铝包钢线OPGW-24B1-151[200；121.8]。输电线路及OPGW均采用阻尼线加防振锤形式的防振装置，如图5所示，图5为应用本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法对某输电线路大跨越工程进行微风振动在线监测的工程跨越塔的结构示意图。

2、输电线路原有的在线监测系统及监测方案

为了解现场导地线及OPGW的实际振动水平，检验防振措施的消振效果，通过安装输电线路在线监测系统对该大跨越导地线和光纤复合架空地线的微风振动情况进行现场测试及分析。微风振动监测单元能测量导地线及OPGW的振幅、频率，既可安装于悬垂线夹出口89mm处，也可安装在间隔棒、防振锤、阻尼线等夹头出口89mm处。原有的在线监测系统实际使用6台微风振动监测单元监测现场微风振动情况，其监测点的选择，是根据经验选择的振动较大点(实际输电线路振动未知)。其监测方案的导线测点布置如表8所示，地线测点布置如表9所示，OPGW测点布置如表10所示。

表8

测点位置	仪器	数量
			阻尼线夹头2#	微风振动监测单元	1台
阻尼线夹头4#	微风振动监测单元	1台

表9

测点位置	仪器	数量
			阻尼线夹头1#	微风振动监测单元	1台
阻尼线夹头3#	微风振动监测单元	1台

表10

测点位置	仪器	数量
			阻尼线夹头1#	微风振动监测单元	1台
阻尼线夹头2#	微风振动监测单元	1台

由以上监测方案可知，原有的在线监测系统的监测节点较少，不能完整的反映整个输电线路大跨越工程微风振动的实际情况。

3、应用本发明提供的输电线路微风振动在线监测方法

因输电线路及OPGW的测点布置方案相似，故以输电线路为例。

如图6所示，图6为应用本发明的另一个实施例的输电线路微风振动在线监测方法对某输电线路大跨越工程进行输电线路微风振动的在线监测的微风振动监测装置的布置情况。其中，图6中，1#～14#都表示阻尼线夹头，各个阻尼线夹头之间由阻尼线连接，1#～14#表示的各个阻尼线夹头分别由1～14号微风振动监测装置进行监测；15#表示悬垂线夹，由15号微风振动监测装置进行监测；16#和17#表示防震锤，分别由16、17号微风振动监测装置进行监测。表11中分别列出了微风振动监测装置的布置情况。

表11

测点位置	仪器	数量
			阻尼线夹头1#	微风振动监测装置1	1台
阻尼线夹头2#	微风振动监测装置2	1台
			阻尼线夹头3#	微风振动监测装置3	1台
阻尼线夹头4#	微风振动监测装置4	1台
			阻尼线夹头5#	微风振动监测装置5	1台
阻尼线夹头6#	微风振动监测装置6	1台
			阻尼线夹头7#	微风振动监测装置7	1台
阻尼线夹头8#	微风振动监测装置8	1台
			阻尼线夹头9#	微风振动监测装置9	1台
阻尼线夹头10#	微风振动监测装置10	1台
			阻尼线夹头11#	微风振动监测装置11	1台
阻尼线夹头12#	微风振动监测装置12	1台
			阻尼线夹头13#	微风振动监测装置13	1台
阻尼线夹头14#	微风振动监测装置14	1台
			悬垂线夹15#	微风振动监测装置15	1台
防振锤16#	微风振动监测装置16	1台
			防振锤17#	微风振动监测装置17	1台

本实施例的布置方案，采用微风振动监测装置测量导线、地线、OPGW的阻尼线夹头、悬垂线夹及防振锤处的微风振动信息，通过温度补偿、应变/温度解耦算法，大大提高应变测量精度，基本可将系统误差控制在20^με左右，满足系统测量精度要求。按照如上布置方案，该大跨越工程共需布置17×3(导线)+17×1(地线)+18×1(OPGW)＝86个微风振动监测装置。微风振动监测装置都通过单模光纤串联起来，构成一个长距离的光栅串，通过迈克尔逊干涉仪获取各被监测对象的信息。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了输电线路微风振动在线监测系统的若干模块，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

向设于输电线路上的多个微风振动监测装置发射第一光信号，所述微风振动监测装置利用光纤光栅接收所述第一光信号并反射第二光信号；其中，所述输电线路上设置有多个与微风振动监测装置一一对应的监测对象，且所述微风振动监测装置设于相对应的监测对象上；

根据所述第二光信号和所述第一光信号，计算得到所述监测对象的振幅和频率；

根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的评估值；

根据监测对象所属的构件类别，计算属于每种构件类别的各个监测对象的评估值之和，得到每种构件类别的评估子值；

对于每种构件类别，根据预设的构件类别权重，计算其评估子值与其权重的乘积，得到每种构件类别的评估值；

计算所述输电线路上各种构件类别的评估值之和，得到所述输电线路的评估总值；

根据所述输电线路的评估总值确定所述输电线路因微风振动导致的疲劳程度参数，根据所述疲劳程度参数确定输电线路的微风振动状态。

2.根据权利要求1所述的输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于，所述向设于输电线路上的多个微风振动监测装置发射第一光信号，所述微风振动监测装置利用光纤光栅接收所述第一光信号并反射第二光信号的步骤包括：

每间隔一预设时间段向一光纤链路发射第一光信号；其中，所述光纤链路包括串联的多个子光纤链路，所述多个子光纤链路与多条输电线路一一对应，且每个子光纤链路将其对应的输电线路上的各个微风振动监测装置中的光纤光栅串联连接在一起；

每间隔所述预设时间段接收所述光纤链路反射的第二光信号；其中，所述第二光信号包括多个第二光波；

确定所述第二光信号与所述第一光信号之间的一一对应关系，以及所述第二光信号中各个第二光波与所述第一光信号中各个第一光波之间的一一对应关系。

3.根据权利要求1所述的输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于：所述第一光信号包括多个具有不同中心波长的第一光波，所述第一光信号中包括的第一光波的数量与所述第一光信号所监测的输电线路上的微风振动监测装置的数量一致，所述第一光信号中包括的各个第一光波与所述第一光信号所监测的输电线路上的各个微风振动监测装置中的光纤光栅一一对应，所述第一光波的中心波长与所述第一光波对应的光纤光栅的布拉格波长一致，所述第一光波用于监测其所对应的光纤光栅的形变量。

4.根据权利要求2所述的输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于：

每次发射的第一光信号用于对所述多条输电线路中的一条输电线路进行监测，且依次发射的第一光信号所监测的输电线路的顺序，与串联的多个子光纤链路所对应的多条输电线路的顺序一致。

5.根据权利要求2所述的输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于：所述确定所述第二光信号与所述第一光信号之间的一一对应关系的步骤包括：

确定每个第一光信号到达其所监测的输电线路所需的时长；

将在每个第一光信号发射之后经历两倍于所述时长的时刻所接收到的第二光信号，确定为与该第一光信号具有一一对应关系。

6.根据权利要求2所述的输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于：所述确定所述第二光信号中各个第二光波与所述第一光信号中各个第一光波之间的一一对应关系的步骤包括：

确定每个第一光波经过光纤光栅的反射后，其中心波长的变化范围；

将第二光信号中中心波长处于所述变化范围之内的第二光波，确定为与该第一光波具有一一对应关系。

7.根据权利要求2所述的输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于，所述根据所述第二光信号和所述第一光信号，计算得到所述监测对象的振幅和频率的步骤，包括：

对具有一一对应关系的第一光波和第二光波进行干涉解调处理；

计算所述第二光波的中心波长相对于所述第一光波的中心波长的偏移量；

根据所述偏移量，计算所述第一光波所监测的光纤光栅的形变量；

根据所述形变量，计算得到所述监测对象的振幅和频率。

8.根据权利要求1所述的输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于，所述根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的评估值的步骤包括：

根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的振动幅值；

根据所述监测对象的振动幅值和预设的监测对象的类型权重及位置权重，计算所述监测对象的振动幅值、类型权重、位置权重的乘积，得到所述监测对象的评估值。

9.根据权利要求8所述的输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于，所述根据所述监测对象的振幅和频率，计算得到所述监测对象的振动幅值的步骤包括：

将各个采样时刻所述监测对象的振幅与所述输电线路在微风振动情况下允许的最大弯曲振幅相比较，判断各个采样时刻所述监测对象的振幅是否越限，并将所述监测对象出现振幅越限情况时所对应的采样时刻确定为越限时刻；

利用每个越限时刻所述监测对象的振幅计算振幅越限百分比，并将所述振幅越限百分比与预设的振幅越限权重划分标准进行对比，确定每个越限时刻所述监测对象的振幅越限权重；其中，所述振幅越限百分比按照如下公式计算：

式中，R表示振幅越限百分比，t表示越限时刻，Y(t)表示越限时刻t监测对象的振幅，Y_max表示输电线路在微风振动情况下允许的最大弯曲振幅；

将每个越限时刻所述监测对象的频率与预设的频率权重划分标准进行对比，确定每个越限时刻所述监测对象的频率水平以及该频率水平对应的频率权重；

按照所述监测对象的不同频率水平，将所述监测对象的振幅越限情况进行划分；统计所述监测对象处于每种频率水平时，其发生振幅越限情况的总次数，并按照如下公式计算所述监测对象处于每种频率水平时的分频越限次数比：

式中，f表示频率水平，δ(f)表示所述监测对象的频率水平为f的分频越限次数比，n(f)表示所述监测对象在频率水平为f时其发生振幅越限情况的总次数，N表示采样总次数；

按照如下公式计算所述监测对象在每种频率水平时的各个越限时刻的分频振动幅值：

k(t,f)＝δ(f)×ω1(f)×ω2(t)；

式中，k(t,f)表示所述监测对象在频率水平为f时、越限时刻为t时所述监测对象的分频振动幅值，ω1(f)表示频率水平f对应的频率权重，ω2(t)表示在越限时刻t该监测对象的振幅越限权重；

计算所述监测对象在每种频率水平时的各个越限时刻的分频振动幅值之和，得到所述监测对象在每种频率水平时的分频振动总幅值：

式中，K(f)表示所述监测对象在频率水平为f时的分频振动总幅值，t0,t1,t2…ti为所述监测对象在频率水平为f时的各个越限时刻；

计算所述监测对象在各种频率水平时的分频振动总幅值之和，得到所述监测对象的振动幅值：

式中，Q表示所述监测对象的振动幅值，f0,f1,f2…fj表示所述监测对象的各种频率水平。

10.根据权利要求1所述的输电线路微风振动在线监测方法，其特征在于：若所述疲劳程度参数达到预设值，则直接启动预警。