CN106885602A - 一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统及其应用 - Google Patents

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梁庆国
梁世容
彭家宁
边美华
张兴森
卢展强
刘桂婵
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Abstract

本发明涉及输电线路杆塔结构监测技术领域，具体是一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统及其应用。该监测系统包括加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器、采集系统、供电系统。根据风荷载作用下输电线路杆塔的动力分析结果，进行加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器布置。该监测系统的加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器均具备抗电磁干扰功能，远程无线采集系统能够实现自动、实时、无线传输至远程客户端。该监测系统结合传感技术及无线通信技术，可实现台风作用下风速风向、杆塔振动加速度及动应变的实时监测，为输电杆塔的抗风减灾研究及安全评估提供基础数据。

Description

一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统及其应用
技术领域
本发明涉及输电线路杆塔结构监测技术领域，具体是一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统及应用。
背景技术
我国沿海为台风多发地区，沿海城市频繁遭受台风影响，近年来因台风造成的输电线路倒杆事故频发，其中以66kV以下输电线路中的水泥杆倒杆数量最大。台风来临时断杆倒杆导致大面积电力中断，给灾后抢修增加了难度，且造成了巨大财产损失和社会影响。因此，研究如何提高66kV以下输电线路中的水泥杆抗台风能力，减少倒杆事故的发生，对保障电网稳定运行有着重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统及其应用，具体技术方案如下：
一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统包括加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器、采集系统、供电系统；所述加速度传感器布置于输电杆塔顶部；所述应变传感器布置于输电杆塔底部；所述风速风向传感器布置于输电杆塔顶部；所述采集系统、供电系统布置于输电杆塔上；所述加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器分别与采集系统连接并由供电系统供电。
进一步，所述加速度传感器为双向加速度传感器。
进一步，所述风速风向传感器为三维风速风向传感器；量程为60m/s以上。
进一步，所述采集系统利用无线传输至远程客户端。
进一步，所述供电系统为太阳能供电系统。
一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统的应用包括以下步骤：
（1）建立输电杆塔的有限元模型，进行风荷载作用下的动力响应分析，得出输电杆塔振动加速度及动应变最大的位置，同时分析出输电杆塔的低阶振动频率；
（2）将加速度传感器布置于输电杆塔顶部；
（3）将应变传感器布置于输电杆塔底部；
（4）将风速风向传感器布置于杆塔顶部；
（5）将加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器与采集系统连接，采集系统由供电系统供电。
进一步，所述步骤（2）还包括在加速度传感器安装处加装屏蔽保护罩。
进一步，所述步骤（3）应变传感器布置于输电杆塔底部截面并环向等间距布置若干个；布置方向为沿输电杆塔表面的竖向。
进一步，所述步骤（5）将加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器与采集系统利用屏蔽线缆连接；所述屏蔽线缆利用PVC管进行保护；所述PVC管沿输电杆塔塔身进行固定，所述屏蔽线缆从PVC管中穿行布设。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统安装方便、精度较高，结合传感技术及无线通信技术可以实现对风荷载作用下输电杆塔动力响应数据的实时监测。
根据风荷载作用下输电杆塔的动力分析结果，进行加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器的布置，可以实现输电杆塔振动加速度、输电杆塔塔身动态应力应变、风荷载的三维风速风向的综合监测，能够自动、实时采集测量数据并进行无线远程传输和控制。该系统利用太阳能进行供电，并内置远程启动模块，适用于野外输电杆塔分布式监测。
在输电杆塔抗风减灾过程当中，获取实际输电杆塔结构在风荷载作用下的真实动力响应，对于正确进行抗风减灾的设备和方法的研究具有重要的意义和基础价值，是进行研究开发和结果验证的数据基础和直接手段。同时，对于输电杆塔的实时监测，可以了解输电杆塔结构的真实受力状态，对评估输电杆塔的安全可靠性以及评价现行输电线路抗风设计方法的适用性同样具有重要的价值。
附图说明
图1是本发明一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统构架示意图；
图2是本发明一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统组成示意图：
图中：1、输电杆塔，2、双向加速度传感器，3、三维风速风向传感器，4、应变传感器，5、采集系统，6、PVC管，7、屏蔽线缆，8、太阳能供电系统；
图3是本发明输电杆塔的最大振动变形形态图；
图4是本发明输电杆塔加速度和内力对比图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
针对输电线路对其布置风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统，首先建立输电杆塔1的有限元模型，进行风荷载作用下的动力响应分析，得出输电杆塔1振动加速度及动应变最大的位置，同时分析出输电杆塔1的低阶振动频率；分析结果表明，输电杆塔1的最大振动变形形态如图3，加速度和内力对比图如图4，可以看出，输电杆塔1顶部的振动位移及加速度最大，输电杆塔1底部受到的弯矩最大，即相应的应力应变最大。在本实施例中在输电杆塔1顶部安装量程为±50m/s（5g）的双向加速度传感器2，同时在输电杆塔1顶部布置1个量程为60m/s以上的三维风速风向传感器3，在输电杆塔1底部截面环向等间距布置8个量程为±3000的应变传感器4；在靠近输电杆塔1中下部位置固定采集系统5和太阳能供电系统8；在输电杆塔塔身布置PVC管6，从PVC管6中穿入屏蔽线缆7并将双向加速度传感器2、三维风速风向传感器3、应变传感器4分别与采集系统5连接；太阳能供电系统的太阳能板对准中午1点钟的太阳方向，由此则建立了风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统，采集系统可以通过移动4G网络与远程客户端连接以实现对监测系统进行控制。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统，其特征在于：包括加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器、采集系统、供电系统；所述加速度传感器布置于输电杆塔顶部；所述应变传感器布置于输电杆塔底部；所述风速风向传感器布置于输电杆塔顶部；所述采集系统、供电系统布置于输电杆塔上；所述加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器分别与采集系统连接并由供电系统供电。
2.根据权利要求1所述的一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统，其特征在于：所述加速度传感器为双向加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统，其特征在于：所述风速风向传感器为三维风速风向传感器；量程为60m/s以上。
4.根据权利要求1所述的一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统，其特征在于：所述采集系统利用无线传输至远程客户端。
5.根据权利要求1所述的一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统，其特征在于：所述供电系统为太阳能供电系统。
6.一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统的应用，其特征在于：包括以下步骤：
（1）建立输电杆塔的有限元模型，进行风荷载作用下的动力响应分析，得出输电杆塔振动加速度及动应变最大的位置，同时分析出输电杆塔的低阶振动频率；
（2）将加速度传感器布置于输电杆塔顶部；
（3）将应变传感器布置于输电杆塔底部；
（4）将风速风向传感器布置于杆塔顶部；
（5）将加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器与采集系统连接，采集系统由供电系统供电。
7.根据权利要求6所述的一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统的应用，其特征在于：所述步骤（2）还包括在加速度传感器安装处加装屏蔽保护罩。
8.根据权利要求6所述的一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统的应用，其特征在于：所述步骤（3）应变传感器布置于输电杆塔底部截面并环向等间距布置若干个；布置方向为沿输电杆塔表面的竖向。
9.根据权利要求6所述的一种风荷载作用下输电杆塔动力响应监测系统的应用，其特征在于：所述步骤（5）将加速度传感器、应变传感器、风速风向传感器与采集系统利用屏蔽线缆连接；所述屏蔽线缆利用PVC管进行保护；所述PVC管沿输电杆塔塔身进行固定，所述屏蔽线缆从PVC管中穿行布设。
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