CN107101711A - 一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法 - Google Patents

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姜岚
杨骐
张宇娇
智李
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    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
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Abstract

一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，步骤1：获取屏蔽环振动视频；步骤2：振动视频的图像分帧；步骤3：振动参考点的相对位置像素宽度值记录；步骤4：数据处理：根据步骤3记录的数据，绘制振动参考点A的像素宽度值‑时间关系曲线，通过像素宽度值‑时间关系曲线计算出屏蔽环的振动平均周期，从而得到特高压输电线路屏蔽环的振动频率。本发明提供的一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，可以解决特高压输电线路屏蔽环结构振动频率无法带电监测的问题，对特高压输电线路屏蔽环在带电状态下实现非接触振动频率识别，步骤简单、精确度高。

Description

一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法
技术领域
本发明涉及振动识别领域，尤其是一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法。
背景技术
硬跳线屏蔽环是特高压交流输电线路上的一种电场屏蔽装置，位于硬跳线与软跳线连接部位。在已建成的特高压交流线路中，频繁发现硬跳线屏蔽环在风激励下振动，并出现振动断裂，已经威胁到了特高压线路的安全运行。
现有资料显示，屏蔽环的电气性能研究已较为成熟，而力学性能研究极少。要分析屏蔽环断裂机理，必须了解屏蔽环力学特性尤其是振动频率。目前获得结构振动频率的通用方法是通过接触式位移、速度、加速度传感器获得振动信息并进行参数识别。然而该方法不能用于特高压输电线路(±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上交流电的电压等级输送电能)屏蔽环结构振动频率的带电监测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，可以解决特高压输电线路屏蔽环结构振动频率无法带电监测的问题，对特高压输电线路屏蔽环在带电状态下实现非接触振动频率识别，步骤简单、精确度高。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，
步骤1：获取屏蔽环振动视频：在铁塔横担上固定摄像器材，选择光照良好，背景明亮，屏蔽环振动效应显著的时间段进行振动视频的采集；
步骤2：振动视频的图像分帧：在步骤1获得的屏蔽环振动视频中提取一段图像稳定的视频进行分解，提取出各帧图像按拍摄时间进行顺序编号；
步骤3：振动参考点的相对位置像素宽度值记录：在屏蔽环上选择一个振动参考点A，对步骤2得到的各帧图像上的振动参考点A的位置进行标记，测量并记录各帧图像上的振动参考点A对应位置的像素宽度值；
步骤4：数据处理：根据步骤3记录的数据，绘制振动参考点A的像素宽度值-时间关系曲线，通过像素宽度值-时间关系曲线计算出屏蔽环的振动平均周期从而得到特高压输电线路屏蔽环的振动频率
步骤1中，摄像器材的分辨率不低于800万像素，拍摄速度每秒不低于24帧，采用对焦模式对屏蔽环进行拍摄，每段视频拍摄时长不低于5分钟。
步骤2中，提取进行分解的视频长度不少于8秒。
步骤3中，在屏蔽环上选择一个具有显著振动效应和灰度区分度的参考点做为振动参考点A，对步骤2得到的各帧图像上的振动参考点A的位置进行标记。
步骤4中，特高压输电线路屏蔽环的振动频率的计算方法如下：
步骤4-1：在像素宽度值-时间关系曲线中读取曲线上各个周期数峰值对应的时刻ti，则
Ti＝ti-ti-1 (2)
式(2)中，i为周期个数，为从1到N之间增量为1变化的整数；N为在像素宽度值-时间关系曲线中总的周期个数；Ti为第i个振动周期的周期值；ti为第i个周期结束时刻，ti-1为第i个周期的开始时刻，
计算每个周期的周期值Ti，按时间顺序记录每个周期对应的周期值Ti；
步骤4-2：根据式(3)计算屏蔽环的振动平均周期
式(3)中，i为周期个数，为从1到N之间增量为1变化的整数；N为在像素宽度值-时间关系曲线中总的周期个数；Ti为第i个振动周期的周期值；ti为第i个周期结束时刻，ti-1为第i个周期的开始时刻；
步骤4-3：根据式(4)计算特高压输电线路屏蔽环的振动频率
为步骤4-2计算得到的屏蔽环的振动平均周期。
本发明提供的一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，有益效果如下：
1、可以解决特高压输电线路屏蔽环结构振动频率无法带电监测的问题，对特高压输电线路屏蔽环在带电状态下实现非接触振动频率识别，步骤简单、精确度高。
2、对拍摄器材无特殊要求，可用高端专用照相摄影器材，也可以采用普通摄像机。
3、对测试环境无特殊要求，仅需选择光照良好，背景明亮，屏蔽环振动效应显著的时间段进行即可。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明实施例步骤2所获得的振动视频的第一帧图像；
图2为本发明实施例步骤2所获得的振动视频的第二帧图像；
图3为本发明实施例步骤2所获得的振动视频的最后一帧图像；
图4为本发明实施例步骤3在图像中所找到的振动参考点A的示意图；
图5为本发明实施例步骤3中图像中所找到的振动参考点A的标记图；
图6为本发明实施例步骤4绘制的像素宽度值-时间关系曲线；
图7为本发明实施例步骤4-1绘制的周期-周期数关系曲线。
具体实施方式
实施例
以1000kV特高压输电线路南荆一回管型硬跳线屏蔽环为例：
1000kV南荆一回管型硬跳线屏蔽环位于50m高铁塔上，常年带电运行，无法直接采用接触式加速度传感器对其进行振动参数识别。现场仅能获得一段屏蔽环振动视频，视频格式为mp4格式。经研究确定硬跳线屏蔽环的断裂由涡激共振引起，属于振动问题。现需要得到得到屏蔽环的振动频率，以此为依据进行结构动力学分析和结构改进。
一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，
步骤1：获取屏蔽环振动视频：在铁塔横担上固定摄像器材，选择光照良好，背景明亮，屏蔽环振动效应显著的时间段进行振动视频的采集；
摄像器材的分辨率不低于800万像素，拍摄速度每秒31帧，采用对焦模式对屏蔽环进行拍摄，每段视频拍摄时长不低于5分钟。
步骤2：振动视频的图像分帧：在步骤1获得的屏蔽环振动视频中提取9.7秒时长的图像稳定的视频进行分解，提取出各帧图像按拍摄时间进行顺序编号，共301张图像，如图1-3所示；
步骤3：在屏蔽环上选择一个具有显著振动效应和灰度区分度的参考点(例如位于屏蔽环半圆环体中间位置、支撑杆与环体连接部位颜色明显深于周围颜色)做为振动参考点A，如图4所示；
对步骤2得到的各帧图像上的振动参考点A的位置进行标记，如图5所示，分析中假定摄像器材处于绝对静止，测量并记录各帧图像上的振动参考点A对应位置的像素宽度值，
提取的视频每秒拍摄31帧图像，根据式(1)计算出两相邻帧图像之间的时间间隔为1/31秒。
式(1)中，Δt为相邻两帧图像之间的时间间隔；n为视频中每秒时间内的图像帧数；
记录每张图片的编号、拍摄时间、像素宽度值，列表如表1所示：
表1像素宽度--时间相关数据表
步骤4：数据处理：根据步骤3记录的数据，绘制振动参考点A的像素宽度值-时间关系曲线，如图6所示，通过像素宽度值-时间关系曲线计算出屏蔽环的振动平均周期从而得到特高压输电线路屏蔽环的振动频率
步骤4中，特高压输电线路屏蔽环的振动频率的计算方法如下：
步骤4-1：在像素宽度值-时间关系曲线中读取曲线上各个周期数峰值对应的时刻ti，记录数据如表2所示：
表2峰值对应时刻
则
Ti＝ti-ti-1 (2)
式(2)中，i为周期个数，为从1到N之间增量为1变化的整数；N为在像素宽度值-时间关系曲线中总的周期个数；Ti为第i个振动周期的周期值；ti为第i个周期结束时刻，ti-1为第i个周期的开始时刻，
计算每个周期的周期值Ti，按时间顺序记录每个周期对应的周期值Ti，如表3所示
表3周期数与周期值
根据记录的数据绘制周期-周期数曲线，如图7所示；
步骤4-2：根据式(3)计算屏蔽环的振动平均周期
式(3)中，i为周期个数，为从1到N之间增量为1变化的整数；N为在像素宽度值-时间关系曲线中总的周期个数；Ti为第i个振动周期的周期值；ti为第i个周期结束时刻，ti-1为第i个周期的开始时刻；
提取9.7秒长度的振动过程中算得平均周期为
步骤4-3：根据式(4)计算特高压输电线路屏蔽环的振动频率
为步骤4-2计算得到的屏蔽环的振动平均周期。

Claims (5)

1.一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，其特征在于：
步骤1：获取屏蔽环振动视频：在铁塔横担上固定摄像器材，选择光照良好，背景明亮，屏蔽环振动效应显著的时间段进行振动视频的采集；
步骤2：振动视频的图像分帧：在步骤1获得的屏蔽环振动视频中提取一段图像稳定的视频进行分解，提取出各帧图像按拍摄时间进行顺序编号；
步骤3：振动参考点的相对位置像素宽度值记录：在屏蔽环上选择一个振动参考点A，对步骤2得到的各帧图像上的振动参考点A的位置进行标记，测量并记录各帧图像上的振动参考点A对应位置的像素宽度值；
步骤4：数据处理：根据步骤3记录的数据，绘制振动参考点A的像素宽度值-时间关系曲线，通过像素宽度值-时间关系曲线计算出屏蔽环的振动平均周期从而得到特高压输电线路屏蔽环的振动频率
2.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，其特征在于：步骤1中，摄像器材的分辨率不低于800万像素，拍摄速度每秒不低于24帧，采用对焦模式对屏蔽环进行拍摄，每段视频拍摄时长不低于5分钟。
3.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，其特征在于：步骤2中，提取进行分解的视频长度不少于8秒。
4.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，其特征在于：步骤3中，在屏蔽环上选择一个具有显著振动效应和灰度区分度的参考点做为振动参考点A，对步骤2得到的各帧图像上的振动参考点A的位置进行标记。
5.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路屏蔽环的振动频率识别方法，其特征在于步骤4中，特高压输电线路屏蔽环的振动频率的计算方法如下：
步骤4-1：在像素宽度值-时间关系曲线中读取曲线上各个周期数峰值对应的时刻ti，则
Ti＝ti-ti-1 (2)
式(2)中，i为周期个数，为从1到N之间增量为1变化的整数；N为在像素宽度值-时间关系曲线中总的周期个数；Ti为第i个振动周期的周期值；ti为第i个周期结束时刻，ti-1为第i个周期的开始时刻，
计算每个周期的周期值Ti，按时间顺序记录每个周期对应的周期值Ti；
步骤4-2：根据式(3)计算屏蔽环的振动平均周期
<mrow> <mover> <mi>T</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(3)中，i为周期个数，为从1到N之间增量为1变化的整数；N为在像素宽度值-时间关系曲线中总的周期个数；Ti为第i个振动周期的周期值；ti为第i个周期结束时刻，ti-1为第i个周期的开始时刻；
步骤4-3：根据式(4)计算特高压输电线路屏蔽环的振动频率
<mrow> <mover> <mi>f</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mover> <mi>T</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
为步骤4-2计算得到的屏蔽环的振动平均周期。
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