CN107300414B - 一种带端部激励的舞动振荡平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带端部激励的舞动振荡平台，涉及输电线路技术领域。该带端部激励的舞动振荡平台中前滑轮支架和后滑轮支架之间具有一预设距离，待测试导线架设于前滑轮支架和后滑轮支架上的滑轮上，使得待测试导线在前滑轮支架上端和后滑轮支架上端之间的部分作为舞动导线部分，待测试导线在前滑轮支架上端垂下的部分作为激励导线部分，待测试导线在后滑轮支架上端垂下的部分作为尾端导线部分；电机动力系统经过拉力感应装置连接激励导线部分；卷扬机连接尾端导线部分；电机动力系统驱动激励导线部分进行往复运动，以使得舞动导线部分发生舞动振荡，从而模拟导线—杆塔系统中导线的实际舞动，以便于后续对导线舞动振荡的研究。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路技术领域，尤其涉及一种带端部激励的舞动振荡平台。
背景技术
目前，在输电线路技术领域中，研究人员对紧凑型输电线路舞动的防治工作已经开展了大量的研究，其主要集中在紧凑型线路不同期摇摆引发的故障、防舞配置方式、相间间隔棒及金具的结构材质等方面。尽管利用以上研究成果对紧凑型线路进行调节和设置取得了一定成果，但现有的成果仍难以抑制导线发生舞动，仅能保证输电线路尽量不发生相间放电。对于环境极为恶劣的区域，目前的导线防舞治理措施仍然存在失效的风险。
导线舞动的根本内因源于导线—杆塔体系的机械特征变化导致失稳，目前尚没有技术和方案来明确导线—杆塔系统本体影响舞动形态、特征的关键因素，此方面的试验研究尤其缺失。因此这也导致现有技术尚未有从系统本体角度避开舞动特征激励点的方式和方法。且由于对多种导线—杆塔体系的固有振荡特征并未掌握，也使得部分防舞方案无法做到因地制宜，导致部分线路的防舞措施失效。因此，研究导线—杆塔系统舞动的固有振荡特征是从根本上治理舞动的前提条件。如何模拟导线—杆塔系统中导线的实际舞动，成为了一个首先要解决的问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种带端部激励的舞动振荡平台，以模拟导线—杆塔系统中导线的实际舞动。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带端部激励的舞动振荡平台包括：作为端部激励的电机动力系统、拉力感应装置、待测试导线、前滑轮支架、后滑轮支架以及卷扬机；所述前滑轮支架和后滑轮支架之间具有一预设距离，所述待测试导线架设于所述前滑轮支架和后滑轮支架上的滑轮上，使得待测试导线在前滑轮支架上端和后滑轮支架上端之间的部分作为舞动导线部分，待测试导线在前滑轮支架上端垂下的部分作为激励导线部分，待测试导线在后滑轮支架上端垂下的部分作为尾端导线部分；所述电机动力系统经过所述拉力感应装置连接所述激励导线部分；所述卷扬机连接所述尾端导线部分；
所述电机动力系统，用于驱动所述激励导线部分进行往复运动，以使得舞动导线部分发生舞动振荡。
具体的，所述电机动力系统包括变频电源、异步电动机、变速箱、飞轮装置和偏心杆；所述变频电源与所述异步电动机连接，以控制异步电动机的输出频率；所述异步电动机的输出端与所述变速箱连接，所述变速箱的输出轴与所述飞轮装置的圆心连接，以使得变速箱的输出轴带动所述飞轮装置以预设转速转动；所述偏心杆的一端与所述飞轮装置固定连接，所述偏心杆的另一端通过钢丝绳与所述拉力感应装置连接。
具体的，所述飞轮装置的圆面上设置有用于与偏心杆的一端连接的多个连接点，各连接点到飞轮装置的圆心的距离不同；所述偏心杆的一端连接在所述连接点上，且所述偏心杆的延长线经过飞轮装置的圆心。
进一步的，所述卷扬机通过连接一弹簧系统与所述尾端导线部分连接。
进一步的，所述带端部激励的舞动振荡平台，还包括用于记录舞动导线部分发生舞动振荡的一至多个摄像装置；所述摄像装置通过互联网络或数据连接线与后台计算机连接。
进一步的，所述舞动导线部分上覆有模拟冰片。
具体的，所述模拟冰片在舞动导线部分呈D形结构，以模拟导线D形覆冰。
此外，所述模拟冰片由环氧树脂制成。
本发明实施例提供的带端部激励的舞动振荡平台，其包括：作为端部激励的电机动力系统、拉力感应装置、待测试导线、前滑轮支架、后滑轮支架以及卷扬机；所述前滑轮支架和后滑轮支架之间具有一预设距离，所述待测试导线架设于所述前滑轮支架和后滑轮支架上的滑轮上，使得待测试导线在前滑轮支架上端和后滑轮支架上端之间的部分作为舞动导线部分，待测试导线在前滑轮支架上端垂下的部分作为激励导线部分，待测试导线在后滑轮支架上端垂下的部分作为尾端导线部分；所述电机动力系统经过所述拉力感应装置连接所述激励导线部分；所述卷扬机连接所述尾端导线部分；这样电机动力系统可以驱动激励导线部分进行往复运动，以使得舞动导线部分发生舞动振荡，实现对导线—杆塔系统中导线的实际舞动进行模拟，以便于后续对导线舞动振荡的研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种带端部激励的舞动振荡平台的结构示意图一；
图2为本发明实施例中的电机动力系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中的飞轮装置、偏心杆和拉力感应装置的连接关系示意图；
图4为本发明实施例中的飞轮装置和偏心杆的连接示意图；
图5为本发明实施例提供的一种带端部激励的舞动振荡平台的结构示意图二；
图6为本发明实施例中的D形结构和D形覆冰的情况示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在研究本发明的过程中，发明人发现在导线-杆塔系统中，导线一般会发生三方面的舞动振荡，即垂直振荡(导线沿与地面垂直方向振荡)、横向振荡(导线沿与地面平行方向振荡)以及扭转振荡(导线绕其自身轴线或者分裂导线绕其分裂圆的中心线振荡)。为了研究这三方面的舞动振荡，可以对导线本体舞动的固有特性进行研究，还可以对典型输电导线结构、材料参数分析以得到多种参数对输电导线动力学行为的影响规律。
例如，根据下述公式(1)、(2)所示：
(1)f为固有频率；g为重力加速度；z0为导线中心点弧垂；
(2)z(x)为导线弧垂；ρ为导线密度；A为导线截面积；H0为轴向力；L为档距。
由公式(1)可知，导线的第j阶固有频率与导线中心点弧垂、重力加速度和j阶数有关。由公式(2)可知，导线弧垂与导线密度、导线截面积、重力加速度、轴向力、档距有关。因此，为了研究导线舞动振荡，可通过获取导线弧垂、导线密度、导线截面积、档距以及轴向力(即本发明实施例中的拉力传感器得到的值)，进而求得更多参数。同时，通过摄像装置记录整个舞动过程，得到导线舞动形态。基于以上数据即可研究测试若干种常用的典型单导线的振荡固有频率与易激发形态，以及形态、频率变化与刚度、弹性模量、质量、档距、张力等参数的具体关系；还可以对典型输电导线结构、材料参数分析以得到多种参数对输电导线动力学行为的影响规律；当然，进行这些研究的前提是先要然而，无论进行何种研究，均需要对导线的舞动振荡进行合适的模拟。而本发明的目的就在于对垂直振荡、横向振荡以及扭转振荡进行模拟。
如图1所示，本发明实施例提供一种带端部激励的舞动振荡平台10包括：作为端部激励的电机动力系统101、拉力感应装置102、待测试导线103、前滑轮支架104、后滑轮支架105以及卷扬机106；该前滑轮支架105和后滑轮支架106之间具有一预设距离(可以模拟杆塔之间的距离，例如200m等，前滑轮支架105和后滑轮支架106的高度可以为10m，但不仅局限于此)。所述待测试导线103架设于所述前滑轮支架105和后滑轮支架106上的滑轮107上，使得待测试导线103在前滑轮支架105上端和后滑轮支架106上端之间的部分作为舞动导线部分108，待测试导线103在前滑轮支架105上端垂下的部分作为激励导线部分109，待测试导线103在后滑轮支架106上端垂下的部分作为尾端导线部分110；所述电机动力系统101经过所述拉力感应装置102连接所述激励导线部分109，通过拉力感应装置102可以实时测量待测试导线所受到的拉力，即相当于轴向力；所述卷扬机106连接所述尾端导线部分110。
该电机动力系统101可以驱动所述激励导线部分109进行往复运动，以使得舞动导线部分108发生舞动振荡。
具体的，如图2和图3所示，该电机动力系统101包括变频电源201、异步电动机202、变速箱203、飞轮装置204和偏心杆205。所述变频电源201与所述异步电动机202连接，以控制异步电动机202的输出频率，例如改变变频电源201的频率从45Hz至75Hz，则异步电动机202的输出频率也会发生变化，此处的异步电动机202可以采用15kW的异步电动机。所述异步电动机202的输出端与变速箱203(例如可以采用1000:1的变速箱)连接，变速箱203的输出轴与飞轮装置204的圆心连接，以使得变速箱203的输出轴带动飞轮装置204以预设转速转动；所述偏心杆205的一端与所述飞轮装置204固定连接(可以采用螺栓螺母固定后再焊接的方式)，所述偏心杆205的另一端通过钢丝绳206与所述拉力感应装置102连接。这样飞轮装置204的转动会带动偏心杆205，从而拉动钢丝绳206和拉力感应装置102，使得激励导线部分109往复运动，以使得舞动导线部分108发生舞动振荡。这样，通过改变变频电源201的输出频率不同，从而可以模拟不同的舞动振荡情况。在本发明实施例中，待测试导线103可以采用LGJ-630/40型导线，其综合弹性模量可以达到61GPa。尽管待测试导线103的弹性模量较大，一般不易表现出弹性，但在受力合适的情况下，辅以持续的外部激励，其仍能表现出典型的弹性振荡情况，而导线的舞动就是该种振荡的表征形式。
具体的，如图4所示，所述飞轮装置204的圆面上设置有用于与偏心杆205的一端连接的多个连接点207，各连接点207到飞轮装置的圆心(即飞轮装置旋转时的中心点)的距离不同；所述偏心杆205的一端连接在一个连接点207上，且所述偏心杆205的延长线经过飞轮装置的圆心。这样，通过将偏心杆205的一端连接在不同的连接点207上，可以改变偏心杆205旋转时的偏心距，从而改变舞动导线部分108的舞动振荡情况。
进一步的，如图5所示，所述卷扬机106通过连接一弹簧系统111与所述尾端导线部分110连接。通过卷扬机106可以收紧或放松待测试导线103，以调节待测试导线103的弧垂等参数。
进一步的，如图5所示，所述带端部激励的舞动振荡平台10，还包括用于记录舞动导线部分108发生舞动振荡的一至多个摄像装置112，摄像装置112一般可以放置于实验场地的舞动导线部分108的两侧，或者正上方等，但不仅局限于此；所述摄像装置112通过互联网络或数据连接线与后台计算机113连接。这样，通过摄像装置112可以长时间记录导线的舞动振荡情况，并将舞动振荡情况数据传输到后台计算机113，以便于对舞动振荡情况数据的研究。
一般情况下，待测试导线103在0℃时承受的运行张力一般为20℃时的1.2-1.3倍。此时待测试导线的张力已经接近发生舞动的弹性振荡临界失稳点。如果此时待测试导线再受到一定的外部激励能量，则会发生失稳振荡。因此，如图6所示，本发明实施例采用在舞动导线部分108上覆有模拟冰片113，并通过异步电动机202给予外部激励，通过改变冰片的形态和质量来实现扭转振荡。
具体的，所述模拟冰片113在舞动导线部分呈D形结构，以模拟导线D形覆冰。此外，所述模拟冰片113由环氧树脂制成。图6中示出了D形结构和D形覆冰的情况，其中导线的半径为10.80mm，D形结构的半径为22.34mm。
本发明实施例可以通过改变变频电源201的频率，改变偏心杆205的一端的连接位置，或者改变待测试导线103受到的初始拉力来改变舞动导线部分的舞动振荡情况。
本发明实施例提供的带端部激励的舞动振荡平台，其包括：作为端部激励的电机动力系统、拉力感应装置、待测试导线、前滑轮支架、后滑轮支架以及卷扬机；所述前滑轮支架和后滑轮支架之间具有一预设距离，所述待测试导线架设于所述前滑轮支架和后滑轮支架上的滑轮上，使得待测试导线在前滑轮支架上端和后滑轮支架上端之间的部分作为舞动导线部分，待测试导线在前滑轮支架上端垂下的部分作为激励导线部分，待测试导线在后滑轮支架上端垂下的部分作为尾端导线部分；所述电机动力系统经过所述拉力感应装置连接所述激励导线部分；所述卷扬机连接所述尾端导线部分；这样电机动力系统可以驱动激励导线部分进行往复运动，以使得舞动导线部分发生舞动振荡，实现对导线—杆塔系统中导线的实际舞动进行模拟，以便于后续对导线舞动振荡的研究。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种带端部激励的舞动振荡平台，其特征在于，包括：作为端部激励的电机动力系统、拉力感应装置、待测试导线、前滑轮支架、后滑轮支架以及卷扬机；所述前滑轮支架和后滑轮支架之间具有一预设距离，所述待测试导线架设于所述前滑轮支架和后滑轮支架上的滑轮上，使得待测试导线在前滑轮支架上端和后滑轮支架上端之间的部分作为舞动导线部分，待测试导线在前滑轮支架上端垂下的部分作为激励导线部分，待测试导线在后滑轮支架上端垂下的部分作为尾端导线部分；所述电机动力系统经过所述拉力感应装置连接所述激励导线部分；所述卷扬机连接所述尾端导线部分；
所述电机动力系统，用于驱动所述激励导线部分进行往复运动，以使得舞动导线部分发生舞动振荡。
2.根据权利要求1所述的带端部激励的舞动振荡平台，其特征在于，所述电机动力系统包括变频电源、异步电动机、变速箱、飞轮装置和偏心杆；所述变频电源与所述异步电动机连接，以控制异步电动机的输出频率；所述异步电动机的输出端与所述变速箱连接，所述变速箱的输出轴与所述飞轮装置的圆心连接，以使得变速箱的输出轴带动所述飞轮装置以预设转速转动；所述偏心杆的一端与所述飞轮装置固定连接，所述偏心杆的另一端通过钢丝绳与所述拉力感应装置连接。
3.根据权利要求2所述的带端部激励的舞动振荡平台，其特征在于，所述飞轮装置的圆面上设置有用于与偏心杆的一端连接的多个连接点，各连接点到飞轮装置的圆心的距离不同；所述偏心杆的一端连接在所述连接点上，且所述偏心杆的延长线经过飞轮装置的圆心。
4.根据权利要求1所述的带端部激励的舞动振荡平台，其特征在于，所述卷扬机通过连接一弹簧系统与所述尾端导线部分连接。
5.根据权利要求1所述的带端部激励的舞动振荡平台，其特征在于，还包括用于记录舞动导线部分发生舞动振荡的一至多个摄像装置；所述摄像装置通过互联网络或数据连接线与后台计算机连接。
6.根据权利要求1所述的带端部激励的舞动振荡平台，其特征在于，所述舞动导线部分上覆有模拟冰片。
7.根据权利要求6所述的带端部激励的舞动振荡平台，其特征在于，所述模拟冰片在舞动导线部分呈D形结构，以模拟导线D形覆冰。
8.根据权利要求7所述的带端部激励的舞动振荡平台，其特征在于，所述模拟冰片由环氧树脂制成。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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