CN107677300A - 一种输电导线脱冰试验模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电导线脱冰试验模拟装置及方法，所述装置包括固定卡环、异形电磁铁以及管状外壳，所述固定卡环与异形电磁铁的上部通过可拆卸连接方式进行连接，用于将异形电磁铁通过固定卡环悬挂在试验导线上；所述异形电磁铁的下部与管状外壳通过电磁吸附连接，所述异形电磁铁通过接入电流的大小调节电磁吸附力；所述管状外壳内部填装填充物，所述管状外壳用于模拟不同厚度、不同密度的覆冰；所述方法指根据模拟需求向各个管状外壳里填充固体颗粒并设置各异形电磁铁的吸附力，将各个装置布置在试验导线上，按照模拟需求控制相应的异形电磁铁断开，使对应管状外壳脱落，测量记录模拟脱冰时试验导线的张力和位移，进而研究导线脱冰动力特性。
Description
技术领域
本发明涉及高压输电领域，更具体地，涉及一种输电导线脱冰试验模拟装置及方法。
背景技术
设置在重冰区的输电线路会因天气原因而结冰和脱冰，而输电线路脱冰会引起导线及地线的大幅振动，对线路结构产生潜在危害，在重冰区的输电线路设计过程中，实际线路无论是自身材料特性还是设计条件均比较复杂，开展导线脱冰模拟试验是获取导线脱冰跳跃特性极为有效的研究方法。
现有的输电导线脱冰试验中，无论是针对单导线还是分裂导线，其覆冰载荷模拟均采用在导线上特定位置悬挂集中质量块的方式实现。但是，先前文献及专利中所用质量块体积较大且通过绳索与导线连接，占用空间较大，尤其在模拟分裂导线束因子导线不均匀覆冰或不同步脱冰而发生大幅扭转运动等复杂脱冰工况时，若采用以往方法则不同子导线下悬挂的绳索和质量块会相互干涉，影响导线束正常运动，这与真实的脱冰工况存在显著差异，无法准确获取分裂导线束的脱冰动力响应特性。而对于脱冰过程的模拟有使用电磁铁控制集中质量块释放的方式，但均使固定点的单个电磁铁随重物一起掉落，且采用拉绳悬挂重物，使得覆冰模拟载荷与导线之间的距离较远，接触面极小，难以实现导线均匀覆冰的近似模拟，且并未考虑覆冰形式及其密度变化问题。同时，在以往的导线脱冰试验中，所有的覆冰模拟载荷释放控制过程，均通过预先设定脱冰的数量、模式和位置(称之为“初始脱冰”)，仅把初始脱冰作为引起导线振动的起因，进而研究系统的衰减振动特性，无法实现有更多覆冰在衰减振动过程中会被“甩掉”的脱冰工况，即无法对诱发脱冰的工况进行模拟。
发明内容
为了解决背景技术存在的现有脱冰模拟试验存在的上述问题，本发明提供了一种输电导线脱冰试验模拟装置及方法，所述装置及方法通过圆弧曲面与试验导线接触，增大了接触面积，同时通过调整管状外壳内填充物模拟真实覆冰密度及厚度，通过对异形电磁铁的控制模拟真实冰与导线的作用力，以达到真实脱冰模拟；
所述一种输电导线脱冰试验模拟装置包括：
固定卡环，所述固定卡环与异形电磁铁的上部通过可拆卸连接方式进行连接，所述固定卡环卡合在试验导线上，固定卡环用于将异形电磁铁通过固定卡环悬挂在试验导线上；
异形电磁铁，所述异形电磁铁的下部与管状外壳通过电磁吸附连接，所述异形电磁铁通过接入电流的大小调节电磁吸附力；
管状外壳，所述管状外壳为中空结构，管状外壳内部填装填充物，所述管状外壳用于模拟不同厚度、不同密度的覆冰。
进一步的，所述固定卡环的两端有固定平面、中间部分为圆弧曲面，所述圆弧曲面曲率半径与试验导线外径相同，圆弧曲面用于与试验导线相卡合；所述固定卡环与异形电磁铁的可拆卸连接是通过螺栓连接，所述固定卡环两端固定平面均设置有通孔，所述通孔与异形电磁铁上部对应位置的螺纹孔相适应，用于使圆弧曲面卡合试验导线固定在异形电磁铁上部；
进一步的，所述管状外壳为铁磁性材料，管状外壳表面质量及管壁厚度满足异形电磁铁额定吸附力的要求；
进一步的，所述异形电磁铁下部为内凹的圆弧曲面，所述管状外壳为圆柱状，所述异形电磁铁下部的内凹圆弧曲面曲率半径与管状外壳圆柱的截面半径相等；
进一步的，所述所述异形电磁铁下部与管状外壳的顶部均为平面，两平面根据电磁吸附力进行吸附；
进一步的，所述异形电磁铁均匀布置在管状外壳上，异形电磁铁的数量根据管状外壳长度确定，异形电磁铁的数量至少为2个；
进一步的，所述管状外壳内部的填充物为按照覆冰厚度及密度需求进行配比的固体颗粒的混合物，使管状外壳内部不同位置的密度为相同的或不同的；所述固体颗粒包括沙土、钢珠以及泡沫；
进一步的，所述试验导线为单导线或分裂导线，所述试验导线为分裂导线时，所述装置布置在分裂导线子导线上，且装置与装置之间、装置与子导线间无干涉；
一种输电导线脱冰试验模拟方法包括：
步骤1，根据模拟需求的覆冰密度及重量向各个管状外壳里填充固体颗粒；
步骤2，根据需求设置各个异形电磁铁的吸附力，将管状外壳吸附在对应的异形电磁铁上；
步骤3，将多个脱冰模拟装置布置在试验导线上；
步骤4，按照模拟需求控制相应的异形电磁铁断开，对应的管状外壳脱落；
步骤5，测量记录模拟脱冰时试验导线的张力和位移；
进一步的，所述管状外壳内部的填充物为按照覆冰厚度及密度需求进行配比的固体颗粒的混合物，使管状外壳内部不同位置的密度为相同的或不同的；所述固体颗粒包括沙土、钢珠以及泡沫；
进一步的，所述多个脱冰模拟装置布置在试验导线上，布置间距是相等或不相等的；所述试验导线包括单导线以及分裂导线，布置在分裂导线上的多个脱冰模拟装置间互不干涉；
进一步的，所述测量导线的张力是指在导线端部设置拉力传感器测量导线张力，所述测量导线的位移指在导线中部设置加速度传感器或位移传感器测量导线位移。
本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种输电导线脱冰试验模拟装置及方法，提供了一种更真实的模拟实际覆冰及脱冰情况的模拟装置及方法，所述装置及方法通过圆弧曲面与试验导线接触，增大了接触面积，更接近真实覆冰时导线的受力情况；所述装置及方法通过调整管状外壳内填充物，模拟真实覆冰情况的密度及厚度分布；通过对异形电磁铁的控制模拟各种情况下真实覆冰与导线间的作用力，同时可通过对电磁铁的控制模拟覆冰的诱发脱冰，为准确获取输电线路的脱冰动力特性提供了先进可靠的试验方法。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为本发明具体实施方式的一种输电导线脱冰试验模拟装置的结构图；
图2为图1中A-A处的剖面示意图；
图3为本发明具体实施方式的一种输电导线脱冰试验模拟方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为本发明具体实施方式的一种输电导线脱冰试验模拟装置的结构图；图2为图1中A-A处的剖面示意图；所述一种输电导线脱冰试验模拟装置用于模拟不同密度不同厚度的真是覆冰情况、脱冰情况以及各情况下对导线的影响，所述装置包括：固定卡环1、螺栓2、异形电磁铁3、橡胶塞4、填充物6以及管状外壳7，图中还包括试验导线5；
所述固定卡环1与异形电磁铁3的上部通过可拆卸连接方式进行连接，本实施例中，所述可拆卸的连接方式为使用螺栓2进行连接固定，所述固定卡环1的两端有固定平面且中间部分为圆弧曲面，所述固定卡环圆弧曲面曲率半径与试验导线5的外径相同，所述异形电磁铁上部为与固定卡环圆弧曲面对应的内凹的圆弧曲面，所述异形电磁铁上部圆弧曲面的曲率半径与试验导线外径相同，所述固定卡环圆弧曲面与异形电磁铁上部圆弧曲面将试验导线完全包裹，所述固定卡环两端固定平面均设置有通孔，所述通孔与异形电磁铁上部对应位置的螺纹孔相适应，螺栓2通过通孔与异形电磁铁上的螺纹孔相紧固，使圆弧曲面卡合试验导线固定在异形电磁铁上部；
优选地，所述可拆卸的连接方式还可以为卡合连接；
所述异形电磁铁下部为内凹的圆弧曲面，所述管状外壳7为圆柱状，所述异形电磁铁下部的内凹圆弧曲面曲率半径与管状外壳圆柱的截面半径相等；所述管状外壳7为中空结构，管状外壳7内部填装填充物，所述管状外壳7用于模拟不同厚度、不同密度的覆冰。在本实施例中，所述管状外壳7两端由橡胶塞4密封，中间装有固体颗粒填充物6；所述异形电磁铁3的下部与管状外壳7通过电磁吸附连接，异形电磁铁3通过接入电流的大小调节电磁吸附力；所述异形电磁铁内部有线圈，所述线圈通电后产生磁场，所述磁场在电磁铁下部的内凹圆弧曲面上分布的电磁吸力是均匀的；
优选的，所述所述异形电磁铁3的下部与管状外壳7的顶部均为平面，两平面根据电磁吸附力进行吸附；
进一步的，所述管状外壳7为铁磁性材料，管状外壳表面质量及管壁厚度满足异形电磁铁额定吸附力的要求；所述异形电磁铁的恶性吸附力要求是指管状外壳表面质量需光滑无毛刺，且管壁厚度不能低于特定值，如异形电磁铁的额定吸力为10kg，如要保证达到额定吸附力，要求管壁厚度不少于5mm；
进一步的，所述管状外壳7内部的填充物为按照覆冰厚度及密度需求进行配比的固体颗粒的混合物，使管状外壳内部不同位置的密度为相同的或不同的；所述固体颗粒包括沙土、钢珠以及泡沫；
进一步的，所述异形电磁铁3均匀布置在管状外壳上，异形电磁铁3 的数量根据管状外壳长度确定，异形电磁铁3的数量至少为2个；如图2 所示，在本实施例中，异形带磁铁3数量为2个；
进一步的，所述试验导线5为单导线或分裂导线，所述试验导线5为分裂导线时，所述装置布置在分裂导线子导线上，且装置与装置之间、装置与子导线间无干涉；
图3为本发明具体实施方式的一种输电导线脱冰试验模拟方法的流程图；所述一种输电导线脱冰试验模拟方法根据模拟需求设置所述装置模拟实际的覆冰及脱冰情况，将所述装置放置在试验导线上进行脱冰模拟试验，根据模拟脱冰时导线各参数变化研究导线脱冰动力特性；同时本方法根据对模拟需求的设置，可展开对诱发脱冰情况的研究，所述方法包括：
步骤301，根据模拟需求的覆冰密度及重量向各个管状外壳里填充固体颗粒；本实施例所用试验导线为子导线个数为8的分裂导线，所述分裂导线各子导线编号依次为SC01至SC08，每个子导线对应4个脱冰模拟装置，在子导线编号为SC01至SC04的各子导线上的脱冰模拟装置的管状外壳内安装5kg的固体颗粒填充物；在子导线编号为SC05至SC08的各子导线上的脱冰模拟装置的管状外壳内安装8kg的固体颗粒填充物；
进一步的，根据模拟需求，同一子导线上各脱冰模拟装置管状外壳内填充物的重量是相同的或不同的；固体颗粒填充物在同一管状外壳内的位置分布根据模拟需求进行布置；
步骤302，根据需求设置各个异形电磁铁的吸附力，将管状外壳吸附在对应的异形电磁铁上；本实施例中，将所有脱冰模拟装置的异形电磁铁的吸力均设置为10kg；进一步的，根据模拟需求，各模拟装置异形电磁铁的吸力设置是相同的或不同的；
步骤303，将多个脱冰模拟装置布置在试验导线上；在本实施例中，将每个子导线对应的4个脱冰模拟装置依次等间距的布置在子导线上；各装置间互补干涉；进一步的，根据模拟需求，各子导线上布置的脱冰模拟装置是等间距的或不等间距的；
步骤304，按照模拟需求控制相应的异形电磁铁断开，对应的管状外壳脱落；在本实施例中，控制时SC01至SC04上所有的异形电磁铁全部断电，对应的管状外壳全部脱落，同时观察SC05至SC08上各模拟覆冰，即管状外壳是否会被动的诱发脱落；
步骤305，测量记录模拟脱冰时试验导线的张力和位移；并记录各管状外壳脱落的次序和规律，未后续的理论研究提供服务；
进一步的，所述管状外壳内部的填充物为按照覆冰厚度及密度需求进行配比的固体颗粒的混合物，使管状外壳内部不同位置的密度为相同的或不同的；所述固体颗粒包括沙土、钢珠以及泡沫；
进一步的，所述试验导线还可以是单导线；
进一步的，所述测量导线的张力是指在导线端部设置拉力传感器测量导线张力，所述测量导线的位移指在导线中部设置加速度传感器或位移传感器测量导线位移。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种输电导线脱冰试验模拟装置，所述装置包括：
固定卡环，所述固定卡环与异形电磁铁的上部通过可拆卸连接方式进行连接，所述固定卡环卡合在试验导线上，固定卡环用于将异形电磁铁通过固定卡环悬挂在试验导线上；
异形电磁铁，所述异形电磁铁的下部与管状外壳通过电磁吸附连接，所述异形电磁铁通过接入电流的大小调节电磁吸附力；
管状外壳，所述管状外壳为中空结构，管状外壳内部填装填充物，所述管状外壳用于模拟不同厚度、不同密度的覆冰。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固定卡环的两端有固定平面、中间部分为圆弧曲面，所述圆弧曲面曲率半径与试验导线外径相同，圆弧曲面用于与试验导线相卡合；所述固定卡环与异形电磁铁的可拆卸连接是通过螺栓连接，所述固定卡环两端固定平面均设置有通孔，所述通孔与异形电磁铁上部对应位置的螺纹孔相适应，用于使圆弧曲面卡合试验导线固定在异形电磁铁上部。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述管状外壳为铁磁性材料，管状外壳质量及管壁厚度满足异形电磁铁额定吸附力的要求。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述异形电磁铁下部为内凹的圆弧曲面，所述管状外壳为圆柱状，所述异形电磁铁下部的内凹圆弧曲面曲率半径与管状外壳圆柱的截面半径相等。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述所述异形电磁铁下部与管状外壳的顶部均为平面，两平面根据电磁吸附力进行吸附。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述异形电磁铁均匀布置在管状外壳上，异形电磁铁的数量根据管状外壳长度确定，异形电磁铁的数量至少为2个。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述管状外壳内部的填充物为按照覆冰厚度及密度需求进行配比的固体颗粒的混合物，使管状外壳内部不同位置的密度为相同的或不同的；所述固体颗粒包括沙土、钢珠以及泡沫。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述试验导线为单导线或分裂导线，所述试验导线为分裂导线时，所述装置布置在分裂导线子导线上，且装置与装置之间、装置与子导线间无干涉。
9.一种输电导线脱冰试验模拟方法，所述方法包括：
步骤1，根据模拟需求的覆冰密度及重量向各个管状外壳里填充固体颗粒；
步骤2，根据需求设置各个异形电磁铁的吸附力，将管状外壳吸附在对应的异形电磁铁上；
步骤3，将多个脱冰模拟装置布置在试验导线上；
步骤4，按照模拟需求控制相应的异形电磁铁断开，对应的管状外壳脱落；
步骤5，测量记录模拟脱冰时试验导线的张力和位移。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述管状外壳内部的填充物为按照覆冰厚度及密度需求进行配比的固体颗粒的混合物，使管状外壳内部不同位置的密度为相同的或不同的；所述固体颗粒包括沙土、钢珠以及泡沫。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述多个脱冰模拟装置布置在试验导线上，布置间距是相等或不相等的；所述试验导线包括单导线以及分裂导线，布置在分裂导线上的多个脱冰模拟装置间互不干涉。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述测量导线的张力是指在导线端部设置拉力传感器测量导线张力，所述测量导线的位移指在导线中部设置加速度传感器或位移传感器测量导线位移。
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