CN108760206A - 一种输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法，通过设计诱发脱冰振动模拟实验平台分析覆冰输电线路的脱冰振动，建立塔线平台；设计覆冰脱冰模拟控制系统和信息采集方案，完成诱发脱冰振动模拟实验平台的构建；利用建立的诱发脱冰振动模拟实验平台研究孤立档单导线的诱发脱冰响应；分析输电线路脱冰动态过程的跳跃高度、脱冰率的变化规律。本发明根据不同的覆冰厚度和临界加速度值设置了实验工况，对单档导线的诱发脱冰响应进行模拟实验，通过实验结果进一步分析输电线路脱冰的动态过程。

Description

一种输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法

技术领域

本发明属于电网技术领域，特别涉及一种输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法。

背景技术

架空线路、绝缘子串、铁杆出现不同程度的覆冰后，在白天气温升高情况下或采用人为除冰方法，将会发生不同程度的脱冰现象，包括整档脱冰、部分脱冰、不均匀脱冰等。

覆冰脱落时架空导线承受瞬时冲击力，将覆冰时储存的势能转化为动能，从而发生上下振荡，若遭遇横风，导线还会左右摇摆。大幅度长时间的导线振荡会引发电气事故和机械事故，导线振荡时导线之间的安全距离减小，可能引发电气事故，比如闪络、烧伤、烧断。同时导线振荡过程中动态张力的不断变化也可能引发机械事故，比如拉力过大引起的绝缘子串断裂、金具的损坏和不平衡力过大引起的铁杆倒塔、输电线路断股或断线等。架空导线脱冰引起的振荡不容忽视，有必要对输电线路脱冰引发的安全性影响进行分析。但目前并未出现相应的模拟系统或方法方便对此进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输电线路诱发脱冰振动模拟实验的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法，其特征在于，设计诱发脱冰振动模拟实验平台分析覆冰输电线路的脱冰振动，具体步骤为：

步骤1、建立塔线平台；

步骤2、设计覆冰脱冰模拟控制系统和信息采集方案，完成诱发脱冰振动模拟实验平台的构建；

步骤3、利用建立的诱发脱冰振动模拟实验平台研究孤立档单导线的诱发脱冰响应；

步骤4、分析输电线路脱冰动态过程的跳跃高度、脱冰率的变化规律。

优选地，步骤1建立塔线平台的具体步骤为：

步骤1-1、选取导线等高悬挂于两侧铁杆；

步骤1-2、输电线路悬挂集中荷载模拟覆冰；

步骤1-3、铁杆一端固定住，末端与紧线器连接，紧线器固定在铁杆上，通过调节紧线器实现对钢铝绞线弧垂的调节，并根据不同的覆冰厚度等效重量悬挂相应的重物模拟。

优选地，步骤1-3中覆冰质量计算公式为：

G＝π/4*ρ(D²-d²)*10^-6

式中，ρ为覆冰密度；D为覆冰后输电线路直径；D为覆冰前输电线路直径；G为单位长度覆冰质量。

优选地，步骤2中所述的设计覆冰脱冰模拟控制系统和信息采集方案的具体步骤为：

步骤2-1、采用电磁铁控制的方式控制集中荷载的脱落；电磁铁选用吸盘式电磁铁，在通电状态下产生较强劲的吸附力，通过控制导线上通电的电磁铁断电来控制重物的释放，模拟覆冰的脱落。

步骤2-2、输电线路振动的实时变化过程中，采用拉力传感器进行导线张力变化的测量，拉力传感器一端与线路铰接，另一端与吊环螺栓连接，并固定在一侧铁杆上；悬挂重物处布置高灵敏度竖向加速度传感器，初始时刻释放最左端悬挂重物，线路开始振动，各悬挂点处的加速度传感器检测其竖向加速度大小，中间悬挂点处布置位移传感器，检测中间点的跳跃高度；所有传感器将信号输入数据采集系统进行分析，其中，拉力传感器经张力放大器再接入数据采集系统。

优选地，步骤3中所述的研究孤立档单导线的诱发脱冰响应的步骤为：

步骤3-1、按照步骤2设计好的信息采集方案安装各个传感器，连接电路；

步骤3-2、开启数据采集系统、数显仪表，设置参数；

步骤3-3、根据水平仪和紧线器调节弧垂，由拉力传感器采集的信号获得导线张力，通过两者关系验证试验模型线形的准确性；

步骤3-4、根据实验工况将对应重量的重物与不通电的电磁铁连接，吸合在输电导线上通电的电磁铁上，模拟覆冰情况；

步骤3-5、根据实验工况设置各个电磁铁的断电对应的加速度值，模拟覆冰脱落；

步骤3-6、先剪断最左侧悬挂荷载的连接线，制造融冰后的初始冰脱落，开始实验，采集信号并控制电磁铁，记录荷载释放情况，分析采集的数据。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明设计了诱发脱冰振动模拟实验平台，能够通过现场试验的方法研究分析输电线路诱发脱冰振动的动态响应，为实际工程中输电线路动态响应过程分析及抑制提供参考。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的控制系统连接示意图

图2为本发明的数据采集方案示意图。

图3为本发明的覆冰输电线路实验模型示意图。

图4为本发明的电磁铁控制释放系统图。

图5为本发明的信息采集装置布置示意图。

图6为本发明的实验、仿真找形结果对比图。

图7为本发明的实验、仿真中间点竖向加速度结果对比图。

图8为本发明的场景A-1实验和仿真结果对比图。

图9为本发明的场景B-3实验和仿真结果对比图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的一种输电线路诱发脱冰振动模拟实验的方法，包括如下步骤：

步骤1、建立塔线平台；

步骤2、设计覆冰脱冰模拟控制系统和信息采集方案，完成诱发脱冰振动模拟实验平台的构建；

步骤3、利用建立的诱发脱冰振动模拟实验平台研究孤立档单导线的诱发脱冰响应；

步骤4、分析输电线路脱冰动态过程的跳跃高度、脱冰率的变化规律。

进一步的实施例中，步骤1建立塔线平台的具体步骤为：

步骤1-1、选取导线等高悬挂于两侧铁杆；

步骤1-2、输电线路悬挂集中荷载模拟覆冰；

步骤1-3、铁杆一端固定住，末端与紧线器连接，紧线器固定在铁杆上，通过调节紧线器实现对钢铝绞线弧垂的调节，并根据不同的覆冰厚度等效重量悬挂相应的重物模拟。

进一步的实施例中，步骤1-3中覆冰质量计算公式为：

G＝π/4*ρ(D²-d²)*10^-6

式中，ρ为覆冰密度；D为覆冰后输电线路直径；D为覆冰前输电线路直径；G为单位长度覆冰质量。

进一步的实施例中，步骤2中所述的设计覆冰脱冰模拟控制系统和信息采集方案的具体步骤为：

步骤2-1、采用电磁铁控制的方式控制集中荷载的脱落；电磁铁选用吸盘式电磁铁，在通电状态下产生较强劲的吸附力，通过控制导线上通电的电磁铁断电来控制重物的释放，模拟覆冰的脱落。

步骤2-2、输电线路振动的实时变化过程中，采用拉力传感器进行导线张力变化的测量，拉力传感器一端与线路铰接，另一端与吊环螺栓连接，并固定在一侧铁杆上；悬挂重物处布置高灵敏度竖向加速度传感器，初始时刻释放最左端悬挂重物，线路开始振动，各悬挂点处的加速度传感器检测其竖向加速度大小，中间悬挂点处布置位移传感器，检测中间点的跳跃高度；所有传感器将信号输入数据采集系统进行分析，其中，拉力传感器经张力放大器再接入数据采集系统。

进一步的实施例中，步骤3中所述的研究孤立档单导线的诱发脱冰响应的步骤为：

步骤3-1、按照步骤2设计好的信息采集方案安装各个传感器，连接电路；

步骤3-2、开启数据采集系统、数显仪表，设置参数；

步骤3-3、根据水平仪和紧线器调节弧垂，由拉力传感器采集的信号获得导线张力，通过两者关系验证试验模型线形的准确性；

步骤3-4、根据实验工况将对应重量的重物与不通电的电磁铁连接，吸合在输电导线上通电的电磁铁上，模拟覆冰情况；

步骤3-5、根据实验工况设置各个电磁铁的断电对应的加速度值，模拟覆冰脱落；

步骤3-6、先剪断最左侧悬挂荷载的连接线，制造融冰后的初始冰脱落，开始实验，采集信号并控制电磁铁，记录荷载释放情况，分析采集的数据。

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种输电线路诱发脱冰振动模拟实验的方法，包括如下步骤：

步骤1、建立塔线平台以模拟覆冰输电线路的脱冰动态响应。

步骤1-1、选取导线型号为JKLJY-10/50，等高悬挂于两侧铁杆。

步骤1-2、输电线路悬挂集中荷载模拟覆冰。

步骤1-3、如图4所示，铁杆一端固定住，另一端连接弧垂调节装置，不同工况下调整钢铝绞线的弧垂，根据不同的覆冰厚度等效重量悬挂相应的重物模拟。

步骤2、设计覆冰脱冰模拟控制系统和信息采集方案。

步骤2-1、利用电磁铁断电控制，重物与电磁铁连接，吸附于固定在输电导线上的铁片上，电磁铁断电后重物释放。

步骤2-2、输电导线脱冰振动时位移、导线张力、加速度都是快速变化的，因此在输电导线上布置信息采集装置，进行多个测点的信息采集，测点布置图如图5。

步骤3、研究孤立档单导线的诱发脱冰响应。

步骤3-1、使用拉力传感器采集张力。传感器内部的弹性元件会在外力的作用下发生弹性变形，导致电阻应变片发生变形并产生电阻的变化，经由测量电路将物理信号转化为可以采集的电信号。

步骤3-2、将位移传感器安装在导线中间点，测量输电线路脱冰动态过程中的位移。

步骤3-3、通过加速度传感器采集加速度信号传给数据采集、控制系统，实时控制模拟覆冰的脱落。

步骤3-4、传感器采集的信号输入到数据采集系统进行离散化和数字化，再接入计算机进行分析处理。

步骤3-5、利用电磁铁和继电器来实现输电线路振动过程中的诱发脱冰效应模拟。电磁铁选择吸盘式电磁铁，继电器控制通过数显控制仪表实现，外加开关电源和连接导线组成控制电路。

步骤4、分析输电线路脱冰动态过程的跳跃高度、脱冰率的变化规律。

图3所示为覆冰输电线路实验模型示意图，线路上通过悬挂集中荷载的方式模拟覆冰，根据不同的覆冰厚度等效重量悬挂相应的重物模拟，根据信息采集方案判断加速度等数据变化，并利用电磁铁控制的方式控制重物的释放模拟覆冰脱落。本实施例以10kV的导线JKLJY-10/50为对象，档距为32m，高差为0m，导线参数如表1所示。

表1导线参数

实验工况设定如表2所示。

表2实验工况设定

模拟实验之前，首先进行输电线路覆冰初始位置验证，以场景A-1为例，实验与仿真分析的结果对比如图6所示。然后对在该场景覆冰脱落过程中采集的加速度信号进行验证，实验与仿真的中间点竖向加速度对比结果如图7所示。

根据设定的实验工况进行模拟实验，实验结果和相同场景的仿真结果对比如表3所示，场景A-1、B-3下实验和仿真中间点时程位移曲线结果对比图分别如分别如图8、图9所示。

表3实验与仿真结果对比

随着覆冰厚度的增加，初始脱冰引起更加剧烈的振动，诱发脱冰的脱冰率更高，同时脱冰临界加速度值越小，诱发脱冰的脱冰率越高，并且中间点的跳跃高度更大。

从实验结果可以看出，采集的加速度信号与仿真结果趋势一致、基本吻合，在周期和幅值上略有偏差，因此采集系统得到的加速度信号可靠，可以据此进行实验并对实验结果进行分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法，其特征在于，设计诱发脱冰振动模拟实验平台分析覆冰输电线路的脱冰振动，具体步骤为：

步骤1、建立塔线平台；

步骤2、设计覆冰脱冰模拟控制系统和信息采集方案，完成诱发脱冰振动模拟实验平台的构建；

步骤3、利用建立的诱发脱冰振动模拟实验平台研究孤立档单导线的诱发脱冰响应；

步骤4、分析输电线路脱冰动态过程的跳跃高度、脱冰率的变化规律。

2.根据权利要求1所述的输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法，其特征在于，步骤1建立塔线平台的具体步骤为：

步骤1-1、选取导线等高悬挂于两侧铁杆；

步骤1-2、输电线路悬挂集中荷载模拟覆冰；

步骤1-3、铁杆一端固定住，末端与紧线器连接，紧线器固定在铁杆上，通过调节紧线器实现对钢铝绞线弧垂的调节，并根据不同的覆冰厚度等效重量悬挂相应的重物模拟。

3.根据权利要求2所述的输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法，其特征在于，步骤1-3中覆冰质量计算公式为：

G＝π/4*ρ(D²-d²)*10^-6

式中，ρ为覆冰密度；D为覆冰后输电线路直径；D为覆冰前输电线路直径；G为单位长度覆冰质量。

4.根据权利要求1所述的输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法，其特征在于，步骤2中所述的设计覆冰脱冰模拟控制系统和信息采集方案的具体步骤为：

步骤2-1、采用电磁铁控制的方式控制集中荷载的脱落；电磁铁选用吸盘式电磁铁，通过控制导线上通电的电磁铁断电来控制重物的释放，模拟覆冰的脱落；

步骤2-2、输电线路振动的实时变化过程中，采用拉力传感器进行导线张力变化的测量，拉力传感器一端与线路铰接，另一端与吊环螺栓连接，并固定在一侧铁杆上；悬挂重物处布置高灵敏度竖向加速度传感器，初始时刻释放最左端悬挂重物，线路开始振动，各悬挂点处的加速度传感器检测其竖向加速度大小，中间悬挂点处布置位移传感器，检测中间点的跳跃高度；所有传感器将信号输入数据采集系统进行分析，其中，拉力传感器经张力放大器再接入数据采集系统。

5.根据权利要求1所述的输电线路诱发脱冰振动模拟实验方法，其特征在于，步骤3中所述的研究孤立档单导线的诱发脱冰响应的步骤为：

步骤3-1、按照步骤2设计好的信息采集方案安装各个传感器，连接电路；

步骤3-2、开启数据采集系统、数显仪表，设置参数；

步骤3-3、根据水平仪和紧线器调节弧垂，由拉力传感器采集的信号获得导线张力，通过两者关系验证试验模型线形的准确性；

步骤3-4、根据实验工况将对应重量的重物与不通电的电磁铁连接，吸合在输电导线上通电的电磁铁上，模拟覆冰情况；

步骤3-5、根据实验工况设置各个电磁铁的断电对应的加速度值，模拟覆冰脱落；

步骤3-6、先剪断最左侧悬挂荷载的连接线，制造融冰后的初始冰脱落，开始实验，采集信号并控制电磁铁，记录荷载释放情况，分析采集的数据。