CN109269744B - 一种架空输电线路低温振动疲劳测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种架空输电线路低温振动疲劳测试装置和方法，所述装置包括由张拉端和固定端组成的加载组件、设于所述张拉端和所述固定端间的低温箱、设于所述低温箱下方的振动台和数据采集处理系统；所述振动台的振动臂贯穿所述低温箱的下底；所述张拉端的导线连接处和所述固定端的导线连接处等高且分别高于所述低温箱的下底、低于所述低温箱的上底。本发明提供的测试装置能够有效模拟极端低温环境下架空输电导线的振动状态并能够分析低温条件对导线振动应变力水平的影响，最终用于低温条件下导线选型，大大提高输电导线的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及低温振动对架空输电线路的影响，具体涉及一种架空输电线路低温振动疲劳测试装置和方法。
背景技术
构建全球能源互联网是今后发展的重要方向之一。北极和赤道地区与世界其他地区的环境差别巨大，如极地极寒地区的温度低至-40℃～-60℃、赤道高温地区的最高温度接近60℃、沿海地区的湿度大而且腐蚀性强等。上述极端环境是开展全球能源互联网建设务必考虑的问题，相关问题的解决是成功实现全球能源互联的关键环节之一。
目前输电线路应对常温环境条件的相关技术手段已经臻于成熟。但输电线路设计经验能否满足极端环境条件尚无把握。因此，有必要深入研究极寒地区输电线路导线动态特性，为极端环境下输电线路工程设计与运维提供技术支撑。
因此需要提供一种架空输电线路低温振动疲劳测试装置来满足现有技术的不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明设计了一种架空输电线路低温振动疲劳测试装置和方法；加载组件能够将所述待测导线张紧使其模拟架空输电线路中导线的力学状态，低温箱能够将待测导线周围环境调整至低温状态以模拟极端环境的温度，振动台能够带动所述待测导线按一定要求进行振动，数据采集处理系统能够采集处理所述待测导线的振动参数；上述部分组合而成的测试装置能够有效模拟极端低温环境下架空输电导线的振动状态并能够分析低温条件对导线振动应变力水平的影响，最终用于低温条件下导线选型，大大提高输电导线的使用寿命。
本发明的目的是通过下述方法进行实现的：
本发明提供了一种架空输电线路低温振动疲劳试验装置，所述装置包括由张拉端和固定端组成的加载组件、设于所述张拉端和所述固定端间的低温箱、设于所述低温箱下方的振动台和数据采集处理系统；
所述振动台的振动臂贯穿所述低温箱的下底；
所述张拉端的导线连接处和所述固定端的导线连接处等高且分别高于所述低温箱的下底、低于所述低温箱的上底。
优选的，所述张拉端包括张拉平台、设于所述张拉平台纵向外侧的油源和设于所述油源上方的油缸；
所述张拉平台的纵向两端上方分别设有对称的定位框架和定位板；所述定位框架为数目大于等于2的直角三角架，所述直角三角架的一条直角边与所述张拉平台连接，所述定位板固定于所述直角三角架的另一直角边上；所述定位板与所述张拉平台的纵向侧边平行；两个所述定位板上分别设有同轴的空位孔；
所述油缸的液压杆与所述张拉杆同轴连接，所述张拉杆分别贯穿两个定位孔；所述张拉杆的前端与所述拉力传感器连接，所述拉力传感器的另一端用于与待测导线连接。
优选的，所述张拉平台、所述油源分别与地面固定连接。
优选的，所述拉力传感器与电子显示屏幕通讯连接，所述电子显示屏幕实时显示所述拉力传感器所测的拉力值。
优选的，所述张拉杆上均匀地设有与其同轴的环状凹槽；张紧导线过程中，将凹槽调至所述定位板后方，向所述凹槽内放置挡块用以限制所述张拉杆轴向位置。
优选的，所述固定端包括与地面固定连接且横向设置的固定板以及对称设于所述固定板两侧的斜杆；
所述斜杆两端分别与地面和固定板固定连接；
所述固定板设有与所述定位孔同轴的固定孔；所述固定孔内设有用于与待测导线连接的连接金具。
优选的，所述低温箱纵向两侧分别设有导线固定架；所述固定架包括与地面固定连接的固定台和设于所述固定台上的夹板组件；所述夹板组件包括两个横向设置的夹板，所述夹板内侧分别设有凹槽；两个夹板固定于一起时，两个凹槽所组成的孔与所述定位孔同轴。
优选的，所述低温箱纵向两侧壁分别设有与所述定位孔同轴的导线通孔；所述低温箱的上方设有可以开合的上盖。
优选的，所述低温箱的纵向长度大于等于所述待测导线的有效档距。
优选的，所述数据采集处理系统包括用于连接于导线测其振幅的加速度传感器、用于连接于导线测其应变的应变片和分别与所述加速度传感器和所述应变片通讯连接且用于处理数据的计算机。
基于同一发明思路，本发明还提供了一种上述架空输电线路低温振动疲劳测试装置的测试方法，所述方法包括下述步骤：
(1)通过加载组件将贯穿低温箱的的待测导线张紧至预设张力后将所述振动台的振动壁与所述待测导线连接并调整所述低温箱的温度至测试温度；
(2)低温箱内温度稳定于测试温度后通过振动台按测试要求振动待测导线；
(3)待测导线的振动稳定于测试要求后通过数据采集处理系统采集其振动参数并每隔相同时间检查其是否出现疲劳断股情况；
(4)出现疲劳断股情况后根据造成疲劳断股的时间区间内的振动参数确定待测导线的抗疲劳特性。
优选的，所述步骤(1)前还包括按下述方法制备待测导线：
在符合测试长度的线段两端外分别用强力卡箍卡住以防止线层间移动；
静置一段时间后从所述线段两端切断并取下所述线段作为待测导线。
优选的，所述预设张力根据待测导线计算拉断力和预设比例确定。
优选的，所述通过加载组件将贯穿低温箱的的待测导线张紧至预设张力包括：
通过所述油缸控制所述张拉杆向前伸展至最大长度后将所述待测导线的一端与所述拉力传感器的另一端固定连接；
将所述待测导线的另一端与所述连接金具固定连接后通过所述油缸控制所述张拉杆后退并观察所述拉力传感器的显示值，所述显示值达到所述预设张力后停止后退；
停止后退后向定位板后方的所述张拉杆的凹槽内放置挡块用以限制所述张拉杆轴向位置。
优选的，
所述通过加载组件将贯穿低温箱的的待测导线张紧至预设张力和所述将所述振动台的振动壁与所述待测导线连接间包括：
将所述待测导线放置于两个夹板间；
将所述待测导线与所述凹槽间依次放置柔性垫片和弧形垫块；
将两个夹板固定以夹持固定导线。
优选的，所述通过振动台按测试要求振动待测导线包括使用振动台按照测试要求的振幅和次数振动所述待测导线。
优选的，所述通过振动台按测试要求振动待测导线前包括：
使用振动台振动按照测试要求的振幅和次数的振动所述待测导线并观察其是否闭环；
闭环则将振动控制在一个半波长的范围内，并获得振幅最大和应变最大的位置，停止振动后在所述振幅最大的位置安装用于测试振幅的加速度传感器，在所述应变最大的位置安装用于测试应变的应变片；
开环则分别检查测试要求和振动台，测试要求不合理则调整测试要求，振动台有故障则校对振动台，直至实现闭环并按照闭环时的步骤操作。
优选的，所述通过数据采集处理系统采集其振动参数包括：
所述加速度传感器采集振幅并将其发送至计算机；
所述应变片采集应变并将其发送至所述计算机；
所述计算机接收所述振幅和所述应变后对其进行加窗、滤波和幅频变换处理，并将原始数据和处理后的数据进行存储。
优选的，所述根据造成疲劳断股的时间区间内的振动参数确定待测导线的抗疲劳特性包括：
当检查所述待测导线时出现了疲劳断股情况，确定上次检查至此次检查间的时间为造成疲劳断股的时间区间；
调取所述时间区间内的振动参数，具备上述振动参数的振动对低温状态的所述待测导线具备损坏作用。
与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的技术方案，加载组件能够将所述待测导线张紧使其模拟架空输电线路中导线的力学状态，低温箱能够将待测导线周围环境调整至低温状态以模拟极端环境的温度，振动台能够带动所述待测导线按一定要求进行振动，数据采集处理系统能够采集处理所述待测导线的振动参数；上述部分组合而成的测试装置能够有效模拟极端低温环境下架空输电导线的振动状态并能够分析低温条件对导线振动应变力水平的影响，最终用于低温条件下导线选型，大大提高输电导线的使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1：本发明提供的测试装置的结构示意图；
图2：本发明提供的测试装置的俯视图；
附图标记：1-张拉平台，2-油源，3-油缸，4-张拉杆，5-拉力传感器，6-低温箱，7-低温箱支架，8-振动台，9-待测导线，10-固定端，11-导线固定架。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
如图1至图2所示，本实施例提供了一种架空输电线路低温振动疲劳试验装置，所述装置包括由张拉端和固定端10组成的加载组件、设于所述张拉端和所述固定端10间的低温箱6、设于所述低温箱6下方的振动台8和用于采集待测导线振动数据的数据采集处理系统；
所述振动台8的振动臂贯穿所述低温箱6的下底；
所述张拉端的导线连接处和所述固定端10的导线连接处等高且分别高于所述低温箱6的下底、低于所述低温箱6的上底；
所述加载组件最大可提供100KN的张力。
所述张拉端包括张拉平台1、设于所述张拉平台1纵向外侧的油源2和设于所述油源2上方的油缸3；
所述张拉平台1的纵向两端上方分别设有对称的定位框架和定位板；所述定位框架为数目大于等于2的直角三角架，所述直角三角架的一条直角边与所述张拉平台1连接，所述定位板固定于所述直角三角架的另一直角边上；所述定位板与所述张拉平台1的纵向侧边平行；两个所述定位板上分别设有同轴的空位孔；
所述油缸3的液压杆与所述张拉杆4同轴连接，所述张拉杆4分别贯穿两个定位孔；所述张拉杆4的前端与所述拉力传感器5连接，所述拉力传感器5的另一端用于与待测导线9连接.
所述拉力传感器5与电子显示屏通讯连接，可从所述电子显示屏中观测所述拉力传感器5所测的拉力值。
所述张拉平台1、所述油源2分别与地面固定连接。
所述张拉杆4上均匀地设有与其同轴的环状凹槽；张紧导线过程中，将凹槽调至所述定位板后方，向所述凹槽内放置挡块用以限制所述张拉杆4轴向位置。
所述固定端10包括与地面固定连接且横向设置的固定板以及对称设于所述固定板两侧的斜杆；
所述斜杆两端分别与地面和固定板固定连接；
所述固定板设有与所述定位孔同轴的固定孔；所述固定孔内设有用于与待测导线9连接的连接金具。
所述低温箱6纵向两侧分别设有导线固定架11；所述固定架11包括与地面固定连接的固定台和设于所述固定台上的夹板组件；所述夹板组件包括两个横向设置的夹板，所述夹板内侧分别设有凹槽；两个夹板固定于一起时，两个凹槽所组成的孔与所述定位孔同轴。
所述低温箱6的两端下方分别设有低温箱支架7，所述振动台8设于两个所述低温箱支架7间。
所述低温箱6纵向两侧壁分别设有与所述定位孔同轴的导线通孔；所述低温箱6的上方设有可以开合的上盖；所述待测导线9通过导线通孔贯穿所述低温箱6；所述低温箱6的长为4m、宽为3m、高为3m，因此所述待测导线9处于低温环境中的长度为4m，所述低温箱6的纵向长度大于等于所述待测导线9的有效档距；即所述待测导线9的有效档距小于4m；所述低温箱6的最低温度可降至-60℃。
所述数据采集处理系统包括用于连接于待测导线9测其振幅的加速度传感器、用于连接于待测导线9测其应变的应变片和分别与所述加速度传感器和所述应变片通讯连接且用于处理数据的计算机。
所述振动台8的激振力不小于2KN，频率范围为5～4000Hz，具有闭环和开环的控制功能，且具有良好的抗疲劳性能。
实施例2
基于同一发明思路，本发明还提供了一种上述架空输电线路低温振动疲劳测试装置的测试方法，所述方法包括下述步骤：
(1)通过加载组件将贯穿低温箱6的的待测导线9张紧至预设张力后将所述振动台8的振动壁与所述待测导线9连接并调整所述低温箱6的温度至测试温度；
(2)低温箱6内温度稳定于测试温度后通过振动台8按测试要求振动待测导线9；
(3)待测导线9的振动稳定于测试要求后通过数据采集处理系统采集其振动参数并每隔相同时间检查其是否出现疲劳断股情况；
(4)出现疲劳断股情况后根据造成疲劳断股的时间区间内的振动参数确定待测导线9的抗疲劳特性。
所述步骤(1)前还包括按下述方法制备待测导线9：
在符合测试长度的线段两端外分别用强力卡箍卡住以防止线层间移动；
静置一段时间后从所述线段两端切断并取下所述线段作为待测导线9；本实施例中所述导线的长度为7.9m。
所述预设张力根据待测导线9计算拉断力和预设比例确定，预设比例为20～30％；本实施例中预设张力为待测导线9计算拉断力的25％。
所述通过加载组件将贯穿低温箱6的的待测导线9张紧至预设张力包括：
通过所述油缸3控制所述张拉杆4向前伸展至最大长度后将所述待测导线9的一端与所述拉力传感器5的另一端固定连接；
将所述待测导线9的另一端与所述连接金具固定连接后通过所述油缸3控制所述张拉杆4后退并观察所述拉力传感器5的显示值，所述显示值达到所述预设张力后停止后退；
停止后退后向定位板后方的所述张拉杆4的凹槽内放置挡块用以限制所述张拉杆4轴向位置。
为了避免待测导线9蠕动造成张力变小，用挡块固定张拉杆4轴向位置前，可在张力达到预设张力后观察一段时间，如果变小，则通过张拉杆4调整，如此反复几次，直至张力值稳定后再固定。
所述油源2、油缸3和张拉杆4使用前要对其电气连接和机械结构进行检查，并试运行检测其是否故障，如有故障则需排除。
所述通过加载组件将贯穿低温箱6的的待测导线9张紧至预设张力和所述将所述振动台8的振动壁与所述待测导线9连接间包括：
将所述待测导线9放置于两个夹板间；
将所述待测导线9与所述凹槽间依次放置柔性垫片和弧形垫块；
将两个夹板用贯穿二者的螺栓拧紧固定以夹持固定导线。
所述通过振动台8按测试要求振动待测导线9包括使用振动台8按照测试要求的振幅和次数振动所述待测导线9。
所述通过振动台8按测试要求振动待测导线8前包括：
使用振动台8按照测试要求的振幅和次数振动所述待测导线9并观察其是否闭环；
闭环则将振动控制在一个半波长的范围内，并获得振幅最大和应变最大的位置，停止振动后在所述振幅最大的位置安装用于测试振幅的加速度传感器，在所述应变最大的位置安装用于测试应变的应变片；
开环则分别检查测试要求和振动台，测试要求不合理则调整测试要求，振动台有故障则校对振动台，直至实现闭环并按照闭环时的步骤操作。
所述通过数据采集处理系统采集其振动参数包括：
所述加速度传感器采集振幅并将其发送至计算机；
所述应变片采集应变并将其发送至所述计算机；
所述计算机接收所述振幅和所述应变后对其进行加窗、滤波和幅频变换处理，并将原始数据和处理后的数据进行存储。
所述根据造成疲劳断股的时间区间内的振动参数确定待测导线的抗疲劳特性包括：
当检查所述待测导线时出现了疲劳断股情况，确定上次检查至此次检查间的时间为造成疲劳断股的时间区间；
调取所述时间区间内的振动参数，具备上述振动参数的振动对低温状态的所述待测导线9具备损坏作用。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (5)
1.一种架空输电线路低温振动疲劳试验装置，其特征在于，所述装置包括由张拉端和固定端组成的加载装置、设于所述张拉端和所述固定端间的低温箱、设于所述低温箱下方的振动台和数据采集处理系统；
所述振动台的振动壁贯穿所述低温箱的下底；
所述张拉端的导线连接处和所述固定端的导线连接处等高且分别高于所述低温箱的下底、低于所述低温箱的上底；
所述张拉端包括张拉平台、设于所述张拉平台纵向外侧的油源和设于所述油源上方的油缸；
所述张拉平台的纵向两端上方分别设有对称的定位框架和定位板；所述定位框架为数目大于等于2的直角三角架，所述直角三角架的一条直角边与所述张拉平台连接，所述定位板固定于所述直角三角架的另一直角边上；所述定位板与所述张拉平台的纵向侧边平行；两个所述定位板上分别设有同轴的空位孔；
所述油缸的液压杆与张拉杆同轴连接，所述张拉杆分别贯穿两个定位孔；所述张拉杆的前端与拉力传感器连接，所述拉力传感器的另一端用于与待测导线连接；
所述张拉平台、所述油源分别与地面固定连接；
所述张拉杆上均匀地设有与其同轴的环状凹槽；张紧导线过程中，将凹槽调至所述定位板后方，向所述凹槽内放置挡块用以限制所述张拉杆轴向位置；
所述固定端包括与地面固定连接且横向设置的固定板以及对称设于所述固定板两侧的斜杆；
所述斜杆两端分别与地面和固定板固定连接；
所述固定板设有与所述定位孔同轴的固定孔；所述固定孔内设有用于与待测导线连接的连接金具；
所述低温箱纵向两侧分别设有导线固定架；所述固定架包括与地面固定连接的固定台和设于所述固定台上的夹板组件；所述夹板组件包括两个横向设置的夹板，所述夹板内侧分别设有凹槽；两个夹板固定于一起时，两个凹槽所组成的孔与所述定位孔同轴。
2.根据权利要求1所述的一种架空输电线路低温振动疲劳试验装置，其特征在于，所述低温箱纵向两侧壁分别设有与所述定位孔同轴的导线通孔；所述低温箱的上方设有可以开合的上盖。
3.根据权利要求1所述的一种架空输电线路低温振动疲劳试验装置，其特征在于，所述低温箱的纵向长度大于所述待测导线的有效档距。
4.一种如权利要求1～3任一项所述架空输电线路低温振动疲劳试验 装置的测试方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)通过加载组件将贯穿低温箱的待测导线张紧至预设张力后将所述振动台的振动壁与所述待测导线连接并调整所述低温箱的温度至测试温度；
(2)低温箱内温度稳定于测试温度后通过振动台按测试要求振动待测导线；
(3)待测导线的振动稳定于测试要求后通过数据采集处理系统采集其振动参数并每隔相同时间检查其是否出现疲劳断股情况；
(4)出现疲劳断股情况后根据造成疲劳断股的时间区间内的振动参数确定待测导线的抗疲劳特性；
所述通过加载组件将贯穿低温箱的待测导线张紧至预设张力包括：
通过所述油缸控制所述张拉杆向前伸展至最大长度后将所述待测导线的一端与所述拉力传感器的另一端固定连接；
将所述待测导线的另一端与所述连接金具固定连接后通过所述油缸控制所述张拉杆后退并观察所述拉力传感器的显示值，所述显示值达到所述预设张力后停止后退；
停止后退后向定位板后方的所述张拉杆的凹槽内放置挡块用以限制所述张拉杆轴向位置。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述预设张力根据待测导线计算拉断力和预设比例确定。
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| 架空输电线路大跨越导线微风振动试验;汪峰 等;《重庆大学学报》;20180131;第41卷(第1期);第1节 * |
| 输电线路钢芯铝绞线疲劳试验研究;秦力 等;《水电能源科学》;20130825;第31卷(第8期);第1节 * |
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