CN109839573A - 一种适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，包括：分裂导线模块(1)，包括平行设置的若干长绳(11)、间隔棒(12)和配重块(13)；反力架(2)，分别设置在所述长绳(11)两端，并牵引和拉伸所述长绳(11)；扭矩加载盘(3)；加载模块，包括与所述扭矩加载盘(3)对应设置的卷扬机(5)、可调节高度的托架(6)、细绳索(7)和力传感器(8)；单目测量模块，包括高频摄像机(4)及计算机(10)。本发明的有益效果是：多参数可调，适用研究范围广，针对初始张力、分裂数、分裂圆直径、间隔棒数目、档距等参数展开分裂导线翻转机理和翻转特性研究，可适用范围较广。

Description

一种适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统

技术领域

本申请属于输配电技术领域，尤其是涉及一种适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统。

背景技术

冰风联合作用易引发分裂导线大变形扭转，严重时可导致分裂导线翻转扭绞故障，使得金具损伤、导线断股甚至断线，进而造成停电事故。分析分裂导线翻转现象产生的机理，研究引发导线翻转的临界载荷条件及翻转自回复条件，并提出相应修复措施和预防措施，对高压输电线路乃至电网的安全稳定运行都有着重要的意义。

国内外针对分裂导线翻转扭绞故障的研究均较少，基于试验的研究则更少。理论而言，分裂导线的翻转故障多由大变形扭转引发，但现有实地调研资料仅记录了分裂导线翻转故障发生后的状态，尚未有对于整个翻转过程的完整记载。研究分裂导线翻转特性，基于实际线路进行加载试验，不便操作且成本高昂，不具有现实性；基于有限元数值模拟，则因现有通用有限元软件自身的局限，难以模拟分裂导线完整的翻转失稳过程，即便可实现，其计算所得结果是否真实仍需实测试验加以验证。

针对分裂导线翻转问题的研究主要基于理论及有限元数值模拟，而基于实际线路模拟导线翻转过程不具现实性，即便基于较小档距、较小垂度的线路可实现翻转过程的模拟，也存在着成本高昂、可操作性差等诸多局限。鉴于此，设计并制作室内的、适用于多分裂导线翻转故障研究的缩尺模型试验装置显得尤为必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种多参数可调、可操作性强、实用价值大的多分裂导线翻转故障研究的试验系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，包括：

分裂导线模块，包括平行设置的若干长绳、间隔棒和配重块，配置块均匀固设在所述长绳上，所述间隔棒位于所述若干长绳之间并连接不同所述长绳；

反力架，分别设置在所述长绳两端，并牵引和拉伸所述长绳；

扭矩加载盘，位于所述若干长绳之间并连接不同所述长绳，所述扭矩加载盘裹握所述长绳，所述扭矩加载盘上设有角度标记，所述扭矩加载盘圆周面上设有凹槽；

加载模块，包括与所述扭矩加载盘对应设置的卷扬机、可调节高度的托架、细绳索和力传感器，所述卷扬机固定在所述托架上并成对设置在所述分裂导线模块两侧，所述细绳索一端与所述扭矩加载盘连接并缠绕在所述凹槽内，另一端连接所述力传感器后再连接至所述卷扬机上；

单目测量模块，包括高频摄像机及计算机，所述高频摄像机拍摄分裂导线模块翻转全过程的视频数据并传输入所述计算机，计算机通过扭矩加载盘角度标记测算导线扭转角度。

在其中一个实施例中，所述长绳两端通过花篮螺丝挂设与所述反力架上。

在其中一个实施例中，所述间隔棒和扭矩加载盘采用轻质复合板材料。

在其中一个实施例中，所述配重块为厚壁钢管。

在其中一个实施例中，所述配重块通过沉头螺丝固定于所述长绳上，所述间隔棒通过细铁丝铰结于所述长绳上。

在其中一个实施例中，所述扭矩加载盘采用细铁丝绞结于所述长绳上。

在其中一个实施例中，缠绕在所述扭矩加载盘上的所述细绳索长度大于所述扭矩加载盘的两倍周长。

在其中一个实施例中，所述卷扬机加力时保持两侧同步、等增量加载。

在其中一个实施例中，所述长绳至少一端的反力架底部装有轮子。

在其中一个实施例中，所述反力架上设有锚固装置，用于将所述反力架与地面锚固，锚固的反力架为所述长绳提供竖向支承及水平张力。

本发明的有益效果是：多参数可调，适用研究范围广，针对初始张力、分裂数、分裂圆直径、间隔棒数目、档距等参数展开分裂导线翻转机理和翻转特性(包括翻转临界条件、自回复条件等)研究，可适用范围较广；本发明可于室内搭建，安装便捷，组件易于加工置备，实用性强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是本申请实施例的示意图；

图2是本申请实施例的俯视图；

图3是本申请实施例的近反力架局部示意图；

图4是本申请实施例的近反力架局部爆炸图；

图5是本申请实施例的长绳及配重块结构关系示意图；

图6是本申请实施例的长绳及配重块结构关系剖视图；

图7是本申请实施例的长绳及沉头螺丝结构关系剖视图；

图8是本申请实施例的扭矩加载盘及加载模块结构关系示意图；

图9是本申请实施例的扭矩加载盘的侧视图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

一种适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，包括：

分裂导线模块1，包括平行设置的若干长绳11、间隔棒12和配重块13，长绳11截面构造与实际钢芯铝绞线较为类似，但有着相对更强的承载能力和耐久性。配置块均匀固设在长绳11上，间隔棒12位于若干长绳11之间并连接不同长绳11；分裂导线模块1由缩尺子导线模型及间隔棒12模型共同构成导线-间隔棒12体系，缩尺子导线模型在本实施例中由长绳11组成，缩尺子导线模型上按需均匀布置配重块13以满足导线垂度及线密度和原导线相似关系要求；间隔棒12由轻质材料制作，具备一定抗弯刚度，且对模型子导线(任一长绳11)有足够握裹力。

反力架2，分别设置在长绳11两端，并牵引和拉伸长绳11。反力架2提供长绳11竖向支承及水平张力，所述反力架2高度满足长绳11垂度要求。

扭矩加载盘3，位于若干长绳11之间并连接不同长绳11，扭矩加载盘3裹握长绳11，扭矩加载盘3上设有角度标记，扭矩加载盘3圆周面上设有凹槽；扭矩加载盘3为根据导线分裂数(长绳11数)采用间隔棒12同材质制作的圆盘，其直径略大于模型导线分裂圆直径(长绳11集束直径)，试验时安装于模型导线的特定加载点处。扭矩加载盘3对于分裂导线结构体系的作用相当于间隔棒12，同样具有相应的抗弯刚度及子导线握裹力，可限制其在加载过程中可能发生的所在竖直面以外的运动。扭矩加载盘3表面设有角度标记，便于单目系统识别、标定，从而测算分裂导线模型的扭转角度。

加载模块，包括与扭矩加载盘3对应设置的卷扬机5、可调节高度的托架6、细绳索7和力传感器8，卷扬机5固定在托架6上并成对设置在分裂导线模块1两侧，细绳索7一端与扭矩加载盘3连接并缠绕在凹槽内，另一端连接力传感器8后再连接至卷扬机5上。其中，上述扭矩加载盘3两侧的细绳索7分别沿扭矩加载盘3的上下水平切线反向引出设置。在其中一个实施例中，一加载模块包括一对卷扬机5、若干细绳索7及一个力传感器8。试验通过卷扬机5加力实现对模型导线的扭矩加载，可牵引扭矩加载盘3及模型导线扭转一周(360°)以上，以此模拟分裂导线的翻转过程。力传感器8用于测定力偶力的大小，因二力平衡，力传感器8只需在任意一侧安装即可。上述托架6高度可调，以适应导线不同垂度及不同加载位置的工况。在其中一个实施例中，卷扬机5加力时，保持两侧同步、等增量加载。扭矩加载盘3和加载模块联合实现对分裂导线模型的扭矩加载。

以及单目测量模块，包括高频摄像机4及计算机10，高频摄像机4拍摄分裂导线模块1翻转全过程的视频数据并传输入计算机10，计算机10通过扭矩加载盘3角度标记测算导线扭转角度。高频摄像机4及其配套计算机10软、硬件组成单目测量模块，高频摄像机4用于拍摄模型导线翻转全过程的视频数据，单次试验完成后传输于配套计算机10，以备测算模型导线扭转角度。

本试验系统可参照原型线路便捷地调整试验模型设置，根据原型线路几何参数、原型与模型导线材料参数，结合试验场地条件，通过量纲分析法确定试验模型各相似系数，具备良好的可操作性和实用性。

为了便于调节长绳11牵拉状态，在其中一个实施例中，长绳11两端通过花篮螺丝9挂设与反力架2上。

在其中一个实施例中，间隔棒12和扭矩加载盘3采用轻质复合板材料，具备一定抗弯刚度，且对模型子导线有足够握裹力。

在其中一个实施例中，配重块13为厚壁钢管。以按需截取的厚壁钢管段作为配重块13，其内孔径略大于长绳11直径。

在其中一个实施例中，配重块13通过沉头螺丝14固定于长绳11上，以避免滑动，间隔棒12通过细铁丝铰结于长绳11上，以保证间隔棒12对模型子导线的充分握裹。

在其中一个实施例中，扭矩加载盘3采用细铁丝绞结于长绳11上，以保证扭矩加载盘3对模型子导线的充分握裹。

为使模型导线完全倾覆翻转时也能够对其翻转后的力学特性展开研究，在其中一个实施例中，缠绕在扭矩加载盘3上的细绳索7长度大于扭矩加载盘3的两倍周长。

在其中一个实施例中，卷扬机5加力时保持两侧同步、等增量加载，以形成力偶，力传感器8用于测定该力偶力的大小，扭矩加载盘3直径即为扭矩力臂。

在其中一个实施例中，长绳11至少一端的反力架2底部装有轮子。在其中一个实施例中，反力架2上设有锚固装置，用于将反力架2与地面锚固，如锚固螺栓或预应力钢筋锚固装置等，锚固的反力架2为长绳11提供竖向支承及水平张力。两反力架2其中一侧底部装有轮子，可根据需要沿导线档距方向移动，以此满足试验对分裂导线档距变化的工况要求，调整完毕后两侧均须充分锚固以防倾覆。

在其中一个实施例中，长绳11可以是不锈钢丝绳，或铝绳等。

本发明实施例应用于分裂导线翻转故障研究的步骤如下：

步骤10：根据原型线路几何参数、原型线路与导线模型材料参数，结合试验场地条件，通过量纲分析法确定试验系统各相似系数，原型线路几何参数包括档距、垂度、分裂圆直径，导线模型材料参数包括弹性模量、截面积、线密度；

步骤20：确定导线模型的初始水平张力及自重，设置满足承重及张拉要求的反力架2，调整档距后充分锚固反力架2，依据导线垂度及初始水平张力张拉导线模型；

步骤30：加装带有角度标记的扭矩加载盘3并联结加载模块进行加载试验，加载模块包括卷扬机5，设置单目测量模块，包括高频摄像机4及计算机10，高频摄像机4拍摄导线模型翻转全过程的视频数据并传输入计算机10，计算机10测算导线模型扭转角度；

步骤40：通过分级加载试验模拟原型线路翻转过程，处理对应的视频数据，结合分级加载步数据，绘制相应扭矩-扭转角关系曲线；

步骤50：重复步骤30至步骤40，依次进行加载试验，获取针对不同参数、不同工况下的扭矩-扭转角关系曲线。

在其中一个实施例中，步骤10中：根据试验场地条件确定导线模型的档距及垂度，确定几何相似系数，选定导线模型材质及规格，由导线模型弹性模量及截面积确定力相似系数，通过量纲分析法确定其余相似系数。

在其中一个实施例中，步骤20中：依据力相似系数及原型线路初始水平张力、线密度参数，确定导线模型的初始水平张力及自重，据此制作可满足张拉及承重要求的反力架2。

在其中一个实施例中，步骤20中还包括，导线模型中布置配重块13，使导线垂度f、子导线的线密度档距L及水平张力N满足关系由于导线模型往往采用不锈钢丝绳组成，仅凭其自重难以满足上述关系式，因此张拉时尚需增加其自重而布置配重块13。由相似系数可确定模型子导线的线密度，据此沿不锈钢丝绳均匀布置配重块13。在其中一个实施例中，以按需截取的厚壁钢管段作为配重块13，其内孔径略大于不锈钢丝绳直径。采用沉头螺丝14将配重块13固定于不锈钢丝绳上以避免其滑动。

在其中一个实施例中，步骤20中还包括，反力架2于导线模型两端各布置一座，其中一座底部装有轮子可供调整档距，即两反力架2间距，档距调整完毕后将两反力架2均充分锚固。

在其中一个实施例中，步骤20中还包括，张拉导线模型：导线模型一端连接花篮螺丝9后挂于反力架2上，依据导线垂度及水平张力确定线长，进而将导线模型另一端也通过花篮螺丝9挂于另一侧反力架2上，通过松紧花篮螺丝9进一步调节导线垂度及水平张力达到预定值，导线模型即张拉完毕。

在其中一个实施例中，步骤30中还包括，沿扭矩加载盘3水平切线反向向导线模型两侧引出两细绳索7，一侧直接连接相应侧加载模块的卷扬机5，另一侧则先连接力传感器8后再连接于相应侧的卷扬机5，卷扬机5带动扭矩加载盘3及导线模型转动，随着加载的进行，卷扬机5带动扭矩加载盘3及导线模型导线转动，牵引冗余的细绳索7可尽数收纳入卷扬机5中；每次试验开始前，开启单目测量模块，以视频数据的形式记录该次加载试验的完整过程。扭矩加载盘3亦采用细铁丝绞结于不锈钢丝绳上。为使导线模型完全倾覆翻转并能够对其翻转后的力学特性展开研究，缠绕在扭矩加载盘3上的细绳索7长度应大于扭矩加载盘3的两倍周长。试验时，卷扬机5须同步、等增量加载以形成力偶，力传感器8用于测定该力偶力的大小，扭矩加载盘3直径即为扭矩力臂。每次试验开始前，开启摄像机4，以视频数据的形式记录该次加载试验的完整过程。

在其中一个实施例中，步骤40中还包括，分级加载步数据中，卷扬机5加载外力时，待导线模型完全翻转后再逐级卸载外力，直至导线模型回复至初始状态。

在其中一个实施例中，步骤40中，单次试验完毕后，通过对视频数据中扭矩加载盘3的角度标记进行标定、测算，可得到扭矩加载盘3标定点即所处处的位移数据，由几何关系转换计算可得到扭矩加载盘3也即导线模型在相应各处的扭转角度。结合分级加载步数据，可得到单次加载试验所得导线模型的扭矩-扭转角关系曲线。

在其中一个实施例中，还包括有步骤60：综合分析扭矩-扭转角关系曲线，展开对分裂导线翻转机理及翻转特性的研究。

本发明的有益效果是：

多参数可调，适用研究范围广，针对初始张力、分裂数、分裂圆直径、间隔棒数目、档距等参数展开分裂导线翻转机理和翻转特性(包括翻转临界条件、自回复条件等)研究，可适用范围较广；本发明可于室内搭建，安装便捷，组件易于加工置备，实用性强。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，包括：

分裂导线模块(1)，包括平行设置的若干长绳(11)、间隔棒(12)和配重块(13)，配重块(13)均匀固设在所述长绳(11)上，所述间隔棒(12)位于所述若干长绳(11)之间并连接不同所述长绳(11)；

反力架(2)，分别设置在所述长绳(11)两端，并牵引和拉伸所述长绳(11)；

扭矩加载盘(3)，位于所述若干长绳(11)之间并连接不同所述长绳(11)，所述扭矩加载盘(3)裹握所述长绳(11)，所述扭矩加载盘(3)上设有角度标记，所述扭矩加载盘(3)圆周面上设有凹槽；

加载模块，包括与所述扭矩加载盘(3)对应设置的卷扬机(5)、可调节高度的托架(6)、细绳索(7)和力传感器(8)，所述卷扬机(5)固定在所述托架(6)上并成对设置在所述分裂导线模块(1)两侧，所述细绳索(7)一端与所述扭矩加载盘(3)连接并缠绕在所述凹槽内，另一端连接所述力传感器(8)后再连接至所述卷扬机(5)上；

单目测量模块，包括高频摄像机(4)及计算机(10)，所述高频摄像机(4)拍摄分裂导线模块(1)翻转全过程的视频数据并传输入所述计算机(10)，计算机(10)通过扭矩加载盘(3)角度标记测算导线扭转角度。

2.根据权利要求1所述的适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，所述长绳(11)两端通过花篮螺丝(9)挂设与所述反力架(2)上。

3.根据权利要求1或2所述的适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，所述间隔棒(12)和扭矩加载盘(3)采用轻质复合板材料。

4.根据权利要求1-3任一项所述的适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，所述配重块(13)为厚壁钢管。

5.根据权利要求1-4任一项所述的适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，所述配重块(13)通过沉头螺丝(14)固定于所述长绳(11)上，所述间隔棒(12)通过细铁丝铰结于所述长绳(11)上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，所述扭矩加载盘(3)采用细铁丝绞结于所述长绳(11)上。

7.根据权利要求1-6任一项所述的适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，缠绕在所述扭矩加载盘(3)上的所述细绳索(7)长度大于所述扭矩加载盘(3)的两倍周长。

8.根据权利要求1-7任一项所述的适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，所述卷扬机(5)加力时保持两侧同步、等增量加载。

9.根据权利要求1-8任一项所述的适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，所述长绳(11)至少一端的反力架(2)底部装有轮子。

10.根据权利要求9所述的适用于多分裂导线翻转故障研究的试验系统，其特征在于，所述反力架(2)上设有锚固装置，用于将所述反力架(2)与地面锚固，锚固的反力架(2)为所述长绳(11)提供竖向支承及水平张力。