CN111678579B - 一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，所述装置至少包括用于实现导线覆冰模拟的模拟系统，和用于实现覆冰测量的测量系统，其中，所述模拟系统至少包括两立柱以及设置于两立柱之间的导线；所述立柱设置于待模拟区域，所述导线的设置方向与待模拟导线的延伸方向相同，所述导线两端部经拉钩分别与两立柱相连，且所述拉钩与所述立柱侧壁活动连接，为所述导线提供水平方向的拉力；所述导线端部还经竖直设置的挂钩与测量系统中的称重传感器相连，实现导线重量的测量，从而通过进行导线覆冰前后重量测量完成导线覆冰的模拟测量。本发明装置的结构设计，能够最大程度的进行输电线路覆冰的仿真模拟，并实现了模拟结构的准确测量。

Description

一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置

技术领域

本发明属于输电技术领域，尤其涉及一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置。

背景技术

在输电线路的设计和运维过程中，获取线路导线上覆冰的冰重数值十分重要。只有准确测量导线覆冰的冰重，才能对输电线路设计或运维决策提供有效数据支持。过去对于导线覆冰测量一般采用人工测量，在2008年冰灾后，国内陆续开发出了一些测量装置，由机器自动对导线覆冰大小进行测量。测量的变量主要分两类，一类是测量覆冰的几何尺寸或厚度，主要是通过拍摄图像、激光测量、电磁波测量或电阻电容测量等方式测量后再折算为待测值；另一类是采用拉力传感器来测量导线覆冰前后拉力变化并测量导线倾角或弧垂后利用公式折算导线上覆冰的重量。

上述方法在使用中难免有一些不足。对于第一类几何测量方法而言，由于导线覆冰有雨凇、雾凇和雨雾混合凇三种类型，而雨凇和雾凇在冰体密度上差异较大（雨凇密度大体积小，而雾凇密度小体积大）。同样几何尺寸或厚度条件下，导线上雨凇的冰重可能是雾凇的几倍至几十倍。仅根据覆冰的几何尺寸或厚度有时难以准确判断输电线路承载力是否足够，因此实际使用中存在部分失灵现象。

对于第二类冰重测量方法而言，现有的一些采用模拟导线测冰的装置在线路覆冰较小时比较有效，但当覆冰较大时（例如每米冰重10kg以上或覆冰直径15cm以上），其测量结果往往会由于多方面原因出现部分情况准确性不够的问题。

1、较短的导线长度使得测量偏差相对较大。现有一些装置往往导线长度较短，例如气象系统采用的装置导线长度为1m。长度较短时，在大覆冰情况下，由于其他因素易出现冰重较大数据偏差，例如超出导线两端的也凝结较大体积的覆冰。而导线长度较长时，由于最终测量数据为单位长度的冰重，因此偏差的冰重经过长度平均处理后数据偏差也相对较小。

2、吊索连接会影响导线覆冰大小。现有一些装置往往采用吊索连接传感器和导线，传感器下方悬挂吊索，吊索下端固定在导线上，固定点位于导线的上方。这种连接形式在大覆冰情况下，吊索上也会出现较多覆冰；而吊索直径远小于导线，使得挂点处也堆积较大覆冰。这两种覆冰增大了传感器获取的整体冰重，因而使得最终测量值不够准确。

3、吊索倾角易出现偏差。现有一些装置往往采用吊索连接传感器和导线，通过测量拉力大小和吊索的倾角大小来计算竖直方向的拉力，并根据事先在实验室中确定的换算关系来折算冰重。而在实际野外测量条件下，当出现较大覆冰时，大体积的坚硬冰体会导致倾角并不总是随冰重增加而变化，使得该类方法在部分情况下不够准确。

4、导线上方的部件影响导线覆冰大小。一些现有装置在模拟导线上方有其他部件，例如横梁（用于悬挂拉力传感器）。这种布置方法在大覆冰条件下，除了前述倾角不准确反映受力变化外，上方横梁也会影响导线覆冰的大小。因为上方横梁也会覆冰，而且覆冰体积往往较大，在雨凇冻结时会挡住从天空落下的冻雨，这将导致导线上覆冰量偏小。在较松散的混合凇或雾凇条件下，横梁上的冰体也会有部分落在导线的覆冰体上，这将使得导线上的覆冰量偏大。而现实中输电线路的导线上方并没有一个横梁，因此这种布置的形式在大覆冰情况下部分时候不够准确。

5、导线偏转会影响覆冰大小。在冬季野外实际覆冰条件下，若出现大覆冰，在覆冰自重较大的情况下，输电线路导线连同冻结的冰体会发生整体偏转。整体偏转后，迎风面增大，覆冰会比不偏转的情况进一步增大很多。而现有的一些装置未考虑这些因素，因此其获得的测量结果在这种情况下也不一定准确。

6、较低的温度使得传感器的精确度有一定的下降。

当然，在现实情况中还有一些其他因素影响冰重测量的准确性，使得现有的一些覆冰测量装置存在不足。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，通过本装置的结构设置实现了对待模拟输电线路的覆冰情况的准确模拟测量。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，所述装置至少包括用于实现导线覆冰模拟的模拟系统，和用于实现覆冰测量的测量系统，其中，所述模拟系统至少包括两立柱以及设置于两立柱之间的导线；所述立柱设置于待模拟区域，所述导线的设置方向与待模拟导线的延伸方向相同，所述导线两端部经拉钩分别与两立柱相连，且所述拉钩与所述立柱侧壁活动连接，为所述导线提供水平方向的拉力；所述导线端部还经竖直设置的挂钩与测量系统中的称重传感器相连，实现导线重量的测量，从而通过进行导线覆冰前后重量测量完成导线覆冰的模拟测量。

根据一个优选的实施方式，所述拉钩的具备旋转阻尼结构，其旋转阻尼结构配置有与待模拟导线扭转阻力相同的扭转阻力。

根据一个优选的实施方式，所述测量系统至少包括：称重传感器、信号处理器、信号传输器和主控器；所述称重传感器基于主控器的测量指令完成数据测量，并将测得结果传输至信号处理器；所述信号处理器对接收的数据进行至少降噪、滤波、平滑、线性、温度补偿和零点校正处理，并将处理后数据发送至主控器；所述主控器对接收的数据进行混合、验算以及数据震荡检测判断，并在其震荡幅度大于阈值时舍弃相应数据重新进行重量测量，在其震荡幅度处于小于阈值时，对数据合并并进行平滑处理；同时，基于预设的数据模型完成风力作用在导线上垂直向下分量大小的计算，从而用测得的重量数据减去风力垂直向下分量即为实际导线及覆冰的整体重量，并减去导线重量则得到覆冰冰重。

根据一个优选的实施方式，所述测量系统还包括无线远程传输模块，所述主控器经无线远程传输模块通过GPRS或4G信号将覆冰冰重传给远端服务器，工作人员通过电脑或手机实现相应数据的远程查看。

根据一个优选的实施方式，所述测量系统还包括存储器，当主控器检测到没有无线网络信号时，可将覆冰冰重数据保存于本地存储器，等到信号恢复时再远程传输；若本测量系统在无信号区域，数据全部存于本地，待后期人工读取。

根据一个优选的实施方式，所述测量系统还包括气象要素传感器和图像采集模块，通过所述气象要素传感器完成模拟区域气象信息采集，通过所述图像采集模块完成导线覆冰情况图像信息采集。

根据一个优选的实施方式，所述立柱之间还设有横梁结构，所述横梁设置于导线下方。

根据一个优选的实施方式，所述立柱高度为3m设置，两立柱间距为3m设置。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，（各非冲突选择）选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：本通过本发明装置的结构设计，使得本装置能够最大程度的进行输电线路覆冰的仿真模拟，并实现模拟结构的准确测量。避免了传统覆冰模拟装置中存在的覆冰模拟不准确，且测量结构不准确的问题。

附图说明

图1是本发明装置的模拟系统的侧视结构示意图；

图2是本发明装置的模拟系统的俯视结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

参考图1和图2所示，本发明公开了一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，所述装置至少包括模拟系统和测量系统。其中，所述模拟系统用于实现导线覆冰模拟。所述测量系统用于实现覆冰测量。

优选地，所述模拟系统至少包括两立柱以及设置于两立柱之间的导线。所述立柱设置于待模拟区域，所述导线的设置方向与待模拟导线的延伸方向相同。从而通过完成对导向上覆冰状态的的测量观测，即可实现相应地区待模拟输电线路的覆冰情形的了解把握。

优选地，模拟系统的立柱支架也可以由3个立柱构成。采用方形钢管构造的有三个高度为3m立柱的支架，呈直角形布置，立柱中部有横梁连接。立柱顶端安装有耐低温的称重传感器。导线长度为3m设置。

优选地，所述导线两端部经拉钩分别与两立柱相连，为所述导线提供水平方向的拉力。进一步地，所述拉钩与所述立柱侧壁活动连接。即是，所述拉钩的挂接端与导线连接，所述拉钩的固定端能够相对于所述立柱的侧壁进行上下滑动，从而保证了所述拉钩仅仅只为导线提供水平方向的拉力。

优选地，所述导线端部还经竖直设置的挂钩与测量系统中的称重传感器相连，实现导线重量的测量，从而通过进行导线覆冰前后重量测量完成导线覆冰的模拟测量。

本模拟系统中没有采用传统的吊索连接导线的形式，而是将导线沿水平向通过挂钩挂于称重传感器下方，其挂钩安装于导线两端的侧面，同时还沿水平向安装拉钩拉住导线的两端，这样保证了称重传感器受力为竖直方向，不必再测量倾角，优化了称重方法，且避免了传统测量过程中倾角测量不准导致的重量计算不准的问题。

进一步地，本发明的拉钩的具备旋转阻尼结构。即是所述拉钩的旋转阻尼结构部分相对于拉钩与立柱的连接段能够旋转或扭转。且，其旋转阻尼结构配置有与待模拟导线扭转阻力相同的扭转阻力。

从而通过本拉钩额旋转阻尼结构设置，使得本导线在模拟覆冰过程中，导线能够如正常输电线路一样因为覆冰的逐渐变厚或因为风力的原因，实现导线的扭转。

例如，在导线扭转后其覆冰情况可能会因为风力的原因呈现椭圆形结构发育。而若是导线两端固定死不能扭转的话，其导向上的覆冰可能因为风力原因被吹掉，而导致覆冰情况与待模拟区域输电线路真是覆冰情况出现明显不同或差异，从而导致模拟失败或出现较大偏差，影响工作人员对该地区输电线路真实情况的判断，甚至造成事故。

优选地，所述立柱之间还设有横梁结构，所述横梁设置于导线下方。通过横梁结构提高了立柱支架整体稳定性和牢固性，同时钢管内部可用于信号缆线布设。优选地，所述立柱高度为3m设置，两立柱间距为3m设置。

优选地，所述测量系统至少包括：称重传感器、信号处理器、信号传输器和主控器。

优选地，所述称重传感器基于主控器的测量指令完成数据测量，并将测得结果传输至信号处理器。

优选地，所述信号处理器对接收的数据进行至少降噪、滤波、平滑、线性、温度补偿和零点校正处理，并将处理后数据发送至主控器。

优选地，所述主控器对接收的数据进行混合、验算以及数据震荡检测判断，并在其震荡幅度大于阈值时舍弃相应数据重新进行重量测量，在其震荡幅度处于小于阈值时，对数据合并并进行平滑处理。

具体地，系统获取数据的方式是从某一时间开始（比如8:00)，传感器开始连续测量一组多个数值（获取每个数值之间会有很短的间隔时长，比如间隔20微秒，该间隔时长可调），经过一系列处理过程后最终得到一个数值，将这个数值作为这一时间的测量数据。而所述的混合、验算、数据震荡监测均属于这一系列处理过程中的一部分。

对于混合而言，由于系统中每根导线需要两个称重传感器进行测量，因此需要将这两个传感器数据先进行同步性匹配，即将两个传感器各自获取的一组数值中同一时刻获取的数值两两配对，然后再将配对的两个数据进行求和才作为这一时刻对应的数据。

验算是指在实际使用中，一组数据中偶尔有个别数据可能出现异常偏差，明显偏离正常情况。因此剔除这种数据。完成异常值剔除。

数据震荡检测判断是指系统进行一次测量时，是在很短时间内获取的一组数据。这一组所包含的多个数据在某些情况下可能不相等，有些较大有些较小，这种情况称为数据震荡。因此需要对数据震荡的程度进行计算。若其震荡幅度大于阈值时舍弃相应数据重新进行重量测量，在其震荡幅度处于小于阈值时，对数据合并并进行平滑处理。

同时，基于预设的数据模型完成风力作用在导线上垂直向下分量大小的计算，从而用测得的重量数据减去风力垂直向下分量即为实际导线及覆冰的整体重量，并减去导线重量则得到覆冰冰重。

优选地，所述测量系统还包括无线远程传输模块，所述主控器经无线远程传输模块通过GPRS或4G信号将覆冰冰重传给远端服务器，工作人员通过电脑或手机实现相应数据的远程查看。

优选地，所述测量系统还包括存储器，当主控器检测到没有无线网络信号时，可将覆冰冰重数据保存于本地存储器，等到信号恢复时再远程传输；若本测量系统在无信号区域，数据全部存于本地，待后期人工读取。

优选地，所述测量系统还包括气象要素传感器和图像采集模块，通过所述气象要素传感器完成模拟区域气象信息采集，通过所述图像采集模块完成导线覆冰情况图像信息采集。

优选地，所述测量系统还具有微信报警功能，通过在主控器中预先设定一个重量阈值，当冰重大小超过该阈值时，能够产生一条报警信息，通过微信发送给预先设定的相关人员。

优选地，本装置可进行自身运行状态监测，发现运行异常时可向服务器传输异常状态，并自我重启，即具有一定程度的自我维护功能。因此本装置整体运行稳定，一般条件下无需人工维护，能充分满足野外观测使用的便利性和稳定性。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，其特征在于，所述装置至少包括用于实现导线覆冰模拟的模拟系统，和用于实现覆冰测量的测量系统，

其中，所述模拟系统至少包括两立柱以及设置于两立柱之间的导线；

所述立柱设置于待模拟区域，所述导线的设置方向与待模拟导线的延伸方向相同，所述导线两端部经拉钩分别与两立柱相连，且所述拉钩与所述立柱侧壁活动连接，为所述导线提供水平方向的拉力；

所述拉钩具备旋转阻尼结构，其旋转阻尼结构配置有与待模拟导线扭转阻力相同的扭转阻力；所述拉钩的旋转阻尼结构部分相对于拉钩与立柱的连接段能够旋转或扭转；

所述导线端部还经竖直设置的挂钩与测量系统中的称重传感器相连，实现导线重量的测量，从而通过进行导线覆冰前后重量测量完成导线覆冰的模拟测量。

2.如权利要求1所述的一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，其特征在于，所述测量系统至少包括：称重传感器、信号处理器、信号传输器和主控器；

所述称重传感器基于主控器的测量指令完成数据测量，并将测得结果传输至信号处理器；

所述信号处理器对接收的数据进行至少降噪、滤波、平滑、线性、温度补偿和零点校正处理，并将处理后数据发送至主控器；

所述主控器对接收的数据进行混合、验算以及数据震荡检测判断，并在其震荡幅度大于阈值时舍弃相应数据重新进行重量测量，在其震荡幅度处于小于阈值时，对数据合并并进行平滑处理；同时，基于预设的数据模型完成风力作用在导线上垂直向下分量大小的计算，从而用测得的重量数据减去风力垂直向下分量即为实际导线及覆冰的整体重量，并减去导线重量则得到覆冰冰重。

3.如权利要求2所述的一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，其特征在于，所述测量系统还包括无线远程传输模块，所述主控器经无线远程传输模块通过GPRS或4G信号将覆冰冰重传给远端服务器，工作人员通过电脑或手机实现相应数据的远程查看。

4.如权利要求3所述的一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，其特征在于，所述测量系统还包括存储器，

当主控器检测到没有无线网络信号时，可将覆冰冰重数据保存于本地存储器，等到信号恢复时再远程传输；若本测量系统在无信号区域，数据全部存于本地，待后期人工读取。

5.如权利要求4所述的一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，其特征在于，所述测量系统还包括气象要素传感器和图像采集模块，通过所述气象要素传感器完成模拟区域气象信息采集，通过所述图像采集模块完成导线覆冰情况图像信息采集。

6.如权利要求1所述的一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，其特征在于，所述立柱之间还设有横梁结构，所述横梁设置于导线下方。

7.如权利要求1所述的一种对模拟导线覆冰重量进行自动测量的装置，其特征在于，所述立柱高度为3m设置，两立柱间距为3m设置。

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