CN207163624U - 一种高压线缆在线拉力检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压线缆在线拉力检测器，该拉力检测器包括连接底座、线缆夹和线缆环；所述线缆夹和线缆环均固定在连接底座上；所述线缆环对称设置在线缆夹的两侧，线缆夹、线缆环上均设有供线缆穿过的线缆孔；所述线缆夹上的线缆孔相对连接底座的垂直高度高于两侧线缆环上线缆孔的高度；所述连接底座上还设有倾角传感器和压力传感器；通过基于测量弯曲电缆线在电缆夹上的分压力，根据转换模型测量电缆线的拉力，其测量精度高，有效的解决了杆塔受力两端由于承受拉力过大或者拉力承受不均导致的杆塔受损或者倒塌，从而造成严重安全事故发生的问题，本实用新型的高压线缆在线拉力检测器结构简单，操作便捷，可实施性强，适于推广应用。

Description

一种高压线缆在线拉力检测器

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域，主要包含一种高压线缆在线拉力检测器及其检测方法。

背景技术

高压输电线路电缆承受的拉力载荷是关系高压输电线路安全的重要指标。当输电线路受到强风扰动或因冰雪附着在线路上等影响而拉力载荷增大时，拉力载荷可能超出电缆所能承受拉力最大值，则会导致电缆发生断裂，也可能因电力杆塔两端承受拉力不平衡而导致杆塔受损或倒塌。

申请号：201610361733.7，发明名称：电线绝缘拉力检测装置的专利文献中公开了一种利用加紧夹固定夹在电缆线上，通过利用移动块与加紧夹连接，移动移动块来带动加紧夹移动，从而使得电缆线进行拉扯，在移动块的移动方向上设置标尺来测得移动的距离，从而计算出线缆在加紧夹拉扯的过程中受到的拉力，其原理简单，但由于在标尺的测量过程中读数误差常常会影响测量结果，且标尺的精确度有限，使得测量结构精确性受限制。

综上所述，为确保线缆拉力检测的精确性，检测装置还需进一步改进和完善。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高压线缆在线拉力检测器及其倒塔与断线识别的方法，通过基于测量弯曲电缆线在电缆夹上的分压力，根据转换模型测量电缆线的拉力，其测量精度高，有效的解决了杆塔受力两端由于承受拉力过大或者拉力承受不均导致的杆塔受损或者倒塌，从而造成严重的安全事故的发生，本发明的高压线缆在线拉力检测器结构简单，操作便捷，可实施性强，适于推广应用。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种高压线缆在线拉力检测器，该拉力检测器包括连接底座、线缆夹和线缆环；所述线缆夹和线缆环均固定在连接底座上；所述线缆环对称设置在线缆夹的两侧，线缆夹、线缆环上均设有供线缆穿过的线缆孔；所述线缆夹上的线缆孔相对连接底座的垂直高度高于两侧线缆环上线缆孔的高度；所述连接底座上还设有倾角传感器和压力传感器。

由于采用上述结构，线缆夹与线缆环与线缆的弯折安装形成力的三角形，在压力作用位置的线缆夹上安装压力传感器能精确的测得该点出的压力值，从而通过与拉力检测器连接的外部监控系统或者控制系统进行一系列的数据转换，得出电缆所受的拉力值，并实时监控，有效的解决了杆塔受力两端由于承受拉力过大或者拉力承受不均导致的杆塔受损或者倒塌，从而造成严重的安全事故的发生，其结构简单，功能性强。

本发明的高压线缆在线拉力检测器，所述线缆夹和线缆环均由夹持块一、夹持块二和连接块组成；所述夹持块一与连接块固定连接，连接块固定连接在连接底座上；所述夹持块二的一端与夹持块一活动连接，并与夹持块一形成线缆穿过的环状结构。

由于采用上述结构，连接块相对连接底座固定连接，保证了力臂的稳定性，避免后续出现计算误差，从而影响拉力测算的不精确性，夹持块的连接关系似的在整个拉力检测器在安装过程中非常便捷，直接将夹持块二掰开便可将线缆夹持在形成的环状结构中，并在夹持块二复位后加紧电缆线，操作简便。

本发明的高压线缆在线拉力检测器，所述夹持块一与连接块垂直连接，且在该连接处的夹持块一的内侧壁为与线缆配合的作用曲面结构；所述夹持块一与连接块的连接端上设有连接槽，夹持二的一端通过加紧机构连接在夹持块一的连接槽内。

由于采用上述结构，将夹持块一的内侧壁作为与线缆的配合面，避免了夹持块二造成的作用力不均，从而导致压力传感器检测不准确的现象发生，保证了检测精度，避免了相关安装结构件对本发明的高压线缆在线拉力检测器的检测影响，夹持部件的安装结构紧凑。

本发明的高压线缆在线拉力检测器，所述加紧机构为扭转弹簧。

由于采用上述结构，强力扭转弹簧保证了夹持块的加紧力，且在安装和拆卸方面非常简便，使用成本低，降低了杆塔拉力监控的成本。

本发明的高压线缆在线拉力检测器，所述线缆夹与线缆固定夹紧，线缆环用于引导线缆穿过；所述压力传感器位于夹持块一的正下方受压处。

由于采用上述结构，压力传感器位于压力的正向作用点，使得测得的压力值精准度高，保证了使用本发明的高压线缆在线拉力检测器的检测精度和对电缆线拉力监控情况的良好效果。

本发明的高压线缆在线拉力检测器，所述压力传感器为悬梁式称重传感器。

由于采用上述结构，其传感灵敏性好，进一步保证了检测精度。

一种本发明的高压线缆在线拉力检测器的检测系统，包括所述高压线缆在线拉力检测器、电源模块、无线传输模块和中央处理模块；所述拉力检测器上的压力传感器和倾角传感器、无线传输模块、中央处理模块均与电源模块连接；所述倾角传感器和压力传感器经过信号放大处理后，将信号传递至中央处理模块，中央模块通过无线传输模块将信号传递至地面监测单元；所述中央处理模块还与警报装置电性连接。

进一步地，所述电源模块包括电池、电源管理模块和太阳能电池板；所述太阳能电池板经过电源管理模块与电池电性连接；所述无线传输模块为GPRS/GSM无线传输模块；所述中央处理模块为MSP430单片机。

进一步地，该检测系统的检测方法，包括以下步骤：

1)将高压线缆在线拉力检测器通过线缆夹与电缆固定，并使电缆线从其两端的线缆环穿过，拉力检测器与地面监测单元换无线连接；然后拉紧电缆，使得电缆受拉力绷紧；

2)测量拉力检测器上线缆夹的受力点高度值H₁，线缆环的高度值H₂以及线缆夹两侧线缆环之间的距离值L,根据牛顿定律可得电缆线拉力和作用于线缆夹分压力的数学转换模型为：其中T为电缆线所受拉力值，F为压力传感器检测得的压力值；

压力传感器测得电缆线垂直作用在电缆夹的压力值F，电缆线所受拉力T与压力F满足以下关系：由上式可得可得电缆线拉力和作用于线缆夹压力的数学转换模型为：

3)中央处理模块接收压力传感器的信号，基于步骤2)的原理，计算处理后通过无线传输模块传递至地面检测单元；

4)根据步骤2)的数学转换模型以及参照DL/T5092设计技术规程，计算出压力传感器的最大量程，并将其录入地面监测单元中；

具体计算过程为：令步骤2)中其中K为拉力缩小增益，K越大，器件将电缆线实际拉力转换为压力比越大，仪器实际检测力越小，使(H₁﹣H₂)2远小于L/2：设电缆线最大承受力约为Fmax，应用于不同的架空电缆线，Fmax值的选取可参照DL/T5092设计技术规程，可计算得压力传感器量程Ran为：并将其录入地面监测单元中。

5)将检测所得的连接在该杆塔的电缆线拉力值T经过无线传输模块传递至地面检测单元，并在地面监测单元中与该型号电缆线对应的最大承受拉力进行比较，可实时监控杆塔承受拉力情况。

进一步地，在步骤2)中，所述线缆夹居于两个线缆环中间；对于耐张塔和转弯塔，在耐张力线夹出的电线上安装所述高压线缆在线拉力检测器；对于直线塔，在直线塔的两端电缆线上安装所述高压线缆在线拉力检测器。本发明的拉力检测与远程监控系统配合作用，检测器通过其上的传感装置将检测的数据传递至监控系统进行数模转换，直接测得拉力值，并与该型号线缆所述对应的最大拉力值或者传感装置对应的最大量程至进行比较，以通过监控拉力值来判断输电线路断线以及杆塔倒塌的情况，从而及时预警并避免事故的发生；对于耐张塔和转弯塔，在耐张力线夹处的电缆线安装拉力检测，检测电缆线拉力，将所有连接在该杆塔的电缆线拉力求和，可实时监控杆塔承受拉力情况；对于直线塔，尤其要避免档间非对称载荷导致杆塔倒塌事故，在直线塔的两端电缆线上安装的拉力检测器的监控情况进行比较，则可有效监控档间的非对称载荷情况，防止杆塔由于不对称载荷导致的杆塔变形和倒塌事故。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的高压线缆在线拉力检测器结构简单，安装和使用方便，制作成本低，使用范围广；

2、通过采用力的三点将电缆线拉力检测，其结构原理简单，测量精确度高；

3、检测器能不改变电力输电线路元结构便可安装使用和拆卸，安装和使用效率高；

4、通过本发明的高压线缆在线拉力检测器能有效监控电缆线的实时载荷情况，放置杆塔的变形和倒塌事故发生；

5、其功能性强，期间可靠性高；

6、可直接用于线缆承受力是否超载判定，兼具输电线路防震锤功能。

附图说明

图1是本发明的高压线缆在线拉力检测器的结构示意图；

图2是本发明的高压线缆在线拉力检测器的侧面结构示意图；

图3是电缆线受力示意图；

图4是拉力检测器的系统流程图；

图5是拉力检测器检测网络系统图；

图6是样机采集波形图；

图7是杆塔倒塌模拟电缆线拉力变化波形图；

图8是电缆线断裂模拟拉力变化波形图；

图中标记：1-连接底座，2-线缆夹，21-夹持块一，22-夹持块二，23-连接块，3-线缆环，4- 线缆孔，5-线缆。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作详细的说明。

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1和图2所示，一种高压线缆在线拉力检测器，该拉力检测器包括连接底座1、线缆夹2 和线缆环3；线缆夹2和线缆环3均固定在连接底座1上；线缆环3对称设置在线缆夹2的两侧，线缆夹2、线缆环3上均设有供线缆5穿过的线缆孔4；线缆夹2上的线缆孔4相对连接底座1的垂直高度高于两侧线缆环3上线缆孔4的高度；连接底座1上还设有倾角传感器和压力传感器。

线缆夹2和线缆环3均由夹持块一21、夹持块二22和连接块23组成；夹持块一与连接块23固定连接，连接块23固定连接在连接底座1上；夹持块二22的一端与夹持块一21 活动连接，并与夹持块一21形成线缆5穿过的环状结构。夹持块一21与连接块23垂直连接，且在该连接处的夹持块一21的内侧壁为与线缆5配合的作用曲面结构；夹持块一21与连接块23的连接端上设有连接槽，夹持二的一端通过加紧机构连接在夹持块一21的连接槽内。加紧机构为扭转弹簧。线缆夹2与线缆固定夹紧，线缆环3用于引导线缆5穿过；压力传感器位于夹持块一21的正下方受压处。压力传感器为悬梁式称重传感器。

实施例2

一种高压线缆在线拉力检测器的检测系统，包括实施例1所述的高压线缆在线拉力检测器、电源模块、无线传输模块和中央处理模块；所述拉力检测器上的压力传感器和倾角传感器、无线传输模块、中央处理模块均与电源模块连接；所述倾角传感器和压力传感器经过信号放大处理后，将信号传递至中央处理模块，中央模块通过无线传输模块将限号传递至地面监测单元；所述中央处理模块还与警报装置电性连接。所述电源模块包括电池、电源管理模块和太阳能电池板；所述太阳能电池板经过电源管理模块与电池电性连接；所述无线传输模块为 GPRS/GSM无线传输模块；所述中央处理模块为MSP430单片机。如图4所示，其中中央处理单片采用TI公司出产的MSP430单片机，其具有足够的处理能力，能在工作和睡眠模式之间进行切换，适合用于工业中长时间的监测工作，当外界环境处于正常，未有异常发生时，系统可处于低功耗状态，当出现异常，可中断唤醒单片机开始处理数据。模块还配有完善的电源管理模块，利用外界环境光照充足，使用太阳能电池板可对电池充电，增长拉力检测器的使用时间。在实际工程中，该设计实现较易。

本系统可采用网络覆盖的形式，以地面监控站接受安装在电网上各处的单个拉力检测器的检测信息，整体网络系统如图5所示。

进一步地，该检测系统的检测方法，包括以下步骤：

1)将高压线缆在线拉力检测器通过线缆夹与电缆固定，并使电缆线从其两端的线缆环穿过，拉力检测器与地面监测单元采用无线方式连接；然后拉紧电缆，使得电缆受拉力绷紧；

2)测量拉力检测器上线缆夹的受力点高度值H₁，线缆环的高度值H₂以及线缆夹两侧线缆环之间的距离值L,根据牛顿定律可得电缆线拉力和作用于线缆夹分压力的数学转换模型为：其中T为电缆线所受拉力值，F为压力传感器检测得的压力值；

压力传感器测得电缆线垂直作用在电缆夹的压力值F，电缆线所受拉力T与压力F满足以下关系：由上式可得可得电缆线拉力和作用于线缆夹压力的数学转换模型为：

3)中央处理模块接收压力传感器的信号，基于步骤2)的原理，计算处理后通过无线传输模块传递至地面检测单元；

4)根据步骤2)的数学转换模型以及参照DL/T5092设计技术规程，计算出压力传感器的最大量程，并将其录入地面监测单元中；

具体计算过程为：令步骤2)中其中K为拉力缩小增益，K越大，器件将电缆线实际拉力转换为压力比越大，仪器实际检测力越小，使(H₁﹣H₂)2远小于L/2：设电缆线最大承受力约为Fmax，应用于不同的架空电缆线， Fmax值的选取可参照DL/T5092设计技术规程，可计算得压力传感器量程Ran为：并将其录入地面监测单元中。

5)将检测所得的连接在该杆塔的电缆线拉力值T经过无线传输模块传递至地面检测单元，并在地面检测单元中与该型号电缆线对应的最大承受拉力进行比较，可实时监控杆塔承受拉力情况。

如图3所示，进一步地，还采用上述装置进行覆冰重力密度测量，其计算原理是：通过角度传感器测量出电缆线倾角α，设置A、B两个电缆线悬挂点，垂曲线上取1、2两点的微小长度，以dS表示。T₁、T₂为dS微段两端所受拉力，微段拉力的水平分量相等，且为一个常量，即T₁cosα₁＝T₂cosα₂＝T₀，

在最高悬挂点B处，电缆线的垂直倾斜程度最大，及α_B角度最大，由公式 T_max＝T_B＝T₀/cosα_B可得最高悬挂点处，电缆线所受拉力最大，则在电缆线悬挂点安装一个本装置，则可监控整段电缆拉力负载情况：T_max＝T_B＝T₀/cosα_B，

设电缆线微段dS上的导线单位长度重力为q，假设均匀覆冰，且覆冰重力密度为q_ice，则微段拉力的垂直分量关系为：T₂sinα₂＝T₁sinα₁+(q+q_ice)dS，

从而得：由于α_O＝0°得T_Osinα_O＝0，从而得：从而可得OB段的覆冰密度为：在电缆线悬挂点A、B处个安装一个拉力检测器，可测得A、B拉力值T_A、T_B和导线倾角α_A、α_B，可计算出电缆线的覆冰密度：

实施例3

基于实施例2的检测系统设计了小型实验样机，进行了初步的实验。实验结果表明该结构能够准确测得线上拉力，且灵敏度高，受力波形如说明书附图所示：图6是检测器上监控力量正常变化的波形图。

实验对杆塔倒塌和电缆线突然断裂进行了模拟：

图7为倒塔的模拟拉力监测器上的监控力量变化波形图，表现为力量迅速降低。

图8为模拟电缆线突然断裂的拉力监控所得的波形图，分析可得，其力量变化和杆塔倒塌都变现为力量陡降，但拉力锐减为零的过程更为剧烈，且减为零后，出现波形的抖动。经分析所得，波形的抖动非电缆线拉力变化导致，而是由于基于梁式结构的测力方式采用的应力块发生抖动，结果就表现为拉力值出现抖动和负力的存在。

基于实验结果数据分析，结合模式识别的技术方法，设计了有效的识别算法可实现了对对杆塔倒塌和电缆线断裂的智能识别。

Claims (8)

1.一种高压线缆在线拉力检测器，其特征在于：该拉力检测器包括连接底座（1）、线缆夹（2）和线缆环（3）；所述线缆夹（2）和线缆环（3）均固定在连接底座（1）上；所述线缆环（3）对称设置在线缆夹（2）的两侧，线缆夹（2）、线缆环（3）上均设有供线缆（5）穿过的线缆孔（4）；所述线缆夹（2）上的线缆孔（4）相对连接底座（1）的垂直高度高于两侧线缆环（3）上线缆孔（4）的高度；所述连接底座（1）上还设有倾角传感器和压力传感器。

2.根据权利要求1所述的高压线缆在线拉力检测器，其特征在于：所述线缆夹（2）和线缆环（3）均由夹持块一（21）、夹持块二（22）和连接块（23）组成；所述夹持块一与连接块（23）固定连接，连接块（23）固定连接在连接底座（1）上；所述夹持块二（22）的一端与夹持块一（21）活动连接，并与夹持块一（21）形成线缆（5）穿过的环状结构。

3.根据权利要求2或所述的高压线缆在线拉力检测器，其特征在于：所述夹持块一（21）与连接块（23）垂直连接，且在该连接处的夹持块一（21）的内侧壁为与线缆（5）配合的作用曲面结构；所述夹持块一（21）与连接块（23）的连接端上设有连接槽，夹持二的一端通过加紧机构连接在夹持块一（21）的连接槽内。

4.根据权利要求3或所述的高压线缆在线拉力检测器，其特征在于：所述加紧机构为扭转弹簧。

5.根据权利要求2或3或4所述的高压线缆在线拉力检测器，其特征在于：所述线缆夹（2）与线缆固定夹紧，线缆环（3）用于引导线缆（5）穿过；所述压力传感器位于夹持块一（21）的正下方受压处。

6.根据权利要求5或所述的高压线缆在线拉力检测器，其特征在于：所述所述压力传感器为悬梁式称重传感器。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的高压线缆在线拉力检测器的检测系统，其特征在于：包括所述高压线缆在线拉力检测器、电源模块、无线传输模块和中央处理模块；所述拉力检测器上的压力传感器和倾角传感器、无线传输模块、中央处理模块均与电源模块连接；所述倾角传感器和压力传感器经过信号放大处理后，将信号传递至中央处理模块，中央处理模块通过无线传输模块将信号传递至地面监测单元；所述中央处理模块还与警报装置电性连接。

8.根据权利要求7所述的高压线缆在线拉力检测器的检测系统，其特征在于：所述电源模块包括电池、电源管理模块和太阳能电池板；所述太阳能电池板经过电源管理模块与电池电性连接；所述无线传输模块为GPRS/GSM无线传输模块；所述中央处理模块为MSP430单片机。