一种输电导线防舞装置及防舞效果检测系统

摘要

本发明提供一种输电导线防舞装置及防舞效果检测系统，所述输电导线防舞装置包括导线缩尺模型、导线固定装置、防舞阻尼器、拉力传感器和阻尼器固定装置。本发明在导线模型的端部安装防舞阻尼器，通过导体铜板切割磁感线，产生阻尼力，达到对导线模型的减振作用，本发明可以快速便捷地实现改变阻尼器的阻尼系数，阻尼器安装位置，通过张力传感器、拉力传感器、动态应变仪和计算机得到导线模型实时张力数据；通过连接高精度工业相机的计算机即可得到位移测点处的位移变化时程，并得到导线模型的结构阻尼比，通过导线阻尼比来推断阻尼器的减振效果及防舞性能。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种输电导线防舞装置及防舞效果检测系统。

背景技术

输电导线长期位于复杂的室外环境，在冬季，受气温、降水、风速、水滴直径和导线结构等因素影响，输电线路会发生冻结现象，舞动对输电线路危害极大，容易造成混线短路、闪络跳闸、悬垂绝缘子线夹滑移、线路金具磨损、间隔棒断裂和引流线与跳线串分离等。而输电线路发生舞动的直接原因是气动阻尼比的绝对值大于结构自身阻尼比，即导线的总阻尼比小于零是舞动的必要条件。因此，提高导线结构阻尼比将很大程度上抑制覆冰导线的舞动，延长起舞时间，提高起舞风速。

传统的失谐摆，双摆防舞器虽然针对单导线发挥了良好的防舞效果，但对多分裂线路的舞动抑制并不理想，拉线式相地间隔棒虽然从根本上防治导线舞动，但由于间隔棒连接处应力集中等问题，容易发生金具，绝缘子串受拉损坏等问题，容易引发一系列问题。使用阻尼器来抑制输电导线的舞动是一种常见的减振手段，现有阻尼器种类繁多，以安装在子间隔棒或相间间隔棒上为主，存在耐久性差，安装不便，防舞效果不明显等问题。

目前来看，关于输电线路舞动的现场实测技术不成熟且阻尼器的安装、拆卸、更换具有一定的难度和危险性，相关防舞阻尼器的变参数研究需要消耗大量的人力物力，其次，由于输电线路地形气候条件的复杂性，现场实测试验来评判防舞阻尼器的防舞动效果不现实，且比较依赖现场实时的气候状况，监测数据具有一定的局限性。按照动力相似原则在试验室构建缩尺模型，将测量得到的系统阻尼比作为防舞效果的一个间接评价指标，来评价防舞阻尼器的防舞效果更加具有普适性，针对防舞阻尼器的参数化研究能更加方便快捷。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对背景技术中存在的问题，提供一种输电导线防舞装置。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种输电导线防舞装置，其特征在于：所述输电导线防舞装置包括：

-导线缩尺模型，所述导线缩尺模型包括钢丝绳、配重块、端部连接头、张力传感器、中间连接头，所述张力传感器串联在钢丝绳上，所述配重块固定至钢丝绳上，所述钢丝绳的两端经端部连接头固定至导线固定装置上，所述中间连接头用于串联张力传感器和钢丝绳；

-导线固定装置，所述导线固定装置包括固定柱和焊接在固定柱上的端板，所述端板上分别设有螺栓孔，通过预紧螺栓来调节导线缩尺模型的张力；

-防舞阻尼器，所述防舞阻尼器包括左右支撑板、磁体、铜板和连接棒，所述磁体相对地布置在左右支撑板上，所述铜板布置在磁体所形成的磁场内，所述铜板连接至连接棒上，所述连接棒的顶部与拉力传感器的下端相连接；

-拉力传感器，所述拉力传感器的下端与连接棒的顶部相连接，所述拉力传感器的上端挂在导线缩尺模型的钢丝绳上；

-阻尼器支撑装置，所述阻尼器支撑装置用于向上固定并支撑防舞阻尼器；

所述防舞阻尼器布置在钢丝绳靠近导线固定装置的位置处。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：所述阻尼器支撑装置的底座上设有调节螺栓，所述阻尼器支撑装置的高度可以通过底座上的调节螺栓调节，所述阻尼器支撑装置的顶部设有两根平行角钢，所述角钢上设有限位孔以固定防舞阻尼器，可根据需要更换不同类型的阻尼器。

作为本发明的优选技术方案：所述防舞阻尼器内的磁体为永磁体或者电磁体，所述电磁体用于实现逐级调节阻尼器磁场磁感应强度大小，达到调节阻尼器的阻尼系数的目的。

作为本发明的优选技术方案：所述防舞阻尼器的左右支撑板上还设有限位螺栓，所述限位螺栓用于调节防舞阻尼器的左右支撑板之间的板间距以实现调节阻尼器的磁场磁感应强度大小，达到调节阻尼器阻尼系数的目的。

作为本发明的优选技术方案：所述防舞阻尼器的左右支撑板中间区域分别设有沿着竖直方向延伸布置的限位卡槽，所述防舞阻尼器的连接棒的两侧分别设置与限位卡槽相配合的滑轮，所述限位卡槽及滑轮用于防止防舞阻尼器的连接棒及铜板在左右支撑板之间的空间中摆动。

作为本发明的优选技术方案：所述左右支撑板中每一个支撑板上的磁体相互之间设有限位块，所述限位块用于防止同一块支撑板上相邻磁体之间的相互作用力而导致磁体发生位置偏转。

作为本发明的优选技术方案：所述拉力传感器经连接构件与导线缩尺模型中的钢丝绳相连接，所述连接构件包括夹具和刚性连接件，所述夹具内夹住钢丝绳，所述夹具的下端与刚性连接件相连接，所述刚性连接件的下端与拉力传感器的上端相连接。

作为本发明的优选技术方案：所述刚性连接件为硅橡胶复合材料以更加精准的模拟绝缘子串的刚度，更加接近实际应用。

作为本发明的优选技术方案：防舞阻尼器的连接棒的下端设置连接孔，所述连接棒的连接孔用于连接弹簧，所述弹簧的另一端连接至阻尼器支撑装置上，所述弹簧用于精确模拟阻尼器的刚度，也可以针对不同刚度的阻尼器进行变参数研究。

本发明还有一个目的在于，针对背景技术中存在的问题，提供一种输电导线防舞装置效果检测系统。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种输电导线防舞装置防舞效果检测系统，其特征在于：所述输电导线防舞装置防舞效果检测系统包括前文所述的输电导线防舞装置、动态应变仪，工业高精度相机以及计算机，所述动态应变仪分别与输电导线防舞装置内张力传感器、拉力传感器和计算机信号连接；所述工业高精度相机与计算机信号连接，所述工业高精度相机用于高帧率捕捉导线位移测量点的实时位移。

本发明提供一种输电导线防舞装置及防舞效果检测系统，本发明在导线模型的端部安装防舞阻尼器，通过导体铜板切割磁感线，产生阻尼力，达到对导线模型的减振作用，本发明可以快速便捷地实现改变阻尼器的阻尼系数，阻尼器安装位置，通过张力传感器、拉力传感器、动态应变仪和计算机得到导线模型实时张力数据；通过连接高精度工业相机的计算机即可得到位移测点处的位移变化时程，并得到导线模型的结构阻尼比，通过导线阻尼比来推断阻尼器的减振效果及防舞性能。

附图说明

图1为本发明所提供的输电导线防舞装置防舞效果检测系统的立体图。

图2为输电导线防舞装置防舞效果检测系统的一个局部图示。

图3为输电导线防舞装置防舞效果检测系统的另一个局部图示。

图4a-4f为防舞阻尼器的图示，其中：图4a为防舞阻尼器的正视图，图4b为防舞阻尼器的侧视图，图4c为防舞阻尼器的俯视图，图4d为防舞阻尼器的立体图，图4e为不包含铜板和连接棒的防舞阻尼器的爆炸图，图4f为铜板、连接棒、连接构件的连接关系图示。

图5为阻尼器固定装置的立体图。

图6a为未加阻尼器前导线模型的自振衰减曲线。

图6b安装阻尼器后导线模型的自振衰减曲线。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。

一种输电导线防舞装置防舞效果检测系统，包括输电导线防舞装置、动态应变仪12、计算机10、高精度工业相机3，动态应变仪12分别与输电导线防舞装置的张力传感器5、拉力传感器6/7、计算机10信号连接。高精度工业相机3与计算机10信号连接。图1中示出了两个防舞阻尼器，因此，也对应两个拉力传感器，因此，使用标号6和7来指代两个拉力传感器。

输电导线防舞装置包括防舞阻尼器1、导线缩尺模型8、导线固定装置9、张力传感器5、拉力传感器6/7和阻尼器固定装置4。

防舞阻尼器1包括左右支撑板101，限位螺栓102形成阻尼器内部空间，左右支撑板101四角上分别设有限位孔103，特定区域设有限位孔104用于固定磁铁100；左右支撑板101中间设有沿高度方向的限位卡槽105；同一块支撑板上相邻磁磁体之间的区域设有限位块106；铜板107上设置有限位孔108，连接棒109前后两侧设有卡槽110，以及限位孔108，连接棒109的侧方通过螺栓固定滑轮111；铜板107可插入卡槽110通过螺栓与连接棒109进行固定。

导线缩尺模型8包括钢丝绳801，配重块802，配重块固定螺栓803，端部连接头804，张力传感器5，中间连接头805，连接螺栓806。钢丝绳801用来模拟导线轴向刚度，钢丝绳801两端是环氧树脂固结的端部连接头804，模型借助穿过钢丝绳的配重块803来实现模型与原型之间的线密度相似，张力传感器5通过连接螺栓806与中间连接头805与两段钢丝绳进行串联，配重块802通过两侧的固定螺栓803进行固定，以防止配重块在试验过程中沿钢丝绳左右滑动。

导线固定装置9包括固定柱901和焊接在固定柱901上的端板902，端板902上设有螺栓孔，预紧螺栓903穿过螺栓孔与端部连接头804进行连接；

阻尼器固定装置4包括主体支架401和高度调节螺栓402。主体支架顶部焊有两条平行角钢403，平行角钢403上设有限位孔404，用来和防舞阻尼器左右支撑板101进行固定。

在本实施例中：阻尼器左右支撑板101通过限位螺栓102调节两块支撑板的板间距；当然在其他的实施例中：还可以设置滑轨等实现对板间距的调节。

在本实施例中：防舞阻尼器中的连接棒109中间设有两排并排的限位孔108，限位孔108用于和铜板进行螺栓固定，当然在其他的实施例中：为了更加方便快捷的更换不同厚度的铜板，可以对卡槽110进行更加精细的设计，可以改变卡槽110的宽度，以适应组装不同规格的铜板。

在本实施例中：拉力传感器6/7通过连接构件2与导线缩尺模型8连接。连接构件2包括夹具201，刚性连接件202。夹具201内穿过钢丝绳801并夹住钢丝绳通过螺钉固定，夹具201下端通过螺栓与刚性连接件202进行连接，拉力传感器6/7两端分别与刚性连接件202，连接棒109通过螺栓进行连接。当然在其他的实施例中：为了更加真实的模拟实际线路安装情况，可以用硅橡胶复合材料构件替换刚性连接件202。

防舞阻尼器1主要由不锈钢材质制备而成，左右支撑板101的尺寸为长500mm*宽500mm*厚5mm，其上开有限位孔103和104，限位孔103直径20mm，限位孔104直径10mm，磁铁通过螺栓固定在限位孔104的位置；限位块106由ABS塑料板制备而成，用AB胶粘结在左右支撑板101上，尺寸为长75mm*宽40mm*厚25mm，用以限制沿高度方向两块相邻磁铁，避免磁铁因相互作用发生偏转；左右支撑板101中间设有沿高度方向的限位卡槽105；卡槽尺寸为长500mm*宽20mm*厚10mm，使连接棒109底部滑轮111的运动限制在限位卡槽105内。

导线缩尺模型8由不锈钢和铁制备而成，钢丝绳801选择7*7股的钢绞线，总体尺寸为长16m*直径5mm，配重块802为了便于切割加工，采用铁材加工制成，尺寸为内径6mm*外径48mm*高50mm，单个重量为512g；张力传感器5通过12mm的螺栓与两个中间连接头805进行连接。张力传感器和拉力传感器使用BUFSON BSLM-5膜合应变式拉压力传感器，采用高精度全桥应变式技术，结构紧凑、响应频率高，防护等级较高；张力传感器5选用传感器量程为0～1000kg，拉力传感器6/7选用传感器量程为0～50kg，精确度可达0.05％FS，输出灵敏度为2mV/V。功能，操作安全便捷，加载速率易于控制。

阻尼器固定装置4采用铁材制备而成，尺寸为80cm*80cm*80cm，通过底部高度调节螺栓402可以将装置升高15cm，满足试验需求。

动态应变仪12为江苏东华测试技术股份有限公司的DH3817F动静态应变测试分析系统，采样速率最高可达1kHz，最高分辨率1με，系统示值误差不大于0.5％±3με，系统安装方便、操作简单，具有优良的性能。

高精度工业相机3为Brumer高帧率相机，采样速率最高可达200Hz，可以同时识别多个位移点的水平及竖向位移变化，相机有配套的数据处理软件，系统安装方便、操作简单，具有优良的性能。

上述输电导线防舞装置的防舞效果检测系统通过如下方法进行测试：

1、首先导线模型不安装防舞阻尼器，选择合适的高帧率相机位移观测点。

2、利用Brumer高帧率相机对导线静止状态下的位置进行标定。

3、对导线模型8施加一个初始激励，为保证每次试验的初始激励相同，利用特定质量的重物块在导线模型跨中位置施加一个初始位移，并使导线在重物块作用下保持静止。

4、打开张力传感器5、动态应变仪12、计算机10和工业高精度相机3，连接并调试好仪表和软件。

5、瞬间剪断重物块与导线模型跨中位置的连接带，使导线模型在初始激励的作用下自由振动。

6、本试验使用动态应变仪12记录导线模型张力变化时程，采样频率为500Hz，可以读取每个加载过程张力的实时数值；使用工业高精度相机3可以高帧率捕捉导线位移观测点处的位移变化，采样频率为80Hz，通过位移曲线可识别得到导线模型安装防舞阻尼器前的结构阻尼比。

7、在导线模型的两端端部安装上述防舞阻尼器1，并重复上述步骤2-6的操作，可以得到导线模型安装防舞阻尼器后的结构阻尼比，调整防舞阻尼器的阻尼系数可以得到导线结构阻尼比随阻尼参数C的变化趋势。

下面用具体的试验来验证本发明所述的输电导线防舞装置的效果，图6a为未加阻尼器前导线模型的自振衰减曲线，图6b为在距离两端固定柱1.6m处安装阻尼器后导线模型的自振衰减曲线。根据试验结果测得导线模型安装防舞阻尼器前的结构阻尼比在0.3％左右，在距离固定柱1.6m处安装防舞阻尼器后，导线模型的结构阻尼比可以大幅度提高，通过调整阻尼参数，导线的结构阻尼比最高可达到1.5％左右，可以证明在本发明装置的减振效果明显，能极大程度地提升实际线路的抑舞能力，提高起舞风速，减小舞动幅值，延长起舞时间。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。