覆冰导线表面风压及舞动轨迹监测系统研究

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覆冰导线舞动会造成倒塔、大面积断电等事故,严重时会危及到人民的生命财产安全,因此,从上个世纪初,国内外专家就开始了导线舞动机理及防治研究。但是,由于覆冰导线是复杂的流固耦合问题,无论是导线舞动机理研究还是舞动防治工作,取得的成果都十分有限。覆冰导线气动力特性和舞动轨迹还原是覆冰导线舞动研究的两个重点。目前研究覆冰导线气动力的方法主要局限于风洞试验和数值模拟,但是试验结果往往不理想。现有导线舞动轨迹监测方法也同样存在实时性差,精度低等问题。因此,本文提出基于风压传感器和惯性测量单元的覆冰导线表面风压及舞动轨迹监测方法。该方法帮助研究人员获取真实风场下覆冰导线舞动系统的激励(输入)和响应(输出),使研究人员最大限度的掌握覆冰导线舞动的实际情况,为导线舞动机理研究及防治工作打下基础。  本文首先从“测压法”还原 D形覆冰导线节段模型气动力入手,在风洞试验室对 D形覆冰导线节段模型进行了测压试验与测力试验的对比。试验结果表明,基于“测压法”还原覆冰导线气动力的方法可行。为了满足实际线上设备的研发,本文还利用数学方法,对监测点个数进行了简化。本文最终证明利用监测覆冰导线表面风压的方法实际可行。  与此同时,本文通过分析现有舞动轨迹监测手段利弊,在基于加速度传感器的舞动轨迹监测方法基础上提出了基于惯性测量单元的导线舞动轨迹监测方法。该方法能够同时测量导线舞动过程中的比力(线加速度和重力加速度之和)和角速度。采集得到的数据经过姿态解算、坐标转换以及二次积分最终可以得到舞动轨迹。本文通过在试验室舞动轨迹模拟装置进行舞动模拟试验,证明本文提出的方法优于加速度的舞动轨迹还原方法的结论。  根据上述研究,本文设计了一种导线舞动轨迹在线监测系统,该系统由舞动监测节点、杆塔监测基站和远程监控站三个部分组成,其中舞动监测节点由覆冰导线表面风压监测装置和基于惯性测量单元的舞动轨迹监测装置组成。本文对该系统涉及的各部分进行了选型分析,最终确定了舞动监测节点、杆塔监测基站、远程监控站以及后台软件的设计方案。该系统能够对监测线路二十四小时远程监控,并能够实时显示数据分析结果。  最后,本文根据上述监测系统设计方案,自主研发了覆冰导线表面风压监测装置和基于惯性测量单元的舞动轨迹监测装置。本文首先对覆冰导线表面风压监测装置进行了静态指标标定。标定结果表明,该装置满足实际线路的监测需要。紧接着,作者在输电线路舞动防治技术试验室对舞动轨迹监测装置进行了考虑不同输电线运动形式的一系列试验以验证所提方法的有效性。试验结果清楚地表明,由于考虑了输电线横截面扭转效应,所提方法能准确地识别出输电线舞动的幅值和频率等特征量并实时还原出输电线的舞动轨迹。
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