[發明專利]一種架空導線微風振動的動態監測裝置及監測方法

在審

• 申請號: 202210134005.8
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114526807A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 王國彬;董皓南
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01V7/12;G01R31/08
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 李曉曉

一種架空導線微風振動的動態監測裝置及監測方法，監測裝置包括安裝在待監測導線上的懸垂線夾，所述懸垂線夾內設置有用于監測懸垂線夾兩側不平衡張力以及微風振動引起交變應力的振動傳感器，所述懸垂線夾的上方設置有用于監測所述導線及其金具重力載荷和舞動時大張力變化的重力傳感器，通過光纖套管將所述振動傳感器和所述重力傳感器連接，所述光纖套管內設有傳輸光纖。監測方法包括測量導線測點距離懸垂線夾出口的距離；讀取振動傳感器與重力傳感器監測數值，計算得到懸垂線夾出口處彎曲振幅以及試驗時導線平均運動張力；然后按照公式計算懸垂線夾出口處的動彎應變。本發明監測裝置結構簡單，使用便捷，可靠性較高，可監測變量全面。

技術領域

本發明屬于輸電線路動態監測傳感技術領域，具體涉及一種架空導線微風振動的動態監測裝置及監測方法。

背景技術

在輸電線路中，微風振動是導致線路導線損傷的主要原因，其特點在于頻率高、振幅小，時間長，雖不像舞動破壞的那樣明顯，但是具有隱蔽性，有時候從外表很難發現，微風振動會其損傷導線的內層，是疲勞斷股的主要原因。架空導線經過長時間的應力交變作用，在應力集中點和有損傷的地方，會產生細小的裂紋，在交變應力的作用下，裂紋逐漸變大擴展，時間很長后，導線單股的有效截面減少，在達到一個限度值后，突發的沖擊或者振動就會使單股發生斷裂，而這往往發生在內部內層，巡線很難發現。在傳統的電子類傳感器應用上，較為普遍的是只能安裝在耐張塔位置，此處的微風振動受到阻尼的作用已經不是最明顯的位置，產生的動彎應變不屬于惡劣程度。而在直線塔位置，目前缺少能夠準確感知動彎應變的傳感裝置。

微風振動的主要形成機理：風引起的卡門旋渦是原因之一，還有同步效應，風激勵吹過導線，導線產生上下的垂直方向的振動，如果與導線固有的基礎頻率相同，則會產生同步效應，形成穩定的振動，類似正弦波。目前采用的防振措施包括設置防振錘、阻尼線、護線條、分裂導線和間隔棒等。

目前在線監測方法包括：

1)基于導線動彎應變的微風振動監測：由于懸垂線夾出口的彎曲振幅和導線的振動幅度之間存在線性關系，彎曲振幅形成的測量是目前有效的測量方法。

2)基于光感器件的在線監測裝置：利用敏感光器件對導線的必要位置進行光投射，利用微處理器對感光量進行判斷，確定運動信息，主要布置在懸垂線夾出口89mm處。

專利CN 204964006 U公開了“一種基于光纖光柵的輸電線路微風振動在線監測系統”，其傳感器的結構組成及其在架空線路上的安裝形式如圖1所示，包括卡具1-1、光纖光柵1-4、光纖1-5、滾輪1-3、傳力梁1-2、線夾1-7及輸電導線1-6。光纖光柵1-4粘貼在傳力梁1-2上，距離滾輪1-3的中心89毫米，光纖1-5從光纖光柵1-4引出，連接光纖光柵分析儀。卡具1-1設置在輸電導線1-6上，通過傳力梁1-2與滾輪1-3連接，滾輪一壓在線夾1-7出口處，線夾1-7連接絕緣子，用于將輸電線托起，為輸電線路本身結構的一部分。

現有技術通過監測彎曲振幅Y_b來表征導線振動，彎曲振幅法的監測原理如圖2所示，部件1’為線夾或夾頭，部件2’為導線，部件3’為導線與線夾的接觸點。對照圖1所示在線監測系統結構，當導線發生振動時，滾輪1-3帶動傳力梁1-2發生彎曲形變，而光纖光柵1-4的中心波長變化與振動頻率和彎曲應變有關。光信號通過光纖復合架空地線(OPGW)或光纖復合相線(OPPC)將光信號發送至變電站的光纖光柵分析儀，光纖光柵分析儀將光信號解調，通過以太網接口將反射光波長發送給監測終端計算機，監測終端解算出波長對應的彎曲幅度，并計算出導線的振動頻率和動彎應變，最終通過以太網將數據發送給監控中心。

上述現有的在線監測系統，傳感器采用的是倒裝法，即通過一個連接夾具固定在導線上，滾輪與導線接觸，是受力接觸點，且滾輪距離線夾較近，導線產生微風振動后將帶動滾輪對懸臂梁產生彎矩。