【技术实现步骤摘要】
一种输电线路振动损伤度量仪
本专利技术属于电网线路安全领域,具体涉及一种输电线路振动损伤度量仪。
技术介绍
在外界的影响下输电线经常处于振动状态,由于振动的冲击性与循环性,长期的振动不仅使输电线增大动弯应力而产生疲劳,还使输电线与金具或自身的摩擦而产生磨损,无论疲劳还是磨损都会对输电线造成一定的损伤,严重时导致输电线断股、断线、金具损坏等,威胁电网的安全稳定运行。输电线的振动损伤多发生于导线内部股线间、导线与金具连接点等隐蔽部位,不易查看,且振动损伤是不断积累的,巡检人员很难及时、准确的发现输电线的损伤情况,因此对输电线振动损伤分析具有重要的意义。目前对振动损伤的研究主要是对疲劳损伤的分析以及疲劳寿命的预测。对于损伤的测量方法有:通过实验模拟线夹处的应力,计算动弯应变并预测导线的疲劳寿命;采用迭代法根据风输入的能量求振动水平,进而分析输电线的疲劳损坏程度;采用基于能量平衡原理的传递矩阵法分析输电线的振动特性,计算平衡状态下的振动幅值,得出系统响应和动弯应变;考虑输电线的质量和刚度采用有限元法分析振动和曲率的关系,得出动弯应变。随着在线监测技术的发展,采用悬臂梁式传感器在线测量导线的弯曲幅度,计算导线的振动幅值、频率和动弯应变;提出基于压电式加速度计的微风振动监测系统,采集导线的振动加速度,并通过快速傅里叶变换得到振动的幅值与频率,进而计算动弯应变。通过上述方法得到输电线的动弯应变,利用以Miner损伤理论和Wohler安全边界曲线为基础的损伤法可以在一定程度上分析出输电线的损伤程度与疲劳寿命。目前这些方法还存在一些不足,一方面,由于动弯应变复杂的受力情况, ...
【技术保护点】
1.一种输电线路振动损伤度量仪,其特征在于,该损伤度量仪包括运动敏感单元(MEMS惯性测量单元)和损伤分析度量单元;运动敏感单元包括三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺仪和温度计,采集三轴加速度、三轴角速度和温度数据,通过高速采集卡或SPI接口把数据传输到损伤分析度量单元;损伤分析度量单元由高速嵌入式处理器、静/动态存储器、外围辅助电路和Mini USB接口构成,通过Mini USB接口与在线监测系统连接。
【技术特征摘要】
1.一种输电线路振动损伤度量仪,其特征在于,该损伤度量仪包括运动敏感单元(MEMS惯性测量单元)和损伤分析度量单元;运动敏感单元包括三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺仪和温度计,采集三轴加速度、三轴角速度和温度数据,通过高速采集卡或SPI接口把数据传输到损伤分析度量单元;损伤分析度量单元由高速嵌入式处理器、静/动态存储器、外围辅助电路和MiniUSB接口构成,通过MiniUSB接口与在线监测系统连接。2.权利要求1所述的一种输电线路振动损伤度量仪,其特征在于损伤分析度量单元对采集数据先经过低通滤波器去除高频噪声,然后进行温度漂移和零偏补偿,采用统计卡尔曼滤波进行动态误差处理,最后根据处理后的加速度和角速度数据进行度量损伤程度,并把加速度和角速度通过MiniUSB接口传输到在线监测系统。3.权利要求1所述的一种输电线路振动损伤度量仪,其特征在于损伤分析度量步骤包括:(1)采用多维时间序列的卡尔曼滤波获取输电线运动加速度和角速度:①将输电线的加速度at={axt,ayt,azt}和角速度ωt={ωxt,ωyt,ωzt}的三维时间序列,对at和ωt建立时间序列模型时,先平滑处理采集的数据,建立AR(2)模型:式中,τ1、τ2为自回归参数矩阵,为测量噪声;②通过最小二乘法拟合τ1、τ2,进一步采用卡尔曼滤波对参数进行优化,使线路运动数据更加准确,加速度信号的状态空间模型为式中,Xk=[atat-1]T为系统状态,为过程噪声,B=[11×301×3]T为状态空间模型参数,H=[I3×303×3]为观测矩阵;③将加速度状态空间模型参数带入卡尔曼滤波公式,得到输电线三轴加速度最优滤波值;同理,对线路角速度进行卡尔曼滤波。(2)计算线路运动的幅值和频率:①计算输电线平动幅值:输电线平动时,X、Y、Z轴的振动幅值与各轴向的振动加速度线性正相关,因此选取振动加速度信号at作为平动特征量,为了便于幅值和频率的计算,对处理过的数据进行分段,分段长度为L,分段后振动加速度记为al(al1,al2,al3,...,alL),其中ali为l段的加速度。根据加速度与速度的关系,得出第l段的速度为式中,V0为平动的初始速度,t为每段数据的采样时间,ali为第l段第i个加速度数据;根据加速度与位移的关系,得出第l段的位移为式中,S0为平动的初始位移,Vli为第l段的第i个速度数据。综上可获得第l段的平动幅值为②计算输电线平动频率:输电线的振动是不同频率信号的叠加,可根据FFT变换计算振动加速度信号的频率,进而得到平动频率;对一段数据做FFT变换,得到L个复数序列,每个点对应一个频率点fn=(n-1)*fs/L,式中,fn为某点n的信号频率,fs为采样频率,L为FFT变换点数。由于输电线的振动是不同频率信号的叠加,根据频谱中显示的主值频率f1,f2,…,fp,由主值频率构造加速度信号的等效频率为其中ftlmax为幅值最大的频率。由平动幅值与振动加速度的关系式可知,加速度变换一个周期,平动幅值达到最大,故平动的周期近似为振动加速度周期的二倍,故平动频率为ftl=0.5f'tl;③计算输电线转动幅值和频率:输电线转动时,角速度表示转动角的变化率,转动幅值即为转动角,选取角速度信号作为转动特征量;同样将滤波后的角速度滑动分段,分段后记为ωl(ωl1,ωl2,ωl3,...,ωlL),对角速度进行积分运算,第l段的转动幅值为式中,θ0为初始转角,ωli为第l段的i个角速度,t为每段数据的采样时间;由转动幅值与角速度的关系式可知,平动的周期近似为角速度变化的一个周期...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨金显,赵世彬,王蒙蒙,王亚平,张颖,
申请(专利权)人:河南理工大学,
类型:发明
国别省市:河南,41
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