一种架空输电线路舞动的监测方法技术

本发明专利技术提供一种架空输电线路舞动的监测方法，包括：在架空输电线端部串接拉力传感器和角度传感器，监测架空输电线动张力和风攻角；运用线长法逆推出舞动幅值；建立椭圆形覆冰架空输电线模型；定义远离架空输电线的边界，架空输电线固壁和这个边界之间构成一块流动的圆形计算区域并划分网格；计算获得各个气动力系数的时程曲线，再求得时程稳定后若干周期的气动力系数的平均值；拟合获得覆冰架空输电线所受的气动升力、气动阻力和扭矩。本发明专利技术针对架空输电线路舞动特性，引入等效轴向张力并考虑风偏因素，基于线长法逆推出舞动幅值，再通过数值计算得到气动力系数，从而完成架空输电线路舞动的监测，较好地反映出覆冰架空输电线舞动的特性。

Monitoring method for galloping of overhead transmission line

The invention provides a monitoring method of overhead transmission line galloping includes: in tandem tension and angle sensors of overhead transmission lines end monitoring of overhead transmission line dynamic tension and wind attack angle; using the inverse length method introduced galloping amplitude; oval iced overhead transmission line model; definition from overhead transmission line boundary. A circular overhead transmission flow calculation region and grid is formed between the wire and the solid wall boundary; calculating curve and obtain the aerodynamic coefficients, average aerodynamic coefficients of some cycle value stability obtained after fitting; icing overhead transmission line by the lift and drag and torque. The present invention for overhead transmission line galloping characteristics, equivalent axial tension and windage factor, length method based on inverse launch galloping amplitude obtained by aerodynamic coefficients, and numerical calculation, thus completing the monitoring of overhead transmission line galloping, reflect the characteristics of ice covered overhead line dancing.

【技术实现步骤摘要】
一种架空输电线路舞动的监测方法
本专利技术关于电力系统的架空输电线路监测技术，具体是一种架空输电线路舞动的监测方法。
技术介绍
架空输电线舞动是覆冰架空输电线在相对稳定风的激励下产生的流固耦合非线性振动。覆冰架空输电线舞动频率较低，范围多在0.1～3Hz之间。大部分舞动的形态以单个或多个半波的竖向舞动为主。然而实际线路中的覆冰架空输电线舞动多存在偏心现象以及不同运动方向间的气动耦合效应，输电线路发生竖向舞动同时往往伴随有较为显著的水平向和扭转向舞动，因此舞动轨迹形状多为在垂直线路走向平面内的椭圆。大幅舞动所致的动张力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，在某些特定冬季季风的影响下，舞动持续时间可长达数日或数十日，轻则导致横担扭曲、架空输电线及引流线断裂、输电杆塔构件失稳，重则引发构件疲劳失效和倒塔等恶性事故，架空输电线舞动成为威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一。20世纪30年代以来，一些学者对架空输电线舞动机理、舞动规律做了大量的研究，提出了多种舞动机理学说，包括DenHartog的垂直舞动机理、O.Nigol的扭转舞动机理、P.Yu的偏心惯性耦合失稳机理、阵风诱发机理等。国内外学者对架空输电线的舞动也做了大量的实验研究，提出了一些有效的并已在工程实践中得到运用的防舞措施。随着全球环境及气候变化，我国输电线路舞动问题越发突出，2009年年末至2010年年初，全国600多条线路发生舞动。因此，实时获取架空输电线舞动情况是十分必要的。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种架空输电线路舞动的监测方法。本专利技术的技术方案如下：一种架空输电线路舞动的监测方法，包括以下步骤：步骤1、在架空输电线端部串接拉力传感器和角度传感器，分别监测架空输电线动张力和风攻角，并通过无线通讯技术传输到监测终端；步骤2、将架空输电线各计算参量归算到风偏平面内，运用线长法逆推出舞动幅值；步骤3、根据椭圆形覆冰架空输电线的基本参数，建立椭圆形覆冰架空输电线模型；步骤4、定义远离架空输电线的边界，架空输电线固壁和这个边界之间构成一块流动的圆形计算区域，在圆形计算区域划分网格；步骤5、根据架空输电线覆冰厚度、风速、风攻角，计算获得各个气动力系数的时程曲线，再求得时程稳定后若干周期的气动力系数的平均值；步骤6、根据计算所得的气动阻力系数的时程曲线、升力系数的时程曲线以及扭矩系数的时程曲线分别进行拟合，获得覆冰架空输电线所受的气动升力、气动阻力和扭矩。所述的椭圆形覆冰架空输电线的基本参数，包括：档距、悬挂点高差、截面积、单位长度质量、综合弹性模量、架空输电线最低点平均运行应力。所述步骤4，具体包括：步骤4.1、定义远离架空输电线的边界；步骤4.2、确定架空输电线固壁和这个边界之间构成一块流动的圆形计算区域；步骤4.3、选择非结构网络在圆形计算区域划分网格，为使靠近架空输电线中心的圆形计算区域计算更加精确，对架空输电线中心区域的网格采用局部加密。所述各个气动力系数的时程曲线包括：气动阻力系数的时程曲线、升力系数的时程曲线以及扭矩系数的时程曲线。所述步骤6中采用三次多项式方程来拟合气动力系数，三次多项式方程如下：Ci＝ci3α3+ci2α2+ci1α+ci0式中，Ci为阻力系数、升力系数或扭矩系数，ci3、ci2、ci1、ci0为常系数，α为风攻角，下标i可以为d、l或m，分别表示阻力系数、升力系数或扭矩系数；三次多项式方程通过联立求解，分别得到阻力系数、升力系数、扭矩系数与风攻角α之间关系的函数表达式，进而获得覆冰架空输电线所受的气动升力、气动阻力和扭矩。有益效果：本专利技术以线路端部张力传感器和角度传感器所测数据为基本参量，结合线路的自身参数，针对架空输电线路舞动特性，引入等效轴向张力并考虑风偏因素，基于线长法逆推出舞动幅值，再通过数值计算得到气动力系数，从而完成架空输电线路舞动的监测，较好地反映出覆冰架空输电线舞动的特性。通过仿真证明本方法的可行性，满足输电线路舞动监测的需要，对输电线路的运行维护具有实际应用价值。附图说明图1为本专利技术一种实施例的架空输电线路舞动的监测方法流程图；图2为本专利技术一种实施例的架空输电线最大舞动幅值处的位移曲线图；图3为本专利技术一种实施例的椭圆形覆冰架空输电线模型图；图4为本专利技术一种实施例的椭圆形覆冰架空输电线圆形计算区域网格划分示意图；图5为本专利技术一种实施例的覆冰架空输电线三个气动力系数对比图；图6为本专利技术一种实施例的架空输电线初始模型图和架空输电线覆冰后模型图，其中，(a)为架空输电线初始模型图；(b)为架空输电线覆冰后模型图；图7为本专利技术一种实施例的架空输电线最大振幅处位移对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术一种实施例做详细说明。本专利技术实施例中，架空输电线路舞动的监测方法流程如图1所示，包括以下步骤：步骤1、在架空输电线端部串接拉力传感器和角度传感器，降低设备的经济成本，分别监测架空输电线动张力和风攻角，并通过无线通讯技术传输到监测终端；步骤2、将架空输电线各计算参量归算到风偏平面内，运用线长法逆推出舞动幅值；架空输电线风偏后必然位于风偏平面，将架空输电线各计算参量(动张力、档距、悬挂点高度)归算到风偏平面内，根据现有技术对舞动的研究成果，再运用线长法逆推出舞动幅值；本专利技术实施例中，架空输电线基本参数见表1，架空输电线舞动时气象条件以及舞动参数见表2。表1架空输申线基本参数表2架空输电线舞动时气象条件以及舞动参数根据现有技术中的舞动张力随平均风速的变化曲线，估测此例舞动中架空输电线产生的最大张力约为静态张力的1.5倍。计算出架空输电线舞动幅值最大处的位移如图2所示，主要舞动阶次为3，单峰舞动幅值为5.196m。步骤3、根据椭圆形覆冰架空输电线的基本参数，采用Gambit软件建立椭圆形覆冰架空输电线模型；所述的椭圆形覆冰架空输电线的基本参数，见表1，包括：档距、悬挂点高差、截面积、单位长度质量、综合弹性模量、架空输电线最低点平均运行应力。步骤4、定义远离架空输电线的边界，架空输电线固壁和这个边界之间构成一块流动的圆形计算区域，在圆形计算区域划分网格；所述步骤4，具体包括：步骤4.1、定义远离架空输电线的边界：设置覆冰架空输电线半径的10倍左右的物理域作为绕流的外边界；设置计算区域外圆的左边界为速度入口边界条件；外圆右边界设为出流边界，覆冰架空输电线截面设定为无滑移边界条件；步骤4.2、确定架空输电线固壁和这个边界之间构成一块流动的圆形计算区域；步骤4.3、选择非结构网络在圆形计算区域划分网格，为使靠近架空输电线中心的圆形计算区域计算更加精确，对架空输电线中心区域的网格采用局部加密。本专利技术实施例中，椭圆形覆冰架空输电线模型和圆形计算区域的网格划分分别如图3、图4所示，风速U为10m/s，架空输电线直径D为28.6mm，覆冰厚度d为15.8mm。步骤5、根据架空输电线覆冰厚度、风速、风攻角，计算获得各个气动力系数的时程曲线，再求得时程稳定后若干周期的气动力系数的平均值如表3所示；各个气动力系数的时程曲线包括：气动阻力系数的时程曲线、升力系数的时程曲线以及扭矩系数的时程曲线。步骤6、根据计算所得的气动阻力系数的时程曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种架空输电线路舞动的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在架空输电线端部串接拉力传感器和角度传感器，分别监测架空输电线动张力和风攻角，并通过无线通讯技术传输到监测终端；步骤2、将架空输电线各计算参量归算到风偏平面内，运用线长法逆推出舞动幅值；步骤3、根据椭圆形覆冰架空输电线的基本参数，建立椭圆形覆冰架空输电线模型；步骤4、定义远离架空输电线的边界，架空输电线固壁和这个边界之间构成一块流动的圆形计算区域，在圆形计算区域划分网格；步骤5、根据架空输电线覆冰厚度、风速、风攻角，计算获得各个气动力系数的时程曲线，再求得时程稳定后若干周期的气动力系数的平均值；步骤6、根据计算所得的气动阻力系数的时程曲线、升力系数的时程曲线以及扭矩系数的时程曲线分别进行拟合，获得覆冰架空输电线所受的气动升力、气动阻力和扭矩。

【技术特征摘要】
1.一种架空输电线路舞动的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在架空输电线端部串接拉力传感器和角度传感器，分别监测架空输电线动张力和风攻角，并通过无线通讯技术传输到监测终端；步骤2、将架空输电线各计算参量归算到风偏平面内，运用线长法逆推出舞动幅值；步骤3、根据椭圆形覆冰架空输电线的基本参数，建立椭圆形覆冰架空输电线模型；步骤4、定义远离架空输电线的边界，架空输电线固壁和这个边界之间构成一块流动的圆形计算区域，在圆形计算区域划分网格；步骤5、根据架空输电线覆冰厚度、风速、风攻角，计算获得各个气动力系数的时程曲线，再求得时程稳定后若干周期的气动力系数的平均值；步骤6、根据计算所得的气动阻力系数的时程曲线、升力系数的时程曲线以及扭矩系数的时程曲线分别进行拟合，获得覆冰架空输电线所受的气动升力、气动阻力和扭矩。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的椭圆形覆冰架空输电线的基本参数，包括：档距、悬挂点高差、截面积、单位长度质量、综合弹性模量、架空输电线最低点平均运行应力。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：安康，林莘，徐建源，张曦橙，马子超，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21