一种输电塔防连续倒塌系统及方法技术方案

一种输电塔防连续倒塌系统及方法，包括：加速度传感器安装于输电塔的测点处，采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据并发送至有限元分析模块；有限元分析模块安装于计算机上，用于根据所述加速度数据，判断是否发送断线指令；断线器安装在输电塔横担上，根据断线指令切断所述输电塔之间的输电导线；加速度传感器与所述有限元分析模块以及所述断线器通讯连接。本方案中的加速度传感器和有限元分析模块获取输电塔受力情况的基础上进行危险性分析，一旦处于危险状态，断线器根据断线指令剪断输电塔与相邻输电塔之间的导线联系，防止了由于导线的牵扯而发生的输电塔连续倒塌事件，大幅度降低了输电塔发生串倒的概率。

A System and Method for Preventing Continuous Collapse of Transmission Towers

【技术实现步骤摘要】
一种输电塔防连续倒塌系统及方法
本专利技术涉及输电塔设计领域，具体涉及一种输电塔防连续倒塌系统及方法。
技术介绍
在输电线路中，如果被某档距中的一根导线一旦断裂或松弛，由于相邻档距的导线没有及时切断，所以在该挂点左右两侧的导线张力差异很大，巨大的不平衡力会给该输电塔带来很大的载荷，输电塔往往会因此而倾倒。因此，在诸多时候灾害的图片中，输电塔完全倒塌后，依然有很多导线牢牢附着在输电塔上。该输电塔倾倒后，该档距内所有的导线都会松弛，张力剧烈下降，导致相邻输电塔也发生倾倒。如此恶性循环，往往导致整个耐张段的输电塔发生成串倒塌。这样在灾后重建时，这些成串倒塌的输电塔都需要重新架立，架立完成后才能恢复供电，这样就严重影响了灾区的电力供应，并提高了重建输电线路的费用。目前，主要通过提高输电塔的设计载荷，增大输电塔主斜材等受力部件的几何规格来减少串倒的概率。然而，在飓风不定期发生的地方，按偶然最大风速下的设计载荷来设计输电塔的受力部件是不合理的，这会导致输电塔线路的成本增大到难以承受的程度。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的增大输电塔受理部件的载荷不足以避免输电线路受自然条件破坏导致的输电塔连续倒塌的问题，本专利技术提供了一种输电塔防连续倒塌系统及方法。本专利技术提供的技术方案是：一种输电塔防连续倒塌系统，所述系统，包括：加速度传感器、有限元分析模块和多个断线器；所述加速度传感器安装于输电塔的测点处，采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据并发送至所述有限元分析模块；所述有限元分析模块安装于计算机上，用于根据所述加速度数据，判断是否发送断线指令；所述断线器安装在输电塔横担上，根据所述断线指令切断所述输电塔之间的输电导线；所述加速度传感器与所述有限元分析模块以及所述断线器通讯连接。优选的，所述加速度传感器，包括：采集模块和数据传递模块；所述采集模块安装在输电塔的测点处，根据预设的采样时刻采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据；所述数据传递模块将所述采样时刻对应的加速度数据传送至所述有限元分析模块。优选的，所述有限元分析模块，包括：建模子模块；所述建模子模块，用于构建和更新待测输电塔和导线的几何模型，并通过梁单元受力分析和索单元受力分析，生成有限元模型，并将所述有限元模型上的预设位置的自由度设置为预设值，得到初始有限元模型。优选的，所述有限元分析模块还包括：计算子模块、判断子模块和优先级模块；所述计算子模块，将所述采样时刻对应的加速度数据增加到所述初始有限元模型上，得到有限元模型上的轴力和弯矩，并根据所述轴力和弯矩，计算得到所述输电塔当前的应力；所述判断子模块，判断当前应力是否小于预设的危险临界值，若小于，则所述输电塔为安全状态，不制定断线指令；否则，所述输电塔为危险状态，制定断线指令；所述优先级模块与所有所述切断器连接，用于按照输电塔横担上的断线器的优先级顺序，将所述断线指令发送至优先级最高的断线器。优选的，所述轴力通过下式计算：N＝ma其中，N为轴力，m为所述输电塔受力部分的质量，a为所述加速度传感器采集的加速度数据。优选的，所述输电塔的当前应力通过下式计算：其中，f为所述输电塔的当前应力，γ为截面塑性发展系数，W为截面弹性模量，N′E为考虑抗力分项系数后的欧拉临界承载力，M为合成弯矩，N为轴力，β为等效弯矩系数。优选的，所述输电塔横担上断线器的优先级顺序，包括：基于断线器在输电塔横担上的位置，按照由上至下，由内至外优先级递减进行设定。优选的，断线器安装在输电塔横担的每条输电导线挂点之间。一种输电塔防连续倒塌方法，包括：安装于输电塔的测点处的加速度传感器采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据，并实时发送到有限元分析模块；安装于计算机上的有限元分析模块实时接收所述采样时刻对应的加速度数据，并根据所述加速度数据判断所述输电塔的危险状态，当判断输电塔处于危险状态时，向断线器发送断线指令，否则，不发送；安装于输电塔横担上的断线器根据所述断线指令切断所述输电塔之间的输电导线。优选的，所述安装于输电塔的测点处的加速度传感器采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据，并实时发送到有限元分析模块，包括：加速度传感器中的采集模块根据预设的采样时刻采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据；加速度传感器中的数据传递模块将所述采样时刻对应的加速度数据传送至所述有限元分析模块。优选的，所述安装于计算机上的有限元分析模块实时接收所述采样时刻对应的加速度数据，并根据所述加速度数据判断所述输电塔的危险状态，之前还包括：利用有限元分析模块中的建模子模块构建并更新待测输电塔和导线的几何模型，并通过梁单元受力分析和索单元受力分析，生成有限元模型；将所述有限元模型上的预设位置的自由度设置为预设值，得到初始有限元模型。优选的，所述安装于计算机上的有限元分析模块实时接收所述采样时刻对应的加速度数据，并根据所述加速度数据判断所述输电塔的危险状态，包括：利用有限元分析模块中的计算子模块将所述采样时刻对应的加速度数据增加到所述初始有限元模型上，得到有限元模型上的轴力和弯矩，并根据所述轴力和弯矩，计算得到所述输电塔当前的应力；通过有限元分析模块中的判断子模块判断当前应力是否小于预设的危险临界值，若小于，则所述输电塔为安全状态，不制定断线指令；否则，所述输电塔为危险状态，制定断线指令；通过有限元分析模块中的优先级模块，将所述断线指令按照预设的优先级顺序发送至优先级最高的输电塔横担上的断线器。优选的，所述轴力通过下式计算：N＝ma其中，N为轴力，m为所述输电塔受力部分的质量，a为所述加速度传感器采集的及速度数据。优选的，所述输电塔的当前应力通过下式计算：其中，f为所述输电塔的当前应力，γ为截面塑性发展系数，W为截面弹性模量，N′E为考虑抗力分项系数后的欧拉临界承载力，M为合成弯矩，N为轴力，β为等效弯矩系数。优选的，所述输电塔横担上断线器的优先级顺序，包括：基于断线器在输电塔横担上的位置，按照由上至下，由内至外优先级递减进行设定。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的技术方案，包括：加速度传感器、有限元分析模块和多个断线器；所述加速度传感器安装于输电塔的测点处，采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据并发送至所述有限元分析模块；所述有限元分析模块安装于计算机上，用于根据所述加速度数据，判断是否发送断线指令；所述断线器安装在输电塔横担上，根据所述断线指令切断所述输电塔之间的输电导线；所述加速度传感器与所述有限元分析模块以及所述断线器通讯连接。本方案中的加速度传感器和有限元分析模块获取输电塔受力情况的基础上进行危险性分析，一旦处于危险状态，断线器根据断线指令剪断输电塔与相邻输电塔之间的导线联系，防止了由于导线的牵扯而发生的输电塔连续倒塌事件，大幅度降低了输电塔发生串倒的概率。此外，本专利技术中只有加速度传感器、有限元分析模块和断线器三个硬件设备，结构简单，制造成本低。附图说明图1为本专利技术的输电塔防连续倒塌系统结构图；图2为本专利技术实施例的正常状态下的输电线路图；图3为本专利技术实施例的断线状态下的输电线路图；图4为本专利技术中的切断器的安装图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电塔防连续倒塌系统，其特征在于，所述系统，包括：加速度传感器、有限元分析模块和多个断线器；所述加速度传感器安装于输电塔的测点处，采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据并发送至所述有限元分析模块；所述有限元分析模块安装于计算机上，用于根据所述加速度数据，判断是否发送断线指令；所述断线器安装在输电塔横担上，根据所述断线指令切断所述输电塔之间的输电导线；所述加速度传感器与所述有限元分析模块以及所述断线器通讯连接。

【技术特征摘要】
1.一种输电塔防连续倒塌系统，其特征在于，所述系统，包括：加速度传感器、有限元分析模块和多个断线器；所述加速度传感器安装于输电塔的测点处，采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据并发送至所述有限元分析模块；所述有限元分析模块安装于计算机上，用于根据所述加速度数据，判断是否发送断线指令；所述断线器安装在输电塔横担上，根据所述断线指令切断所述输电塔之间的输电导线；所述加速度传感器与所述有限元分析模块以及所述断线器通讯连接。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加速度传感器，包括：采集模块和数据传递模块；所述采集模块安装在输电塔的测点处，根据预设的采样时刻采集所述输电塔的加速度数据，得到采样时刻对应的加速度数据；所述数据传递模块将所述采样时刻对应的加速度数据传送至所述有限元分析模块。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述有限元分析模块，包括：建模子模块；所述建模子模块，用于构建和更新待测输电塔和导线的几何模型，并通过梁单元受力分析和索单元受力分析，生成有限元模型，并将所述有限元模型上的预设位置的自由度设置为预设值，得到初始有限元模型。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述有限元分析模块还包括：计算子模块、判断子模块和优先级模块；所述计算子模块，将所述采样时刻对应的加速度数据增加到所述初始有限元模型上，得到有限元模型上的轴力和弯矩，并根据所述轴力和弯矩，计算得到所述输电塔当前的应力；所述判断子模块，判断当前应力是否小于预设的危险临界值，若小于，则所述输电塔为安全状态，不制定断线指令；否则，所述输电塔为危险状态，制定断线指令；所述优先级模块与所有所述切断器连接，用于按照输电塔横担上的断线器的优先级顺序，将所述断线指令发送至优先级最高的断线器。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述轴力通过下式计算：N＝ma其中，N为轴力，m为所述输电塔受力部分的质量，a为所述加速度传感器采集的加速度数据。6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述输电塔的当前应力通过下式计算：其中，f为所述输电塔的当前应力，γ为截面塑性发展系数，W为截面弹性模量，N′E为考虑抗力分项系数后的欧拉临界承载力，M为合成弯矩，N为轴力，β为等效弯矩系数。7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述输电塔横担上断线器的优先级顺序，包括：基于断线器在输电塔横担上的位置，按照由上至下，由内至外优先级递减进行设定。8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，断线器安装在输电塔横担的每条输电导线挂点之间。9.一种输电塔防连续倒塌方法，其特征在于，包括：安装于输电塔的测点处的加速度传感器采集所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海锋，汪长治，胡晓光，王飞，李宾皑，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11