一种导线振动疲劳寿命评估方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种导线振动疲劳寿命评估方法和系统，包括：按照预设的间隔和时长，采集导线振动信号；基于经验模式分解法，将振动信号按照频率分解为多个分量，并提取有效分量；分别计算每个有效分量在评估时段内的振动次数和安全振动次数上限；根据所有有效分量振动次数和安全振动次数上限，计算导线振动疲劳寿命。该方法和系统通过将导线的振动分解为多个对导线疲劳寿命有影响的有效分量，并将有效分量应用于导线疲劳寿命的计算中，相比现有技术提高了疲劳寿命的精度，对导地线的疲劳寿命的评估具有重要意义。

A method and system for evaluating vibration fatigue life of conductor

【技术实现步骤摘要】
一种导线振动疲劳寿命评估方法和系统
本专利技术属于导线寿命评估
，具体涉及一种导线振动疲劳寿命评估方法和系统。
技术介绍
根据流体力学的理论，绕二维长柱体(l/D>>1)的流动有一些特殊的性能。当雷诺数Re增大时，将发生边界层分离，形成含有两个对称漩涡的尾流。如果圆柱无限长，漩涡长度将随流体速度的增加而增长，并最终在自由流中消耗掉其旋转能量。漩涡如图2所示在柱体两侧间隔形成。其结果是在圆柱体尾流中有两排交错排列的漩涡。这种交错脱落的漩涡和产生的力导致圆柱体发生振动，漩涡脱落的频率可近似表示为：式中，v为空气垂直流过圆柱体的速度，m/s；D为圆柱体直径，m。导地线这种因气体漩涡交替脱落而产生的振动称为导线微风振动。微风振动导致的直接后果是引起导线发生疲劳破坏，产生疲劳断股。导地线疲劳断股难以用肉眼直接观察到，一旦发生断股则会导致导地线整体强度下降，最后可能发生断线的事故。因此，一般导地线都会加装减振装置来削弱微风振动对导地线造成的危害。以图3所示大跨越线路防振型式为例，其采用Bate阻尼线加防振锤的联合防振型式，防振锤和阻尼线依靠线夹固定在导线上，此种防振型式在导地线上形成若干夹固点。当发生微风振动时，导地线上各加固点位置都会产生或大或小的应变，当应变大小超过一定极限时就会使导地线的振动疲劳寿命产生一定的损耗。图4所示时域信号为在实验室测量某大跨越防振方案的某一夹固点处的应变数据。由图4中信号的频域图可以看出信号中不仅包含30.84Hz的基频成分，还包括61.59Hz的2倍频成分、123.2Hz的4倍频成分和15.38Hz的1/2倍频成分。因此，实际测量的导地线上的应力或应变信号为多种振动成分的叠加。由图4所示振动信号的频谱可以看出，各种振动成分的幅值(与能量有直接关系)各不相同，即各种振动成分在导线疲劳振动中所发挥的作用是不一样的。根据材料的力学特性可以知道，当材料所受应力小于某一应力时，材料的疲劳寿命可以认为是无限长的。当前导线疲劳寿命计算方法，将导线振动信号视为频率成分单一的理想信号，直接将原始信号振幅用于导线疲劳寿命计算中，计算的材料疲劳寿命不够准确。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种导线振动疲劳寿命评估方法和系统。该方法和系统针对导线振动信号进行分解，并提取有效振动分量，根据有效振动分量计算导线的振动疲劳寿命，提高振动疲劳寿命的准确性。实现上述目的所采用的解决方案为：一种导线振动疲劳寿命评估方法，其改进之处在于：按照预设的间隔和时长，采集导线振动信号；基于经验模式分解法，将所述振动信号按照频率分解为多个分量，并提取有效分量；分别计算每个所述有效分量在评估时段内的振动次数和安全振动次数上限；根据所有有效分量振动次数和安全振动次数上限，计算导线振动疲劳寿命。本专利技术提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述基于经验模式分解法，将所述振动信号按照频率分解为多个分量，并提取有效分量，包括：通过迭代不断的从所述导线振动信号中剥离不同频带的振动成分，得到一组频率由高到低自动排列的本征模态分量和一个残余分量；将振幅大于预设阈值的本征模态分量提取为有效分量。本专利技术提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述有效分量的振动次数的计算，如下式所示：n＝T*f其中，n表示有效分量振动次数，T表示有效分量的振动时间，f表示有效分量的振动频率。本专利技术提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述有效分量安全振动次数上限的计算，包括：根据所述有效分量的振幅，计算所述有效分量对应的导线线夹出口所受弯曲应力；根据所述弯曲应力，计算所述有效分量的安全振动次数上限。本专利技术提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述根据所述有效分量的振幅，计算所述有效分量对应的导线线夹出口所受弯曲应力，如下式所示：其中，σ表示导线线夹出口所受弯曲应力，A表示有效分量的振幅，d表示导线直径，x表示导线上距离线夹出口处的距离，Ea为导线外层线股的弹性模量，T表示导线张力，EI表示导线弯曲刚度。本专利技术提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述根据弯曲应力，计算所述有效分量的安全振动次数上限，如下式所示：其中，N表示有效分量的安全振动次数上限，σ表示导线线夹出口所受弯曲应力。本专利技术提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述根据所有有效分量振动次数和安全振动次数上限，计算导线振动疲劳寿命，如下式所示：且其中，Life剩余表示导线振动疲劳寿命，k为有效分量标志，K表示有效分量总个数，nk表示第k个有效分量的振动次数，Nk表示第k个有效分量的安全振动次数上限。一种导线振动疲劳寿命评估系统，其改进之处在于，包括：数据采集模块、分量提取模块、振动计算模块和寿命计算模块；所述数据采集模块，用于按照预设的间隔和时长，采集导线振动信号；所述分量提取模块，用于基于经验模式分解法，将所述振动信号按照频率分解为多个分量，并提取有效分量；所述振动计算模块，用于分别计算每个所述有效分量在评估时段内的振动次数和安全振动次数上限；所述寿命计算模块，用于根据所有有效分量振动次数和安全振动次数上限，计算导线振动疲劳寿命。本专利技术提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述分量提取模块包括：分解单元和提取单元；所述分解单元，用于通过迭代不断的从所述导线振动信号中剥离不同频带的振动成分，得到一组频率由高到低自动排列的本征模态分量和一个残余分量；所述提取单元，用于将振幅大于预设阈值的本征模态分量提取为有效分量。本专利技术提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述振动计算模块包括：应力计算单元和安全振动单元；所述应力计算单元，用于根据所述有效分量的振幅，计算所述有效分量对应的导线线夹出口所受弯曲应力；所述安全振动单元，用于根据所述弯曲应力，计算所述有效分量的安全振动次数上限。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有的有益效果如下：本专利技术提供的导线振动疲劳寿命评估方法和系统，将采集的导线振动信号用经验模式分解法按照频率分解为多个分量，并提取有效分量，然后分别计算每个有效分量在评估时段内的振动次数和安全振动次数上限，根据所有有效分量振动次数和安全振动次数上限，计算导线振动疲劳寿命。通过将导线的振动分解为多个对导线疲劳寿命有影响的有效分量，并将有效分量应用于导线疲劳寿命的计算中，相比现有技术提高了疲劳寿命的精度，对导地线的疲劳寿命的评估具有重要意义。附图说明图1为本专利技术提供的一种导线振动疲劳寿命评估方法流程示意图；图2为卡门漩涡示意图；图3为大跨越防振方案示意图；图4为一个30.84Hz典型应变信号时域和频域图；图5为本专利技术提供的一种导线振动疲劳寿命评估方法实施例中振动信号1分解示意图；图6为本专利技术提供的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导线振动疲劳寿命评估方法，其特征在于，包括：/n按照预设的间隔和时长，采集导线振动信号；/n基于经验模式分解法，将所述振动信号按照频率分解为多个分量，并提取有效分量；/n分别计算每个所述有效分量在评估时段内的振动次数和安全振动次数上限；/n根据所有有效分量振动次数和安全振动次数上限，计算导线振动疲劳寿命。/n

【技术特征摘要】
1.一种导线振动疲劳寿命评估方法，其特征在于，包括：
按照预设的间隔和时长，采集导线振动信号；
基于经验模式分解法，将所述振动信号按照频率分解为多个分量，并提取有效分量；
分别计算每个所述有效分量在评估时段内的振动次数和安全振动次数上限；
根据所有有效分量振动次数和安全振动次数上限，计算导线振动疲劳寿命。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于经验模式分解法，将所述振动信号按照频率分解为多个分量，并提取有效分量，包括：
通过迭代不断的从所述导线振动信号中剥离不同频带的振动成分，得到一组频率由高到低自动排列的本征模态分量和一个残余分量；
将振幅大于预设阈值的本征模态分量提取为有效分量。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有效分量的振动次数的计算，如下式所示：
n＝T*f
其中，n表示有效分量振动次数，T表示有效分量的振动时间，f表示有效分量的振动频率。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有效分量安全振动次数上限的计算，包括：
根据所述有效分量的振幅，计算所述有效分量对应的导线线夹出口所受弯曲应力；
根据所述弯曲应力，计算所述有效分量的安全振动次数上限。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述有效分量的振幅，计算所述有效分量对应的导线线夹出口所受弯曲应力，如下式所示：



其中，σ表示导线线夹出口所受弯曲应力，A表示有效分量的振幅，d表示导线直径，x表示导线上距离线夹出口处的距离，Ea为导线外层线股的弹性模量，T表示导线张力，EI表示导线弯曲刚度。


6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据弯曲应力，计算所述有效分量的安全...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昭，董玉明，周立宪，刘胜春，齐翼，尹泉，张雪松，张暕，刘臻，
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，
类型：发明
国别省市：北京;11