全光纤微风振动监测传感器研制

笔者研究了基于光纤传感原理的输电线路微风振动在线监测技术,通过理论计算验证了以植入光纤光栅的悬臂梁为主体结构的新型无源传感器设计的可行性,依据计算结果指导成功试制出首个光纤光栅式微风振动监测传感器,同时根据光纤光栅的应力变化与导线微风振动中振幅及频率的变化情况对传感器进行了标定。标定后的系统经过实验室试验以及实际挂网运行验证可有效检测微风振动,并且文中设计的传感器完全满足频率为0~150 Hz、振幅为0~0.6 mm的输电线路微风振动监测规程。     

基于分布式光纤传感技术结合维纳滤波的架空线路舞动监测方法

电力系统中输电线路由于天气影响极易产生舞动现象,威胁电网安全运行。针对这一现象提出一种基于分布式光纤传感技术结合维纳滤波的架空线路舞动监测方法。通过分析沿导线内光纤传播的后向瑞利散射信号得到架空线缆的舞动信息,经过正交解调算法实现舞动定位与舞动波形重构,同时结合维纳滤波算法消除由于波形重构存在的相位漂移和环境噪声。仿真及实验测试结果表明,该方法能直观地呈现整条线路舞动状况,并在舞动信号频率为0.8 Hz的情况下,成功消除了0.05 Hz的低频漂移信号,将信噪比提高了9.89 dB,减少了环境噪声的影响。该方法对架空线路的舞动监测提供了一种新的思路。     

输电线路微风振动在线监测装置计量标准器的研制

为了提高输电线路微风振动在线监测装置测量数据的准确性和可靠性,文中设计了一种输电线路微风振动在线监测装置的计量标准器。首先研制了振动源,可以输出一个标准的振动激励(频率输出范围为0~200 Hz,振幅输出范围为0~1.5 mm);然后设计了一个标准接口,使输电线路微风振动在线监测装置可以有效测量到振动源输出的激励。经过振动标准装置的测试,计量标准器达到设计要求,可以实现对输电线路微风振动在线监测装置的整体校准。     

一种新型输电线缆风舞在线监测系统及其舞动参数测量方法

架空输电线缆舞动是威胁电力系统输电线路安全运行的重要因素之一,对线路舞动情况进行实时监测很有必要。提出一种抗电磁干扰及其他恶劣环境的长距离输电线缆舞动分布式在线监测系统及其舞动参数测量方法,利用光时域反射仪(OTDR)实现架空输电线缆风舞分布式在线监测,根据光缆内散射信号沿空间分布的偏振态变化情况分析得到架空线缆实时的风舞状况。检测到线缆风舞事件并定位后,通过对风舞信号进行频谱分析和包络拟合的方法实现舞动频率、摆幅的定量测量。现场测试验证了线缆舞动频率和摆幅测量方法的有效性,在电缆13km和33km处先后监测到4次风舞事件,频率分别为0.42Hz、0.38Hz、1.13Hz和2.54Hz,幅度级别分别为Ⅳ、Ⅲ、Ⅰ、Ⅲ。结果表明该系统能准确实现线缆风舞频率和摆幅定量测量。     

基于分布式光纤振动传感的海底电缆绝缘击穿故障检测

为了研究分布式光纤振动传感技术检测海底电缆绝缘击穿的可行性,进行了绝缘击穿实体试验。搭建了绝缘击穿实体试验系统,利用高压脉冲对具有绝缘缺陷的海缆进行冲击;利用分布式光纤振动传感测量设备实时监测缆体沿线的振动信号,利用时空谱图直观展示了击穿故障前后的信号变化,并对击穿点的振动信号进行了时频分析。结果表明,海缆绝缘击穿时会产生强烈的振动,该振动信号的频率成分分布于0~1 000 Hz范围内,分布式光纤振动传感可有效实现海缆绝缘击穿故障的检测和定位。     

架空输电线路防舞动措施

分析了架空输电线路导线舞动原理,研究了微风振动、驰振激发和扩展导线舞动的特点及振动频率、导线的受力情况。根据导线舞动原理,结合架空输电线路运行维护经验,分析了线路走向、地形与地势,冰风参数,线路结构参数对导线舞动的影响,提出了减弱导线振动,加强导线、金具的耐振强度、优化导线排列方式等防舞动措施,介绍了国内常用防舞动装置及其工作原理,并对今后防舞动工作提出了建议。     

基于压电式加速度计的导线微风振动传感器设计

输电线路导线的微风振动往往会造成线路断股、断线、金具脱落等危害,传统的在线监测方法多采用暴露在户外的传感器,容易受恶劣气候的影响降低长期稳定性。文中针对这些问题,开发了基于压电式加速度计的输电线路微风振动在线监测系统,首先,通过安装在导线上的基于压电式加速度计的微风振动传感器采集导线的振动加速度,并通过快速傅里叶变换(FFT)、频域积分等方法得到振动频率和振动幅值;然后,通过Zigbee无线模块发送到安装在杆塔上的状态监测装置;最后,通过GPRS的通信方式将数据发送到省网公司监控中心。结果表明:利用基于压电式加速度计的微风振动传感器系统可以准确测量振动频率为1~150 Hz,振幅为0.1~1.5 mm的振动信号,并且通过振幅法计算的导线动弯应变值,也可以达到输电线路通用技术规范的基本要求。同时,文中设计的微风振动在线监测系统具有易安装、测量范围宽等特点,因此,该传感器为输电线路微风振动监测结果的准确可靠提供了有力的技术支持。     

基于FBG的输电线路微风振动在线监测方法

输电线路导线和地线振动往往造成线路断股断线、金具脱离等危害,现有的导线微风振动监测装置采用互感取电方式供电,而地线监测装置采用电池供电,使用寿命较短,且易受电磁干扰、雷击电流的影响。针对这些问题,开发了基于光纤光栅（fiber Bragg grating,FBG）传感器的输电线路微风振动在线监测系统,系统采用悬臂梁结构的光纤光栅传感器测量地线振动时反射光的波长变化,并通过OPGW/OPPC将光信号发送至变电站的光纤光栅解调仪,再通过安装在变电站的状态监测装置计算出导地线的动弯应变、振动幅值以及振动频率。系统可以实现地线微风振动的无源测量,不再存在电源供电的问题。此外,结合光纤光栅传感器抗电磁干扰、精度高的特点,提高了系统的稳定性和可靠性。     

输电线路导线微风振动在线监测技术

为有效避免由输电线路导线微风振动引起的导线断股事故,设计了一套微风振动在线监测系统来实时监测导线的微风振动信息。系统采用悬臂梁式传感器测量导线的弯曲幅度,并根据弯曲幅度,采用峰峰值法和快速Fourier变换(FFT)等方法,计算出导线振动的频率与振幅以及导线的动弯应变。研究表明,悬臂梁式传感器可以准确测量频率1～150Hz的小幅振动信号,峰峰值法可以准确计算出导线微风振动的振幅,而快速Fourier变换可以准确计算出导线振动的频率。根据研究结果可知,该系统采用的测量方法和建立的数学模型可以准确计算出导线的动弯应变值,并能实现输电线路疲劳故障的预警。     

基于物联网的微风振动监测应用场景分析

通过在输电线路安装微风振动监测装置,利用输电线路疲劳寿命算法,并在运检智能管控系统中开发部署输电线路微风振动监测分析物联网高级应用系统,实现监测展示、数据分析、报警管理和状态评估等功能,极大提高了输电线路微风振动监测能力,保障了电网安全稳定运行。     

特高压输电线路新型防舞器建模分析

覆冰导线在风力作用下产生的舞动会对输电线路造成很大的破坏,严重威胁着输电线路的安全运行,开展特高压输电线路舞动的防治研究非常必要.通过达朗伯原理,建立安装新型防舞装置后覆冰导线的运动方程,比较全面地考虑了功角的作用,并把间隔棒和防舞装置作为线路的集中载荷,得到比较完全的覆冰导线运动的稳定性条件.结合线路具体情况,依据稳定性条件设计出符合要求的新型防舞器参数.该研究成果为中国特高压输电线路的舞动防治提供了技术支撑和理论指导.     

基于光流场的输电导线舞动监测方法

提出基于光流场的输电导线舞动监测方法,以输电导线舞动视频中截取的多帧连续图像为研究对象,利用金字塔光流法计算图像中各点的光流值,通过形态学滤波中的闭运算滤除孤立噪声点,设置面积阈值提取图像中舞动的导线;对图像进行多层亚像素级滤波处理,把图像中向量场以横向、纵向分为实值图,以横向、纵向估算光流像素点的位置并计算出光流速度;描绘出图像中各点的运动方向和位移,实现导线舞动的自动监测。该方法克服了视频监测单纯依靠工作人员观看导线运行状况视频的弊端。实例分析结果表明,该方法能够准确地检测出导线舞动的目标区域并计算出导线上各点的速度和舞动位移。     

风速对基于BOTDA架空导线覆冰监测有效性的影响

为了获得架空导线温度在不同气象条件下的变化特征和风速对基于分布式光纤传感技术的架空导线覆冰监测有效性的影响,本文建立了光纤复合相线覆冰的温度场三维模型,并采用了有限元方法进行求解,分析获得了光纤温度在不同的环境温度、风速和覆冰厚度下的变化规律特征;指出了覆冰段与未覆冰段光纤的温差与环境温度初始值大小无关;提供了单独考虑环境温度变化速率或覆冰厚度情况下的临界风速表达式,给出了常见范围内环境温度变化速率以及覆冰厚度下的临界风速值,基于风速值和插值方法可以得到常见范围环境温度变化速率以及覆冰厚度下比较准确的临界风速。本文对研究覆冰架空导线在不同气象条件下的温度变化特征以及风速对基于分布式光纤传感的架空导线覆冰监测有效性的影响方面有着一定的学术和工程指导价值。 关键词：架空导线;覆冰识别;光纤传感;温度场;临界风速 中图分类号：TM755     

基于多模空间距离权重融合的高压架空输电线 舞动监测模块的设计

当前高压架空输电线路的舞动物联监测系统还存在集成度不高、误差较大等缺点。针对这个问题建立了基于球面距离和空间距离相结合的多模空间距离权重修正模型。并基于北斗卫星定位系统研制了高压架空输电线舞动监测模块,可集成到智能监测球装置中。进而实现了一种基于多模空间距离权重融合的高压架空输电线舞动测量方法。实验结果表明,该高压架空输电线舞动监测装置定位精度可达厘米级,定位结果能够有效评估输电线路的舞动风险,并已安装应用于架空高压输电线路的在线物联监测。     

Numerical analysis of overhead transmission line galloping considering wind turbulence

This study aims at clarifying the factors that cause transmission line galloping and the conditions influencing it, and at determining response evaluation indices of gallopings in turbulent flows. This is done using a three‐dimensional analytical method considering a large deformation. The analysis is based on four‐bundle transmission lines. Obtained results are as follows:

• 1 The occurrence of galloping in the smooth flow is limited by the combination of the following parameters: the initial angle of wind attack, the initial icing angle, and the wind speed. The galloping predominates mainly with one or two of the lowest in‐plane, out‐of‐plane, and torsional modes for the free vibration under the conditions that the transmission line is subject to dead load as well as static wind force. However, the galloping always occurs with torsional vibration.
• 2 The shape of the Lissajous figure for displacement depends on the initial angle of wind attack and the initial icing angle, as well as wind speed. The main shapes are vertically elliptic, horizontally elliptic, and a configuration having the shape of a horizontally rotated figure of eight.
• 3 The predominant frequency components of gallopings in turbulent flows are amplified and controlled by the turbulence intensity. Vibration frequency components unrelated to galloping increase linearly with rise in turbulence intensity.
• 4 There is a time lag of 30 s between galloping vibration and the fluctuating wind speed. The relationships between mean wind speeds and both trend components and standard deviations of galloping in turbulent flows closely correspond to those relationships during the smooth flow, and they can be obtained using the average time of 10 times the shortest vibration period of the transmission line. That is, the response values of transmission lines in the smooth flow can be utilized to estimate gallopings in turbulent flows. To estimate the maximum amplitude of a galloping, a peak factor of approximately 2.5 can be used. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 131(3): 19–33, 2000

     

架空输电导线覆冰及舞动在线监测技术综述

近年来,架空输电线路的覆冰和舞动在线监测技术取得了长足的发展。介绍导线覆冰舞动造成的危害、覆冰舞动的产生机理和监测方式以及导线覆冰舞动在线监测技术国内外的应用现状和发展趋势;重点介绍了光纤传感器在输电导线覆冰舞动监测技术应用中的优越性。     

采用ZigBee PRO无线网络技术的导线舞动多点监测系统设计

为实时监测输电导线的舞动状态,在ZigBee Pro Feature set（ZigBee PRO）无线通信技术的基础上提出了导线舞动多点监测系统的设计思想。分析了ZigBeePRO技术在导线舞动监测应用中所需要解决的关键问题,该系统采用分布式测量系统构架,对系统中用于构建无线网络的协凋器节点和用于监测舞动的传感器子节...     

500kV紧凑型线路覆冰舞动及非同期摇摆的防治措施

架空输电线路覆冰会引起导线舞动、杆塔倒塌、导线断线和绝缘子闪络等事故,500kV紧凑型线路三相导线成等边倒三角排列,相间距离较常规线路大为减小,如果在覆冰情况下舞动及大风扰动下相间发生非同期摇摆,更容易造成相间距离不足,引起跳闸事故。因此,要减轻覆冰舞动及非同期摇摆的灾害,除在线路设计阶段应尽量避开易覆冰舞动、易风偏区域外,还应配置全面的防治覆冰舞动及非同期摇摆的措施。     

基于光纤传感的输电线路悬垂绝缘子风偏角监测研究

由风偏引起的输电线路故障在电网运行中占有很大的比例,为了实时监测输电线路绝缘悬垂绝缘子串风偏角的变化,通过研究悬垂绝缘子风偏的荷载模型,应用光纤传感技术,搭建悬垂绝缘子风偏角在线检测系统,实现了云南电网昭通地区某110 kV杆塔悬垂绝缘子串风偏角的在线监测。由监测数据可得,悬垂绝缘子串风偏角的变化与理论计算模型的变化趋势相符,变化范围大致在-4°～+4°。结果表明,该光纤传感的风偏角在线检测方法在实际运用过程中准确可靠,为输电线路安全运行提供了一定程度的参考。     

光纤复合架空地线的防振

对目前国内OPGW的防振形式进行了归纳,提出对OPGW微风振动和舞动的治理方案。在OPGW微风振动的治理方面,对于一般线路而言,通常采用防振锤或防振鞭,而对于大跨越线路则宜采用阻尼线和防振锤组合防振的方式。为了保证实际工程中所采用的防振方案的有效性,对防振锤的选型,安装位置,安装方向,防振鞭的消振效果,阻尼线和防振锤组合防振的消振效果,进行了试验室模拟试验,并对试验数据进行了分析。文章也对OPGW舞动的形态、影响因素及防舞动措施进行了介绍,并提出了适用于OPGW的防舞动措施。