4 架空输电线路导线舞动在线监测系统研究
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所求曲线称作在加权最小二乘意义下对数据的拟 合曲线'
## 导线的舞动是导线覆冰形成非圆截面后所产
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科#学#技#术#与#工#程
!" 卷
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图 $#检测主站结构示意图
用数值的方法对此类问题进行分析$ 对于机理研究 和工程应用也是一个有效的途径' 舞动的数学模型复杂$ 参数较多$ 在实验室难 以模拟现场的实际舞动$ 因此实际仿真计算中对于 舞动的三自由度模型进行简化$ 只计算导线的加速 度(速度(位移( 半波数和幅值$ 得出同一时刻的三 个加速度传感器的位置并利用抛物线拟合法获得 导线的舞动波形' 实验室在导线上安装了 + 个加速 度传感器$每个传感器之间相距 $& A $ 采用抛物线 拟合法来拟合' 根据某一时刻三个加速度传感各 自的位移置$拟合出导线当时的位置如图 ' 所示$发 现拟合度较好(结果很精确" 6 轴位移即表示导线向 上舞动距离# '
L A e 2/ 0* Y 2M$ f A b 3 05 * ^ . 05 $b T G = EE / 05 * 2M7 $S 9J 7 3 * 2M7 0$ S G KV 3 $S G =e 2. * ^ . 0$ ,b TH 3 05
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科#学#技#术#与#工#程
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##电网输电的可靠性在很大程度上取决于输电
高(成本低廉(可全天候工作'
线路工作状态的可靠性' 架空输电线路长期运行 于露天条件下$ 受风( 雨( 冰( 雷电等自然条件影响 较大$其工作状态不能得到保证' 尤其当发生风偏 和舞动等异常状态时$ 线路可能发生闪络( 跳闸$ 甚 至倒塔等事故 ) !!+* ' 我国幅员辽阔$ 气候多变$ 风偏和舞动异常状 态发生规律和内在机理各异' 尤其近年来$ 受全球 气候环境变化影响$ 沿海地区气候的雨量( 日照强 度(风力风向和温湿度等气候条件与内陆地区气候 差异逐年加大$ 沿海地区线路的风偏( 舞动状态的 表现程度与发生概率无法参考内陆地区相关数据' 为了快速(有效地查询事故原因(降低线路事故造成 的经济损失(准确地对事故进行预警(详实地提供输 电线路设计及技术改造的科学数据和理论依据$有必 要对沿海地区线路舞动情况进行在线监测研究' 本文设计 了 一 种 基 于 短 程 射 频 " c \ #U Q V c ,U
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变换器降压至 +< +; 误差不大于 !H 供给监测主 站使用 f "是I f U I f变换器输出端的滤波电容 瞬态拟制二极管 1 ; , 保护电源模块不受浪涌冲击
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站控制系统 供电模块 Q V c , 模块 c \射频模块
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科#学#技#术#与#工#程
!" 卷
生的一种低频( 大振幅的自激振动$ 属于流体和固 体" 结构物# 的耦合振动' 因此$ 研究此类问题涉及 到流体和固体各自的数学模型$ 通常流体模型表现 为非线性特征$相应的流固耦合模型也表现为非线 性特征$ 在非线性程度比较强的情况下$ 得到解析 解是十分困难的' 而利用试验的手段往往又受到 许多实际条件的限制$ 不能大规模展开' 因此$ 根 据相应的数学模型$ 结合一些经验和试验结果$ 利
架空输电线路导线舞动在线监测系统研究
郭昊坤! #衡思坤" #应展烽! #吴军基!
" 南京理工大学能源与动力工程学院! $ 南京 "!%%?$ % 连云港供电公司" $ 连云港 """%%% #
摘#要#当发生风偏和舞动等异常状态时线路可能发生闪络跳闸甚至倒塔等事故严重影响线路正常运行 设计了一种 架空线路舞动在线监测系统它由安装在输电线路上的监测子站 安装在杆塔上的监测主站 安装在监控中心的监控上位机 构成 该系统结构合理使用方便能够在线监测高压运行中线路的现场温度 湿度 风速 风向 日照强度及导线温度 重力 舞动幅度参数 关键词#舞动##在线监测##监测站##监控中心 中图法分类号#1 > (+" %####文献标志码#R
图 "#检测子站结构示意图
图 +#电流互感器感应电源原理图
'"实验仿真
输电导线舞动的计算机仿真技术可以根据实 验数据或者现场监测的相关参量 结合计算机强大 的数据处理能力进行导线舞动的计算机仿真 实现 输电导线舞动的低成本 高效率的研究 但该方法
也仅限于导线舞动的理论研究而无法实现在工程 实践 用连续曲线近似地刻画或比拟曲线拟合 平 面上离散点组所表示的坐标之间的函数关系的一 种数据处理方法 用解析表达式逼近离散数据的 一种方法 在科学实验或社会活动中 通过实验或 观测得到量 9 与6 的一组数据对 9 6 @ k ! " @ @
机' 且运行过程中$监测主站通过 Q V , 模块进行对 时$保证上传数据的同步性'
#"各装置结构及实现
系统检测子站如图 " 所示$ 由 ,1 > +" 单片机控
1电源( 导线温度传感器( 加速 制系统(智能保护 f \射频模块构成' 导线温度传感器 " 热 度传感器(c
!$ 期
郭昊坤等架空输电线路导线舞动在线监测系统研究
图 &#后台软件流程图
2$% # $其中各 9 @是彼此不同的 ' 用一类与数据的
背景材料规律相适应的解析表达式$6 k " "9 $M # 来反 映量 9 与6 之间的依赖关系$ 即在一定意义下 / 最 佳0 地逼近或拟合已知数据' " "9 $M # 常称作拟合模 型$式中 M k "M 在 ! $M " $2$M 8 # 是一些待定参数 ' 当 M 中线性曲线拟合公式推导出现时$ 称为线性模型$ " 否则称为非线性模型' 有许多衡量拟合优曲线拟 合公式推导度的标准$ 最常用的一种做法是选择参 数M 使得拟合模型与实际观测值在各点的残差 " 或
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$不适宜用在精度要求较高的舞动在线监测
系统中$故本文采用 c \ (Q V c ,与Q V , 相结合的通 信方式' 如图 ! 所示$ 一个档距线路包括安装在输 电线路上的八个监测子站( 安装在杆塔上的两个监 测主站(安装在监控中心的后台监控上位机构成' 监测子站利用加速度传感器对线路舞动进行精确 定位$定位数据通过短程射频上传至监测主站$ 每 个主站接 收 四 个 较 近 子 站 的 舞 动 监 测 数 据$ 通 过
Q V c , 将监测数据及环境气象数据上传至后台上位
线路力学特性影响小( 动态性能好( 数据监测精度
"%!" 年 ! 月 ' 日收到$+ 月 & 日修改 国家电网公司科技项目 " "%!!Z ] ""'%?%$"+ # 资助 已申请发明专利" "%!!!%+++%")[ +# 第一作者简介&郭昊坤" !?)( !# $男$硕士研究生$ 研究方向& 电力系 统保护(控制与通信'
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6 " "9 $M # 的加权平方和达到最小$此时 离差# ; Ck CK C
图 '#线路不同监测点在同一时刻监测值的拟合
Biblioteka Baidu
("结语
本文设计了一种架空线路舞动在线监测系统$ 由安装在输电线路上的监测子站( 安装在杆塔上的 监测主站(安装在监控中心的监控上位机构成' 该 系统结构合理$ 使用方便$ 能够在线监测高压运行 中 线路的现场温度 ( 湿度 ( 风速 ( 风向 ( 日照强度及
!的 脉动直流电压 当脉动直流尖峰高于稳压管 I
稳压值和限流电阻 c " 的压降总和时 I ! 导通 随 后功率管 1 ! 作为电源的过压保护进入导通状态
$ 上 c + 脉动直流的尖峰能量转移至泄放电阻 c
为1 ! 门极的限流电阻 消除了尖峰的脉动直流电
! 可将电压纹波 压仍有较大纹波 此时 滤波电容 f f U I f 滤除得到平稳直流电压 最后该电压经 I
Q V , 的架空线路舞动在线监测系统$系统体积小(对
!"系统设计
所设计的输电线路导线舞动在线监测系统$ 是 一种结构合理$ 使用方便$ 能够在线监测高压运行 中线路的现场温度( 湿度( 风速( 风向( 日照强度及 导线温度( 重力( 舞动幅度参数的一种输电线路舞 动在线监测系统' 由于 电 力 线 通 信 目 前 还 存 在 很 多 不 足 之 处
Q V , 模块环境温湿度传感器 风速风向传感器 日
照辐射传感器雨量传感器构成 环境温湿度传感
图 !#舞动在线监测系统组成示意图
器 ,_ 1 (! 风速风向传感器 R f MK\ , KR @ 日 照辐射传感器 Q T I系统 雨量传感器 mI "!! 将 测得的环境参数存至 ,1 > +" 单片机控制系统中 通 过Q V c , 模块 9 > +!% 将这些数据以及通过 c \射 频模块 ,. $$+" 所收到的监测子站中所测数据一起 发送给监控中心 运行过程中 供电模块向监测主 站供电 Q V , 模块 9 > +!% 进行对时 保证上传数 据的同步性 监控上位机安装有专家分析软件 当收到监测 主站上传的监测信息后 综合各种监测参数 并提 供给工作人员以便分析处理 预测线路舞动情况 后台软件流程如图 & 所示 这些情况包括现场温 度湿度 风速 风向 日照强度及导线温度 重力 舞动幅度参数其中现场温度 湿度 风速 风向 日 照强度及导线温度 重力等参数为上述硬件实测提 供误差不超过 &H舞动幅度通过加速度传感器定 位确定误差不超过 "H
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架空输电线路导线舞动在线监测系统研究
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图 '#线路不同监测点在同一时刻监测值的拟合
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("结语
本文设计了一种架空线路舞动在线监测系统$ 由安装在输电线路上的监测子站( 安装在杆塔上的 监测主站(安装在监控中心的监控上位机构成' 该 系统结构合理$ 使用方便$ 能够在线监测高压运行 中 线路的现场温度 ( 湿度 ( 风速 ( 风向 ( 日照强度及
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稳压值和限流电阻 c " 的压降总和时 I ! 导通 随 后功率管 1 ! 作为电源的过压保护进入导通状态
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Q V , 的架空线路舞动在线监测系统$系统体积小(对
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所设计的输电线路导线舞动在线监测系统$ 是 一种结构合理$ 使用方便$ 能够在线监测高压运行 中线路的现场温度( 湿度( 风速( 风向( 日照强度及 导线温度( 重力( 舞动幅度参数的一种输电线路舞 动在线监测系统' 由于 电 力 线 通 信 目 前 还 存 在 很 多 不 足 之 处
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照辐射传感器雨量传感器构成 环境温湿度传感
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