輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)空氣動(dòng)力參數(shù)的測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)測(cè)量方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輸電線路覆冰導(dǎo) 線舞動(dòng)空氣動(dòng)力參數(shù)的測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)會(huì)導(dǎo)致輸電線路機(jī)械和電氣性能急劇下降，容易引起相間 閃絡(luò)、金具及絕緣子損壞、導(dǎo)線斷股斷線、桿塔螺栓松動(dòng)脫落、塔材損傷、基礎(chǔ)受損，更嚴(yán)重 的是引發(fā)倒塔事故。
[0003] 在現(xiàn)行研宄中，獲取不同覆冰形狀和風(fēng)攻角條件下的空氣升力系數(shù)、阻力系數(shù)及 扭轉(zhuǎn)系數(shù)是研宄輸電線路舞動(dòng)的當(dāng)務(wù)之急。然而就目前而言，獲取輸電線路空氣動(dòng)力參數(shù) 大多在實(shí)驗(yàn)室或者風(fēng)洞進(jìn)行測(cè)定的，而在實(shí)際測(cè)定中發(fā)現(xiàn)設(shè)定特定覆冰形狀且由于輸電線 路導(dǎo)線長(zhǎng)度較短，無(wú)法反映扭轉(zhuǎn)對(duì)空氣動(dòng)力系統(tǒng)的影響。
[0004] 針對(duì)現(xiàn)行研宄中的不足，開(kāi)發(fā)出一種獲取真實(shí)有效輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)空氣動(dòng) 力參數(shù)的方法，對(duì)輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)的研宄具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)空氣動(dòng)力參數(shù)的測(cè)定方法，能 真實(shí)測(cè)定輸電線路覆冰導(dǎo)線路舞動(dòng)情況下的空氣動(dòng)力參數(shù)。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)空氣動(dòng)力參數(shù)的測(cè)定方法， 具體按照以下步驟實(shí)施：
[0007] 步驟1、利用拉力傳感器、傾角傳感器、角速度傳感器對(duì)輸電線路覆冰導(dǎo)線進(jìn)行測(cè) 量，分別得到輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)之前的絕緣子串拉力T1、輸電線路覆冰導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng) 時(shí)的拉力T2、輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)之前的傾斜角Θ i、輸電線路覆冰導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí)的傾 斜角02及風(fēng)偏角、輸電線路覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)扭矩Mz，結(jié)合數(shù)學(xué)模型經(jīng)計(jì)算后，分別獲取輸 電線路覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)升力系數(shù)、舞動(dòng)阻力系數(shù)及舞動(dòng)扭矩系數(shù)；
[0008] 步驟2、利用多臺(tái)攝像機(jī)對(duì)輸電線路覆冰導(dǎo)線進(jìn)行多角度圖像捕捉，并將步驟1中 測(cè)量得到的輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)之前的絕緣子串拉力T1、輸電線路覆冰導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí) 的拉力T2與"三塔兩檔"等值覆冰厚度力學(xué)計(jì)算模型結(jié)合，得到輸電線路覆冰導(dǎo)線上的覆冰 輪廓，通過(guò)擬合覆冰形狀，獲取輸電線路覆冰導(dǎo)線上的真實(shí)覆冰形狀；
[0009] 步驟3、待步驟2完成后，利用慣性導(dǎo)航傳感器結(jié)合輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)軌跡還 原技術(shù)，獲取輸電線路覆冰導(dǎo)線實(shí)時(shí)風(fēng)攻角；
[0010] 步驟4、利用步驟1到步驟3中獲得所有數(shù)據(jù)繪制輸電線路覆冰導(dǎo)線在真實(shí)覆冰形 狀和風(fēng)攻角下的空氣動(dòng)力參數(shù)曲線，完成對(duì)輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)空氣動(dòng)力參數(shù)的測(cè)定。
[0011] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：
[0012] 步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：
[0013] 步驟1. 1、在輸電線路覆冰導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處安裝拉力傳感器、角度傳感器和角速度傳 感器；
[0014] 步驟I. 2、經(jīng)步驟I. 1后，利用拉力傳感器測(cè)量得到輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)之前的 絕緣子串拉力T1和輸電線路覆冰導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí)的拉力T 2;
[0015] 利用角度傳感器測(cè)量得到輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)之前的傾斜角Θ i和輸電線路覆 冰導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí)的傾斜角Θ 2、風(fēng)偏角η ;
[0016] Θ i為輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)之前絕緣子串MA和豎直方向的夾角，Θ 2為輸電線路 覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)絕緣子串MB和豎直方向的夾角，絕緣子串MB水平面投影，與水平軸 夾角為η，則Θ 2與Θ p η存在如下關(guān)系：
[0017]
[0018] 根據(jù)輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)之前的絕緣子串拉力T1、輸電線路覆冰導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng) 時(shí)的拉力T2、輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)之前的傾斜角Θ i、輸電線路覆冰導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí)的傾 斜角θ2、輸電線路覆冰導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí)的風(fēng)偏角n之間的幾何關(guān)系，通過(guò)計(jì)算得到輸電線 路覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)升力Fp舞動(dòng)阻力fd，具體按照如下算法實(shí)施：
[0019] Fl= T 2cos Θ ^T1COS Θ i (2)；
[0020] Fd= T 2sin Θ 2sin η (3)；
[0021] 利用角速度傳感器得獲取輸電線路覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)扭矩Μζ:
[0022] 通過(guò)角速度傳感器得到輸電線路覆冰導(dǎo)線上轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，利用積分求得轉(zhuǎn)動(dòng)角 度識(shí)，經(jīng)計(jì)算得到輸電線路覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)扭矩Mz，覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)扭矩Mz具體按照以下 算法獲得：
[0023]
[0024] 式中，M#輸電線路覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)扭矩，P為轉(zhuǎn)動(dòng)角度，GIp為輸電線路覆冰導(dǎo) 線截面的抗扭剛度，1為輸電線路覆冰導(dǎo)線的長(zhǎng)度；
[0025] 步驟L 3、根據(jù)步驟L 2中得到的輸電線路覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)升力Fp舞動(dòng)阻力Fd和 舞動(dòng)扭矩Mz，結(jié)合數(shù)學(xué)模型，經(jīng)計(jì)算得到覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)升力系數(shù)Q、覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)阻力 系數(shù)Cd及覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)扭矩系數(shù)CM，具體按照以下算法實(shí)施：
[0026]
[0027]
[0028]
[0029] 式中為輸電線路覆冰導(dǎo)線所受的阻力，F(xiàn)d為輸電線路覆冰導(dǎo)線所受的升力，Mz為輸電線路覆冰導(dǎo)線所受的扭矩，P為空氣密度，U為風(fēng)速沿垂線方向的速度分量，L為輸 電線路覆冰導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，d為輸電線路覆冰導(dǎo)線的特征長(zhǎng)度。
[0030] 步驟2具體按照以下步驟實(shí)施：
[0031] 步驟2. 1、設(shè)定輸電線路覆冰導(dǎo)線上的覆冰形狀為均勻的圓柱形；將步驟1中測(cè)量 得到的輸電線路覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)之前的絕緣子串拉力T1、輸電線路覆冰導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí)的拉 力T2與"三塔兩檔"等值覆冰厚度力學(xué)計(jì)算模型結(jié)合，經(jīng)計(jì)算得到輸電線路覆冰導(dǎo)線的橫截 面積；
[0032] 步驟2. 2、在輸電線路覆冰導(dǎo)線周圍安裝多個(gè)攝像機(jī)，利用多個(gè)度攝像機(jī)分別獲得 輸電線路覆冰導(dǎo)線的正視圖和俯視圖，將輸電線路覆冰導(dǎo)線的正視圖和俯視圖進(jìn)行閥值分 割及邊緣提取處理后，得到輸電線路覆冰導(dǎo)線上的冰層厚度和冰層直徑；
[0033] 冰層直徑：是指垂直于導(dǎo)線表面上冰層積結(jié)包括導(dǎo)線直徑的最大數(shù)值；
[0034] 冰層厚度：是指在所測(cè)覆冰直徑截面上垂直于直徑方向冰層積結(jié)包括導(dǎo)線直徑的 最大數(shù)值；
[0035] 步驟2. 3、經(jīng)步驟2. 2后，利用獲得的冰層厚度和冰層直徑繪制出輸電線路覆冰導(dǎo) 線截面圖的包絡(luò)面，輸電線路覆冰導(dǎo)線實(shí)際的截面邊緣必定在包絡(luò)面內(nèi)，由于實(shí)際的積冰 形狀以橢圓形和三角形為主，故采用橢圓形和三角形擬合，并根據(jù)覆冰導(dǎo)線截面等效原則， 經(jīng)多次迭代及形狀順滑后，得到輸電線路覆冰導(dǎo)線上的覆冰形狀。
[0036] 步驟2. 3具體按照以下步驟實(shí)施：
[0037] 步驟2. 3. 1、將矩形包絡(luò)面的長(zhǎng)度a平均分為η段，先繪制長(zhǎng)為a、寬為b的矩形包 絡(luò)面內(nèi)的最大內(nèi)切橢圓，并計(jì)算出橢圓的面積S1;
[0038] 由于已經(jīng)設(shè)定覆冰形狀為均勻圓柱，利用"三塔兩檔"等值覆冰厚度計(jì)算模型經(jīng)計(jì) 算得到輸電線路覆冰導(dǎo)線的等效覆冰厚度d。，利用等效覆冰厚度d。計(jì)算得到輸電線路覆冰 導(dǎo)線的橫截面積π d。2,即為S。；
[0039] 若S1S s C1，則繪制長(zhǎng)為 .寬為b的矩形包絡(luò)面內(nèi)的 最大內(nèi)切橢圓，并計(jì)算出橢圓的面積s1;
[0040] 步驟2. 3. 2、重復(fù)步驟2. 3. 1，直到S1 < s。為止；
[0041] 步驟2. 3. 3、將包絡(luò)面底邊b平均分為m段，依次以底邊上的各點(diǎn)作橢圓的外接三 角形，分別計(jì)算出外接三角形的面積：S11, S12, S13--Slnri ;
[0042] 找出其中面積最小的，即Hiin1 [sn，s12, S13----SlmJ ;
[0043] 若 Sjmin1 [sn，s12, S13----slm_J<s。，則將 Sjmin1 [sn，s12, S13----slm_J 賦值于 S1, (其中Sl，s2, s3. . . . Slrt沒(méi)有嚴(yán)格的順序，只代表各外接三角形的面積值），剔除最小的面積 值，在剩余的面積值里再選取最小的，即min2[sn，s12, S13-