本发明涉及电力领域中的架空导线微风振动在线监测技术领域，特别涉及一种大跨越输电导线悬挂点动弯应变测量方法。
背景技术：
输电线路的微风振动又称涡激振动，当风速约为0.5m/s～10m/s的稳定风吹向输电线时，在导线/地线的背风侧产生上下交替的卡门旋涡，引起上下交变的力作用于输电线上，使其在垂直平面内发生上下有规律的波浪状往复运动。微风振动的频率在3hz～150hz之间，最大振幅一般不大于输电线直径的1～2倍，振动的持续时间一般达数小时，有时可达数日不止。工程上常以导线振动时由于弯曲而产生的横截面应变值即动弯应变值来评定微风振动的强度。振动波在悬挂点处形成波节点，受悬垂线夹的约束该节点不能自由旋转，因此常出现比档距中更大的动弯应变值，导线的疲劳断股常于此发生。
《导线振动测量标准化》认为测量线夹出口89mm处的电线对线夹的相对位移a89与导线悬挂点处的动弯应变成线性关系，而与振动频率、波长、张力、档距和线夹有、无转动等因素基本无关。据此，目前普遍采用结构简单，加工、安装方便，具有良好机电耦合特性的悬臂梁式传感器通过测量线夹出口89mm处的弯曲振幅来计算悬挂点处的动弯应变。但根据实测资料对比，该线性关系受到振动频率、振幅、电线张力和刚度等因素的影响，可能会有±50％的误差。对于大跨越所使用的各特种导线，影响更大，尤其是大跨越输电导线发生微风振动时，导线的水平张力无法认为保持不变，因此不能准确估算得到大跨越输电导线悬挂点处的动弯应变。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对大跨越输电导线的微风振动，考虑振动频率、波长、张力、档距以及电线刚度的影响，提供了一种大跨越输电导线悬挂点动弯应变测量方法，所述方法通过测量导线运行的水平张力和风速来估算悬挂点动弯应变，能更加准确地对大跨越输电导线的动弯应变值进行测量，从而能更加准确地评估输电导线的运行状况，避免事故的发生。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
一种大跨越输电导线悬挂点动弯应变测量方法，所述方法包括以下步骤：
s1、监测导线微风振动状态，采用拉力传感器持续测量导线水平张力，记录下导线水平张力的变化；
s2、监测架空输电线环境状况，采用风速测量仪持续测量导线运行时的风速；
s3、根据步骤s2所测风速，利用能量平衡法计算出导线微风振动的特征参量，即微风振动稳定时，风输入导线的功率与导线自阻尼功率相等，利用风速与导线振幅、频率的关系式获得导线微风振动的特征参量，即导线微风振动的振幅和频率；
s4、根据步骤s1和步骤s3对导线悬挂点处的动弯应变进行估算，即利用求解所得导线微风振动的振幅a0以及频率f代入已知导线振动的惯性力求解获得导线振动稳定时的惯性力f，将惯性力f代替考虑电线刚度的悬挂点处静态弯曲应力关系式中的静态支点反力，得到导线微风振动时悬挂点处的动弯应力。
进一步地，步骤s1中，具体通过将拉力传感器布置在线夹出口处，通过拉力传感器连续测量导线的水平拉力变化情况来实现。
进一步地，所述拉力传感器采用光纤光栅应变传感器。
进一步地，步骤s2中，具体通过将风速测量仪安装在悬挂导线的线夹处，通过风速测量仪持续测量导线所处环境的风速来实现。
进一步地，步骤s3的具体过程为：
首先，计算风输入导线的功率pw，公式如下：
式中，
式中，s表示司脱罗哈数，与圆柱体的雷诺数有关，在实用范围内为0.185～0.2，此处采用0.2；
然后，计算导线的自阻尼功率pc，导线自阻尼是表征导线振动时自身消耗或吸收能量的能力，是单位长度导线所消耗的功率，公式如下：
式中，y0表示导线的最大双振幅，k、β、α三个系数因导线规格而异，能够通过导线自阻尼测试获得；如aacsr-400型钢芯铝合金绞线，k＝5.428×10-5、α＝2.967-4.174f×10-3、β＝5.0。
最后，计算导线微风振动的振幅a0：当其他各参数已知时，以导线微风振动的频率f为参量坐标，以导线的最大双振幅y0为自变量，绘制出风输入导线的功率pw与导线的自阻尼功率pc的关系图，相同频率的pw和pc曲线交点对应下的振幅y0即为功率平衡点的稳定振幅，即导线微风振动的振幅a0；导线微风振动稳定时，振动频率f能够表示为风速v的单一函数：
式中，s表示司脱罗哈数，与圆柱体的雷诺数有关，在实用范围内为0.185～0.2，此处采用0.2。
进一步地，所述步骤s4具体包括以下过程：
s4.1、根据以下式子计算半波长内导线振动稳定时的惯性力f：
理论上，微风振动稳定时，式中的f应为考虑电线刚度的固有频率，而本发明认为输电导线是张紧的小刚度梁，实际档距可达数百米，忽略自身的抗弯刚度对导线振动的惯性力f误差一般不超过5％，因此该惯性力的计算是偏于安全的；
式中，m表示导线单位长度的质量，λ表示档内导线振动的波长，单位为m，振动稳定时由以下式子表示：
式中，t0表示导线水平张力；
s4.2、根据以下式子计算考虑电线刚度的悬挂点处静态弯曲应力σ：
式中，e表示导线的弹性系数，参考导线参数，例如lgj-800/100导线的弹性系数为67000n/mm2；j表示导线断面的惯性矩，对直径为d的单股导线j＝πd4/64；c表示导线断面上所求最大弯曲应力点到弯曲中性层间的距离此处指股丝的半径r，参考导线参数；p0表示试验档中央所施加的集中荷载，单位为n；l表示档距，h表示悬挂点的高度差，
s4.3、将导线振动的惯性力f代替考虑电线刚度的悬挂点处静态弯曲应力关系式中的静态支点反力，得到导线微风振动时悬挂点处的动弯应力σc：
导线微风振动时悬挂点处的动弯应力σc的单位为n/mm2，根据动弯应力与动弯应变的关系，得到导线微风振动时线夹处的动弯应变εc：
导线微风振动时线夹处的动弯应变εc的单位为με。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明提供的大跨越输电导线悬挂点动弯应变测量方法，通过测量导线运行的水平张力和风速来估算悬挂点动弯应变，一方面考虑输电导线振动频率、波长、以及电线刚度的问题，另一方面认为大跨越导线在微风振动下水平张力是随时改变的，能更加准确地对大跨越输电导线的动弯应变值进行测量，从而能更加准确地评估输电导线的运行状况，避免事故的发生。
附图说明
图1为本发明实施例大跨越输电导线悬挂点动弯应变测量方法的流程图。
图2为本发明实施例大跨越输电导线悬挂点动弯应变测量方法中相关测量装置的安装示意图。
其中，1-杆塔横担，2-悬垂绝缘子串，3-光纤光栅拉力传感器，4-风速测量仪，5-架空输电线路导线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
本实施例提供的大跨越输电导线悬挂点动弯应变测量方法中相关测量装置的安装示意图如图2所示，包括杆塔横担(1)、悬垂绝缘子串(2)、光纤光栅拉力传感器(3)、风速测量仪(4)和架空输电线路导线(5)，所述方法的流程图如图1所示，包括以下步骤：
s1、监测导线微风振动状态，采用拉力传感器持续测量导线水平张力，记录下导线水平张力的变化；具体通过将光纤光栅拉力传感器(3)布置在线夹出口处，通过光纤光栅拉力传感器(3)连续测量导线的水平拉力变化情况来实现。
s2、监测架空输电线环境状况，采用风速测量仪持续测量导线运行时的风速；具体通过将风速测量仪(4)安装在悬挂导线的线夹处，通过风速测量仪(4)持续测量导线所处环境的风速来实现。
s3、根据步骤s2所测风速，利用能量平衡法计算出导线微风振动的特征参量，即微风振动稳定时，风输入导线的功率与导线自阻尼功率相等，利用风速与导线振幅、频率的关系式获得导线微风振动的特征参量，即导线微风振动的振幅和频率；具体过程为：首先，计算风输入导线的功率pw，公式如下：
式中，
式中，s表示司脱罗哈数，与圆柱体的雷诺数有关，在实用范围内为0.185～0.2，此处采用0.2；
然后，计算导线的自阻尼功率pc，导线自阻尼是表征导线振动时自身消耗或吸收能量的能力，是单位长度导线所消耗的功率，公式如下：
式中，y0表示导线的最大双振幅，k、β、α三个系数因导线规格而异，能够通过导线自阻尼测试获得；如aacsr-400型钢芯铝合金绞线，k＝5.428×10-5、α＝2.967-4.174f×10-3、β＝5.0。
最后，计算导线微风振动的振幅a0：当其他各参数已知时，以导线微风振动的频率f为参量坐标，以导线的最大双振幅y0为自变量，绘制出风输入导线的功率pw与导线的自阻尼功率pc的关系图，相同频率的pw和pc曲线交点对应下的振幅y0即为功率平衡点的稳定振幅，即导线微风振动的振幅a0；导线微风振动稳定时，振动频率f能够表示为风速v的单一函数：
式中，s表示司脱罗哈数，与圆柱体的雷诺数有关，在实用范围内为0.185～0.2，此处采用0.2。
s4、根据步骤s1和步骤s3对导线悬挂点处的动弯应变进行估算，即利用求解所得导线微风振动的振幅a0以及频率f代入已知导线振动的惯性力求解获得导线振动稳定时的惯性力f，将惯性力f代替考虑电线刚度的悬挂点处静态弯曲应力关系式中的静态支点反力，得到导线微风振动时悬挂点处的动弯应力。具体包括以下过程：
s4.1、根据以下式子计算半波长内导线振动稳定时的惯性力f：
理论上，微风振动稳定时，式中的f应为考虑电线刚度的固有频率，而本发明认为输电导线是张紧的小刚度梁，实际档距可达数百米，忽略自身的抗弯刚度对导线振动的惯性力f误差一般不超过5％，因此该惯性力的计算是偏于安全的；
式中，m表示导线单位长度的质量，λ表示档内导线振动的波长，单位为m，振动稳定时由以下式子表示：
式中，t0表示导线水平张力；
s4.2、根据以下式子计算考虑电线刚度的悬挂点处静态弯曲应力σ：
式中，e表示导线的弹性系数，参考导线参数，例如lgj-800/100导线的弹性系数为67000n/mm2；j表示导线断面的惯性矩，对直径为d的单股导线j＝πd4/64；c表示导线断面上所求最大弯曲应力点到弯曲中性层间的距离此处指股丝的半径r，参考导线参数；p0表示试验档中央所施加的集中荷载，单位为n；l表示档距，h表示悬挂点的高度差，
s4.3、将导线振动的惯性力f代替考虑电线刚度的悬挂点处静态弯曲应力关系式中的静态支点反力，得到导线微风振动时悬挂点处的动弯应力σc：
导线微风振动时悬挂点处的动弯应力σc的单位为n/mm2，根据动弯应力与动弯应变的关系，得到导线微风振动时线夹处的动弯应变εc：
导线微风振动时线夹处的动弯应变εc的单位为με。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。