一种可实现断丝监测的智能架空输电线的制作方法

本实用新型涉及一种架空输电线，尤其涉及一种可以实现断丝监测功能的架空输电线，可以用于户外架空高压输电线等。

背景技术：

输电线路是电力工业发展的物质基础，输电电网设施负担着输送、分配电能的任务，这些设备的可靠性及运行状况直接决定整个系统的稳定和安全，也决定着供电质量和供电的可靠性。输电是电力系统整体功能的重要组成环节，它不仅具有电能损耗小、经济效益高、方便灵活、易于调控、环境污染少等特点，而且具有覆盖范围广、线路长、运行环境恶劣等特点。暴露于大气中的输电线路很容易受到气象和环境(如冰雪、大风、雷电、污秽等)的影响而引起故障。因此，输电线路巡视困难，维护工作量大，对输电线路中存在的问题如果不能及时发现解决，从而将会影响国家和居民的生产和生活。确保电力“生命线”安全、畅通已成为刻不容缓的社会问题。

然而，随着电力建设的迅速发展，在地形复杂条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多。现有的输电线路的运行安全和线路的使用寿命，已被广大电力工作者所关注。迅速增长的输电线路给线路运行人员带来越来越多的巡视维护工作，对交叉跨越、人员活动密集地等线路危险点监测必不可少。另外，当地气象站不能精准监测特定输电线路走廊的微气象环境，仅仅是对某一地区的环境定时定点监测记录，使输电线路及时故障判断、提前预防及研究分析带来了一定的难度。我国经济持续快速增长，用电量的猛增，供、用电形势日趋严峻。电网规划建设的滞后和输电能力的不足的问题日益突出，加剧了电网和电源发展的不协调，带来了一系列的问题，在一些经济发达地区尤为突出。针对一些输电线路受到输送容量热稳定的限额的限制，已严重制约系统内输电线路的输送容量，极大地影响了电网供电能力。随着电网规模的不断扩大，这些问题日益突出，仅依靠人工手段无法有效解决。在当前不断推进的输电线路状态检修工作中,线路状态评价作为实施状态检修的前提和基础，其准确性、及时性更是直接影响到线路检修策略和检修周期的正确制定及实施。另外，线路状态评估与诊断仍停留在离散式监测和分析模式，自动化和信息化程度不高，导致对隐患的监测及预警能力不强。这就要求发展一种连续的或者定时的在线监控技术应用于输电线路的运行和维护，建立集中监测和控制中心，制定24小时专人值班制度等，把现代化的监测手段和管理机制有效联系起来，使得电网的安全稳定运行工作上一个新的台阶。目前，我国智能电网规划设计提出，以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的统一的坚强智能化电网。而高压输电线路作为连接发电厂、变电站和用电客户之间纽带，保证其安全稳定运行，无疑将是对建设坚强智能电网的起着重要作用。

目前国内外已有不少针对架空输电线路在线检测和实时监测的技术和装置，但是这些装置大多只针对一两项参数进行监测，功能单一，且难以实现真正的24小时全天候监测工作；特别是，截至目前，尚未有可靠的架空输电线导线损伤、断股的无损检测技术手段，为输电线路安全运行的提供保证。因此开展架空输电线路电流、温度、舞动、覆冰及断股的综合在线监测技术研究，符合智能电网的发展方向，对于保障输电线路安全、减少巡线维护工作量具有重要意义。

目前针对架空输电线断丝监测已公开的各项技术，尚未有一种完善的可实现结构健康状况全面监测的智能方案。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型的目的是克服背景技术领域的不足，提供一种能实现结构健康(断丝)状态监测的智能架空输电线，实时监测输电线损伤的大小和位置。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

本实用新型包括铝包钢绞线和设置在铝包钢绞线上至少一处的断丝监测传感器，断丝监测传感器包括铝包钢绞线表面的环氧树脂涂层、激励线圈、偏置磁场励磁线圈、线圈保护壳；铝包钢绞线的外表面喷涂环氧树脂涂层，铝包钢绞线的外表面喷涂环氧树脂涂层，环氧树脂涂层向外依次绕制有激励线圈和偏置磁场励磁线圈，环氧树脂涂层、激励线圈和偏置磁场励磁线圈沿铝包钢绞线的轴向长度相同且两端对齐，环氧树脂涂层、激励线圈和偏置磁场励磁线圈之外及其周围附近的铝包钢绞线之外被线圈保护壳包覆，激励线圈和偏置磁场励磁线圈的输出端穿出于线圈保护壳后连接到同一传感器线缆接口。

所述的激励线圈和偏置磁场励磁线圈采用漆包线绕制或多芯偏平电缆和接插件连接实现，偏置磁场励磁线圈和激励线圈的匝数比要大于1。

所述环氧树脂涂层是掺杂了粒度为1000目左右的fe-ga合金粉末，具有磁致伸缩效应的树脂材料。

所述的断丝监测传感器中的激励线圈和偏置磁场励磁线圈为螺旋绕制或排线焊接多针接插件的结构。

所述的线圈保护壳主要由两个半圆桶状结构构成，两个半圆桶状结扣合后将激励线圈和偏置磁场励磁线圈包围在内，并在扣合后上面的传感器线缆接口安装有线缆插座并设有端盖，激励线圈和偏置磁场励磁线圈的引出线与线缆插座的插座对应针脚相连接。

所述断丝监测传感器中的激励线圈、偏置磁场励磁线圈和线圈保护壳的材质均为耐高温材质。

所述的铝包钢绞线的输电线由钢绞线和铝绞线共同绞合而成，其中铝绞线共有2～3层，邻层之间的绞向相反，钢芯由7根钢绞线合成。

本实用新型实现的一种智能架空输电线利用安装在线路的设备对线路的周边环境参数以及运行状态进行集中监控，将采集的运行状态数据进行分析和综合判断后，实现输电线路的安全预警，能实现状态检修。

本实用新型可广泛用于架空输电线、高压输电线等。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型基于磁致伸缩效应，激励磁场和偏置磁场作用在具有高磁致伸缩系数的输电线外涂层上，使磁致伸缩位移传递到输电线中，从而在输电线中形成导波沿着输电线传播，克服了利用输电线本身磁致伸缩效应激发导波换能效率低、衰减大的问题。

若本实用新型能有效地实施，输电线出厂时预置磁致伸缩导波传感器，可在输电线的全生命周期实时监测输电线的结构健康状况，预防事故的发生，创造更大的经济效益。

附图说明

图1是本实用新型的整体示意图；

图2是本实用新型图1的剖面图；

图3是本实用新型的涂层示意图；

图4是本实用新型的激励线圈、偏置磁场励磁线圈和线圈保护壳装配示意图；

图5是本实用新型的磁致伸缩传感器示意图；

图6是本实用新型的实施方案示意图；

图7是磁致伸缩粉末喷涂效果示意图；

图8是实施例钢芯铝绞线导波检测信号结果图。

图中：1、端面，2、断丝监测传感器，3、铝包钢绞线，4、环氧树脂涂层，5、激励线圈，6、偏置磁场励磁线圈，7、线圈保护壳，8、传感器线缆接口，9、环氧树脂涂层厚度，10、环氧树脂涂层距端面的距离d，11、环氧树脂涂层的宽度。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，具体实施包括铝包钢绞线3和设置在铝包钢绞线3上至少一处的断丝监测传感器2，铝包钢绞线3作为输电线。

如图2-图4所示，断丝监测传感器2包括铝包钢绞线3表面的环氧树脂涂层4、激励线圈5、偏置磁场励磁线圈6、线圈保护壳7；铝包钢绞线3的外表面喷涂环氧树脂涂层4，在一定距离处的一定长度范围的铝包钢绞线3的外表面喷涂环氧树脂涂层4，环氧树脂涂层4的长度是l，厚度为w＝0.2～0.25mm。环氧树脂涂层4向外依次绕制有激励线圈5和偏置磁场励磁线圈6，环氧树脂涂层4、激励线圈5和偏置磁场励磁线圈6沿铝包钢绞线3的轴向长度相同且两端对齐，环氧树脂涂层4、激励线圈5和偏置磁场励磁线圈6之外及其周围附近的铝包钢绞线3之外被线圈保护壳7包覆，激励线圈5和偏置磁场励磁线圈6的输出端穿出于线圈保护壳7后连接到同一传感器线缆接口8，如图5所示，传感器线缆接口8连接到导波仪器，使得激励线圈5和偏置磁场励磁线圈6分别连接到导波仪器的信号采集电路部分。

环氧树脂涂层4是掺杂了粒度为1000目左右的fe-ga合金粉末，具有磁致伸缩效应的树脂材料，树脂材料固化后具有高磁致伸缩系数，外加磁场后能产生较大的振动位移并传递到铝包钢绞线3的输电线上使其形成导波并沿着输电线传播。

具体实施中，断丝监测传感器2中的激励线圈、偏置磁场励磁线圈和线圈保护壳安装到输电线表面的确定位置，然后再安装传感器线圈保护壳8，并露出线圈保护壳上的线缆接口9。线圈保护壳7主要由两个半圆桶状结构构成，两个半圆桶状结扣合后将激励线圈5和偏置磁场励磁线圈6包围在内，并在扣合后上面的传感器线缆接口8安装有线缆插座并设有端盖，激励线圈5和偏置磁场励磁线圈6的引出线与线缆插座的插座对应针脚相连接。

激励线圈5和偏置磁场励磁线圈6采用漆包线绕制或多芯偏平电缆和接插件连接实现，偏置磁场励磁线圈和激励线圈的匝数比要大于1，且激励线圈5和偏置磁场励磁线圈6为螺旋绕制或排线焊接多针接插件的结构。断丝监测传感器中的激励线圈5、偏置磁场励磁线圈6和线圈保护壳7的材质均为耐高温材质。

铝包钢绞线3由钢绞线和铝绞线共同绞合而成，其中铝绞线共有2～3层，邻层之间的绞向相反，钢芯由7根钢绞线合成。

本实用新型将掺杂了合金粉末的环氧树脂均匀地喷涂在铝包钢绞线的表面，通过激励线圈和偏置磁场励磁线圈形成的磁场在环氧树脂涂层中产生磁致伸缩正效应，激励产生超声导波，在被测线路中传播时遇到损伤发生反射，反射波通过磁致伸缩逆效应在换能绕组线圈中转换为电信号，从而实现被测结构中导波信号激励与接收。

环氧树脂涂层4采用了磁致伸缩合金粉末，具有比普通钢铁大得多的磁致伸缩系数，粉末涂层式换能器与检测对象贴合紧密，电-声耦合效率高，大大提高了能量的转换效率，增加超声导波的探测范围。

铝包钢绞线本身是由内芯钢绞线和外围的铝绞线共同绞合而成，磁致伸缩系数较低，限制了激励导波的初始振动位移，因此对于长度较长的输电线检测时需要激励初始振幅更大的导波振动位移才能确保有足够的导波能量传播到远端。在环氧树脂涂层4的磁致伸缩材料上产生磁致伸缩效应激发振动位移后传递到输电线上形成导波，经过衰减，导波能量仍能传播得较远，能大大增加导波检测范围。

线圈保护壳的材料选择耐高温的非金属材料，内轮廓与整形后的钢丝束外轮廓相同，为圆筒形。

如图6所示，本实用新型的具体实施工作过程如下：

在距离输电线下端面的距离d处均匀喷涂环氧树脂涂层，涂层的宽度为l，厚度为w。在输电线的涂层位置安装激励线圈5、偏置磁场励磁线圈6和线圈保护壳7，线圈保护壳7是两个半圆的筒状结构，扣合后可将导波激励线圈和偏置磁场励磁线圈包裹在内，起到定位和保护的作用。

线圈保护壳安装后将导波激励线圈和偏置磁场励磁线圈的引出线与线圈保护壳上的插座引脚焊接。

连接输电线导波监测仪和线缆插座进行传感器测试，传感器测试通过后，对线圈保护壳和输电线的连接部位进行清理、修整和密封处理，如图7所示。

按上述喷涂的具体过程实施，将输电线的左端喷涂smpc涂层，右端不喷涂层，作为对照组。分别在工件的两端激励导波，导波的激发和接收采用脉冲回波模式，即磁致伸缩导波换能器同时作为激励换能器和接收换能器，中心激励频率为50khz和100khz。由信号发生器产生5个周期经汉宁窗调制的正弦波，激励信号通过ritec公司的ram-5000功率放大器后接入激励线圈中，激励线圈采用轴向阵列线圈，偏置磁体由永磁偏置磁化器提供。导波回波信号经过滤波器、电压放大器后接入示波器中显示，同时将电压信号经过a/d转换后存储到计算机。

两组激励频率下采集到的导波信号如图8所示，图中蓝色线条表示喷有smpc涂层的左端面信号，红色表示无smpc涂层的右端面信号。从图中可知，左侧端面换能器接收到的信号中可以看到两组明显的波包，分别是端面的第一次和第二次反射回波；但右侧端面的导波接收信号几乎全是噪声，无特征反射回波。

以上实验证明了smpc涂层换能器用于输电线导波换能的可行性和有效性。

上述的实施方法只是用来解释本实用新型，本实用新型的具体实施方法包括但不限于上述提到的方法，在本实用新型的权利要求范围内对本实用新型的任何修改都属于本实用新型的保护范围。