输电网络运动在线监测系统及安全评估方法
【专利摘要】输电网络运动在线监测系统及安全评估方法。随着智能电网的建设，需要对电网的运动进行安全在线监测，并进行运动安全评估是十分必要的。由于电网的运动，必然会引起加速度监测数据的变化，加速度数据每次变化的大小和这些变化的方向及持续时间，表示电网受力的情况，也即是幅度变化的情况(幅度越大电网受力越大)；对采集的加速度数据去除温度漂移和重力加速度后，对运动数据的幅值进行计算，通过对加速度的相关分析进行分析是否扭转运动；再通过幅值的导数判断幅度变化趋势，是变大还是变小，进行运动安全评估，然后通过无线网络发送到电网监控处理中心；同时，电网监控处理中心也同样进行数据处理和分析，估计电网运动参数，进而评估出危险程度。本发明简单易于实现，更准确、更可靠。
【专利说明】
输电网络运动在线监测系统及安全评估方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电网运动监测及安全评估方法，属于惯性测量、信号处理、无线通 讯和安全技术等多学科交叉技术领域。
[0002] 技术背景
[0003] 电网（输电线和杆塔)在风、雨和雪等自然环境因素的影响下，会引起输电导线和 铁塔的运动(平动和转动），尤其输电线会产生低频率(0.1~3Hz)、大振幅(最大振幅可达到 导线直径的5~300倍)的自激振动，这些运动在一定范围之内是允许的，如果超过允许值，容 易引起相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤或折断导线，杆塔倒塌等严重事 故，则可能会对电网安全稳定、设备的安全运行构成了极大威胁，会造成重大经济损失。随 着智能电网的建设，需要对电网的运动进行安全在线监测，并进行运动安全评估是十分必 要的。
[0004] 目前对电网运动监测主要采用视频传感器、绕线传感器、GPS或差分GPS、光栅传感 器(光幕传感器）、惯性传感器等，安装在导线和塔杆上，并在导线上进行多点测量来实现运 动监测，研究集中在电网的舞动运动激励机理、运动的数学模型、防止运动支架的设计等方 面。本专利设计涉及惯性传感器的使用，因此重点对采用惯性传感器对输电线动态监测的 现状进行分析，如公开号为CN101470013B的发明专利公开了一种架空输电线路舞动监测方 法及装置，通过加速度计多点监测，以定量的监测架空输电线路舞动的轨迹等参数;公开号 CN101571413B的发明专利公开了基于加速度传感器的输电线路舞动在线监测系统，通过采 集输电线路各监测点处的加速度值，拟合出输电线路每一时刻的运动轨迹；公开号 CN102279084B的发明专利公开了基于微惯性测量组合的输电导线舞动的定位方法;公开号 CN102564493B的发明专利公开了一种架空输电线路舞动在线监测系统，子站利用加速度传 感器对线路舞动进行精确定位;公布号CN104931002A的发明专利公开了输电线路舞动轨迹 多维度监测系统及监测方法，采用多个无线惯性测量单元分别设置在导线上，通过惯性测 量单元测量导线的三维运动轨迹。上述这些装置或方法采用惯性测量来实现导线的定位， 进而计算出轨迹运动(姿态和位置），难度十分巨大，能够实现这些功能需要导航级惯性导 航系统，体积和成本都会很大，另外惯性测量的缺点在于需要初始值和随着时间的积累误 差会越来越大（如果采用积分的话），导致最后无法测量。还有把多个测量单元直接安装在 导线上的想法固然很好，但很难实施；另外无线传输必然会受到电磁干扰（因为离导线太 近)。
[0005] MEMS惯性传感器具有体积小、功耗低、抗振性能好，可靠性高，尤其价格低等优点， 在军事和民用领域应用十分广泛。尽管电网运动包括各种复杂的运动(幅度和频率都会发 生变化），但电网有损害的主要就是电网运动的幅度和扭转及频率，至于轨迹没有那么重 要，只要知道幅度、扭转及频率和振动时间就可以预测电网有没有危险，同样也可以指导如 何使用弹性间隔棒防止电网运动，因为测量轨迹实在是要求太高了，另外多点测量难以实 现。因此如何测量出幅度和扭转及频率是最关键的。另外还有对风速数据、风向数据、温度 数据、湿度数据、雨量数据、气压数据、光辐射数据以及载荷数据的监测，就不要在杆塔上监 测了，其他手段很容易实现。为此设计一种基于MEMS三轴加速度计的输电网络运动监测系 统，重点通过数据分析实现运动参数的估计，进而评估电网安全等级及如何为防止电网运 动提出建议，防止灾害的发生或最大限度地减少灾害造成的损失。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于把MEMS加速度计、无线通讯和信号处理技术结合在一起，设计 一种基于MEMS三轴加速度计的输电网络运动在线监测系统，进而通过数据分析和处理来评 估运动的安全性。
[0007] 电网运动监测系统包括运动监测节点、无线传输模块及天线、中空弹性杆和监控 处理中心。
[0008] 采用加速度计和温度计、DSP处理器和无线传输模块及天线构造输电网络监测节 点，把监测节点固定在中空弹性杆一端，把弹性杆固定在杆塔上，对每个节点进行数字编 码，即代表监测节点的位置。
[0009] 由于MEMS加速度计的体积小、功耗低和价格低等诸多优点，输电网络的运动数据 采用MEMS三轴加速度计，但MEMS陀螺仪数据处理过于复杂和精度有限，难以测量出杆塔和 输电线的扭转运作，而是通过三轴加速度之间的耦合相关分析来测量电网的扭转(旋转)运 动。
[0010] 由于MEMS加速度计是硅材料制作的，受外界温度影响比较大，数据需要进行温度 补偿处理。
[0011] 监测节点的处理器选择处理速度较高的DSP处理器，带有一定容量的存储器，记录 运动，能够对运动数据进行比较和分析数据的变化。
[0012] 贴近输电线附近电磁干扰大，采用增强型Wifi传输数据。
[0013] 中空的弹性杆使用一是为了使发射天线和导线有一定的距离，减小电磁干扰，二 是监测节点安装弹性杆一端，由于实际的监测节点很难安装在导线上，但又不能降低监测 的能力，为了增大观测能力，采用具有一定弹性一定长度的杆。
[0014] 弹性杆长度满足共振的范围要求，是电网运动时满足振幅最大，最大程度的敏感 电网运动幅度及变化趋势和频率，由于电网振动频率较小且是变化的，不会使弹性杆振坏。
[0015] 供电采用电流互感器、电压互感器和备用电池构成，在输电网络有电时采用互感 器经过整流和变压后直接供电，当电网无电时采用备用电池供电。
[0016] 由于监测节点数据具有多维性、动态性和高噪声等复杂特性，因此在电网运动监 测的过程中，不能够通过对加速度数据解算得到位移或姿态来判断电网的危险性，因为这 样太复杂和成本过于昂贵，只需要估计出运动幅度、扭转及频率即可判断电网的安全，即运 动变化的幅度及变化趋势和频率，包括平动的幅度和扭转的幅度，对多远距离使用一个间 隔棒和间隔棒尺寸都有指导作用。
[0017] 从运动成分来看，任何运动都是由不同运动成分组成的，关键找出运动的主要部 分--几种基本的模式运动分量。
[0018] 监测节点采集的三轴加速度数据，进行温度补偿后进行Kalman滤波处理，再去除 重力加速度后，进行小波或局域波分解，分析电网运动成分包括那些运动分量，包括运动的 幅度和频率。
[0019] 对于电网运动(杆塔变形和杆塔倒掉)影响较大的为运动的幅度和频率，包括平动 和扭转运动，也就是运动的耦合特性对导线和杆塔影响较大，需要交叉耦合分析一一相关 分析。
[0020] 平动和扭转运动交叉耦合分析采用X轴和X轴、Y轴和Y轴、Z轴和Z轴的自相关性分 析，X轴和Y轴、Y轴和Z轴、Z轴和X轴进行互相关分析。
[0021] 由于电网的运动，必然会引起加速度监测数据的变化，加速度数据每次变化的大 小和这些变化的方向及持续时间，表示电网受力的情况，也即是幅度变化的情况(幅度越大 电网受力越大）；通过监测数据的运动(包括平动、转动和频率)变化程度来评估幅度运动： 对采集的加速度数据去除温度漂移和重力加速度后，对运动数据的幅值进行计算，通过对 加速度的相关分析进行分析是否扭转运动;再通过幅值的导数判断幅度变化趋势，是变大 还是变小，进行运动安全评估，然后通过无线网络发送到电网监控处理中心；同时，电网监 控处理中心也同样进行数据处理和分析，估计电网运动参数，进而评估出危险程度;为此设 计一种利用加速度数据变化程度和相关程度的运动安全评估方法。
[0022]运动安全评估方法步骤如下： (1)由于MEMS加速度计受温度影响较大，需要标定补偿，可把加速度计放置在静止的高 低温箱中，设定不同的温度，要考虑实际的工作温度范围，标定出不同温度下的漂移数据， 即第i节点的不同温度下的加速度漂移数据^(仏^仏^，^丄其中1为第1监测节点，1'表示 温度，x，y，z表示加速度计三个轴方向。
[0023] (2)把温度加速度漂移数据存入监测节点的Flash存储器中。
[0024] (3)通过MEMS三轴加速度计采集加速度数据，进行温度漂移补偿:设加速度数据采 样周期T s，即每经过一个周期采集一次加速度数据AdmTs)，为了简化用Alx(m)表示，把采集 的加速度信号去除不同温度下的加速度漂移数据AiT (AiTx，AiTy，AiTz )。
[0025] (4)然后每L个数据为一组，为消除偶然误差，每滑动1个数取一次平均，再去除重 力加速度得到由运动引起的加速度数据Ai(A ix，Aiy，Aiz)，其中，Ai为第i节点的加速度数据， Aix，Aiy，Aij别为第节点的X，y，z轴向的加速度数据。
[0026] (5)由于电网运动会有三个轴向的平动和转动，引起电网受力，加速度可表示电网 的受力大小或幅值大小，受力的总大小用Ai2=Aix2+Aix 2+Aix2表示，X，y，z轴向受到的力用Aix2， Aiy2，Aiz2 表示。
[0027] (6)对加速度数据Ai (Aix，Aiy，Aiz)通过分段FFT变换或小波变换辨识三个轴向的运 动信号的振动频率ω i( ω ix，ω iy，ω iz)，根据振动周期T=2V ω计算三个轴向的振动周期Ti (Tix，Tiy，TiZ) 〇
[0028] (7)为了尽可能把三个轴向的运动都包含在一个时间内，采用在一个周期T= Tix+ Tiy+Tiz之内滑动计算M=Ai2=Aix 2+Aiy2+Aiz2的值，如果电网不运动时M=0，发生运动时不为0，什 么时候最大即振动幅值最大，也即可能发生危险的时候；由于节点i已知，即知道电网那个 位置出现危险。
[0029] (8)通过连续计算M=Ai2=Aix2+A iy2+Aiz2变化来预测电网运动变化趋势，即Μ的导数 dM/dT，若dM/dT为正数，即幅度增加;若dM/dT为负数，即幅度减小;若dM/dT为大数，即幅度 急剧增加或减小。
[0030] (9)把Μ进行归一化处理，由于数据和数据处理存在一定的误差，因此考虑附加一 个误差因子ε，即，为设定的最大可变形的幅值。
[0031 ] (10)在电网的运动分量组成部分中，不仅仅存在平动，还会发生扭转运动，扭转运 动会给电网带来更大威胁，扭转运动采用加速度计的三个轴向分量进行相关分析一一自相 关和互相关分析。
[0032] (11)发生扭转运动时，X轴向加速度就会变为Υ轴或Ζ轴的加速度，或部分变为Υ轴 或Ζ轴的加速度，即转动运动时Χ、Υ和Ζ的加速度发生交叉耦合运动，X和Χ、Υ和Υ、Ζ和Ζ轴向 的加速度进行自相关性分析，对X和Υ、Υ和Ζ、Ζ和X的轴向加速度进行互相关分析。
[0033] (12)自相关系数为
，其中Rxx(m)，Ryy(m)，R zz(m)分别为Χ、Υ和Ζ轴向的加速 度的自相关系数，Aix(n)和Aix(n-m)、和Aiy(n-m)、A iz(n)和Aiz(n-m)分别为第i节点的Χ、Υ和Ζ 轴向的加速度第η个数据和之前的m个时的数据。
[0034] (13)互相关系数为
，其中Rxy(m)，Ryz(m)，R zx(m)分别为X和Y、Y和Z、Z和X轴 向的加速度的互相关系数，Aix(n)和Aiy(n-m)、Aiy(n)和Aiz(n_m)、Ai z(n)和Aix(n_m)分别为 第i节点的X、Y和Z轴向的加速度第η个数据和之前的m个时的数据。
[0035] (14)当自相关系数1〇11)，1^(111)，1^(111)大时，8狀、￥和2各自轴向的加速度与各自 轴向上的加速度相似程度高，说明X、Y和Z各轴向上的加速度还是自己轴向的加速度，说明 没有转化，也就是没有发生扭转运动。
[0036] (15)当互相关系数Rxy(m)，Ryz(m)，Rzx(m)大时，即Χ、Υ和Ζ各自轴向的加速度与其他 轴向的加速度相似程度高，说明Χ、Υ和Ζ各轴向上的加速度发生了轴向变化，也就是发生了 扭转运动。
[0037] (16) 0〈S〈0.3说明在正常运动范围之内，视为安全;0.4〈S〈0.6说明有一定危险， 需要检查;s>0.7说明有较大安全隐患，急需处理。
[0038] (17)当 | Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz(m) |〈0 · 3平动显著，当 | Rxy(m)，Ryz(m)，Rzx(m) |〈0 · 3扭转 不显著；当〇·4〈 I Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz(m) I〈0.6和0·4〈 I RXy(m)，Ryz(m)，Rzx(m) I〈0.6平动和扭转 运动一般；I Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz(m) I >0 · 7时平动不显著，I RXy(m)，Ryz(m)，Rzx(m) I >0 · 7扭转运 动显著。
[0039] (18)当运动幅值较大时，还扭转运动显著，说明电网有更大的安全威胁，更急需处 理。
[0040] (19)如果连续编号的节点发生相似的运动变化，说明较大区域的电网发生运动， 有较大安全隐患，需要去检查。
[0041] (20)通过数据的运动幅度和运动类型，采用Labview程序动态图形显示。
[0042] 本发明的优点在于，⑴该方法简单易于实现，可构造大、小型电网网络运动监测系 统，可批量生产，易于施工，出现问题易于排查;⑵通过监测节点的数据分析，可估计平动和 转动，进而估计幅度和频率，对于使用间隔棒提供了指导信息;⑶运动安全评估方法直接采 用加速度数据分析，也就是电网运动时的受力分析，要比计算位移、轨迹等方法更为直接， 要比再出解算姿角度方法更准确、更可靠。
【附图说明】
[0043] 图1为本发明的运动监测系统结构图； 图2为本发明的位置安装图； 图3为本发明的电源模块图； 图4为本发明的运动安全评估方法流程图。
【具体实施方式】
[0044]以下结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0045]如图1所示，在线监测节点包括加速度信计、温度计、A/D转换及放大，带有一定存 储器的DSP处理器、无线传输模块和天线，监测节点、中空弹性杆和监控处理中心构成运动 在线监控系统。
[0046]三轴加速度经过SPI接口传输到DSP中，进行变换和处理，然后经过无线传输模块 和天线发送监控处理中心。
[0047] 采用MEMS ADL362三轴加速度计，测量范围为±2 g、±4 g及±8 g，片内温度传感 器和12位AD转换，噪声低至175 yg/Hz1/2,最高分辨率为lmg/LSB;超低功耗，100 Hz时1.8 μΑ，400Hz时3 . ΟμΑ，270nA运动激活唤醒模式，1 OnA待机电流，可采用纽扣电池供电；宽电源 和I/O电压范围为1.6V~3.6V，1.8V~3.3V供电，通过外部触发器进行加速度采样同步，SPI数 字接口，可通过SPI命令选择测量范围，小尺寸(3mmX3.25mmXl.06 mm)。
[0048] 由于数据需要分段FFT或小波变换，需要性能较高的处理器，因此采用基于 TMS320C6713核心处理芯片，具有32位高速浮点型，时钟最高频率为300MHz，最大处理能力 可以达到2400MIPS，带有大容量的存储器，多个串行通信接口，两个32位通用定时器等，可 满足对加速度数据的采集和发送数据到无线模块。
[0049] 由于监测节点长期暴露外界环境中，需进行防湿、防震、防热和防冷保等处理，增 加保护层。
[0050] 中空的弹性杆采用不锈钢材质，长度为20~50cm，直径2cm，一段固定在杆塔上，另 一段固定监测节点，中间走电源线和信号线，如图2。
[0051] 电源模块包括电流互感器和整流电路及电压变换电路，整流电路及电压变换电路 在保护层之内，给备用电池充电，DSP、加速度计和wifi模块供电，如图3;可选择LMK-0.66系 列型号的电流互感器空，满足在线监测系统功率的需求，当电网断电时，备用电池开始供 电。
[0052] 无线通信采用Wifi USR-C322a模块，UART转WIFI，尺寸为22mmX 13.5mmX6mm，低 功耗，内置PCB天线，可外接外置天线。
[0053]外置天线采用2.4+5G双频全向高增益增强信号天线，当电网运动时，即加速度数 据达到一定程度时，外置天线也开启工作，以防监控处理中心不能正常收到信号。
[0054] 对采集的加速度数据去除温度漂移和重力加速度后，对运动数据的幅值进行计 算，通过对加速度的相关分析进行分析是否扭转运动，再通过幅值的导数判断幅度变化趋 势，是变大还是变小，进行运动安全评估。
[0055] 运动安全评估方法具体步骤如下： (1)由于MEMS加速度计受温度影响较大，需要标定补偿，可把加速度计放置在静止的高 低温箱中，设定不同的温度，要考虑实际的工作温度范围，例如华中地区，温度设置为-io°c ~50°C即可，以此标定出不同温度下的漂移值，即第i节点的不同温度下的加速度漂移数据 AiT(AiTx，AiTy，AiTz)，其中i为第i监测节点，T表示温度，X，y，z表示加速度计三个轴方向。
[0056] (2)把温度加速度漂移数据存入监测节点的Flash存储器中。
[0057] (3)通过MEMS三轴加速度计采集加速度数据，进行温度漂移补偿:设加速度数据采 样周期Ts，即每经过一个周期采集一次加速度数据AdmTs)，为了简化用Alx(m)表示，把采集 的加速度信号去除不同温度下的加速度漂移数据AiT (AiTx，AiTy，AiTz )。
[0058] (4)然后每L个数据为一组，为消除偶然误差，每滑动1个数取一次平均，再去除重 力加速度得到由运动引起的加速度数据Ai(Aix，Aiy，Aiz)，其中，Ai为第i节点的加速度数据， Aix，Aiy，Aij别为第i节点的X，y，Z轴向的加速度数据。
[0059] (5)由于电网运动会有三个轴向的平动和转动，引起电网的受力，加速度表示电网 的受力大小或幅值大小，受力的总大小用Ai2=Aix2+Aiy 2+Aiz2表示，x，y，z轴向受到的力用Aix 2， Aiy2，Aiz2 表示。
[0060] (6)对加速度数据Ai (Aix，Aiy，Aiz)通过分段FFT变换或小波变换辨识三个轴向的运 动信号的振动频率ω i( ω ix，ω iy，ω iz)，根据振动周期T=2V ω计算三个轴向的振动周期Ti (Tix，Tiy，TiZ) 〇
[0061 ] (7)为了尽可能把三个轴向的运动都包含在一个时间内，采用一个周期T= Tix+Tiy +Tiz之内滑动计算M=Ai2=Aix2+A iy2+Aiz2的值，如果电网不运动时M=0，发生运动时不为0，什么 时候最大即振动幅值最大，也即可能发生危险的时候。
[0062] (8)通过连续计算M=Ai2=Aix2+Aiy 2+Aiz2变化来预测电网运动变化趋势，即Μ的导数 dM/dT，若dM/dT为正数，即幅度增加，若dM/dT为负数，即幅度减小，若dM/dT为大数，即幅度 急剧增加或减小。
[0063] (9)把Μ进行归一化处理，由于数据存在一定的误差，因此考虑附加一个误差因子 ε，g卩S=M(m) /Mmax，Mmax为设定的最大可变形的幅值。
[0064] (10)在电网的运动分量组成部分中，不仅仅存在平动，还会发生扭转运动，扭转运 动会给电网带来更大威胁，扭转运动采用加速度计的三个轴向分量进行相关分析一一自相 关和互相关分析。
[0065] (11)发生扭转运动时，X轴向加速度就会变为Y轴或Z轴的加速度，或部分变为Y轴 或Z轴的加速度，即转动运动时X、Y和Z的加速度发生交叉耦合运动，X和X、Y和Y、Z和Z轴向的 加速度进行自相关性分析，对X和Υ、Υ和Ζ、Ζ和X的轴向加速度进行互相关分析。
[0066] (12)自相关系数为
其中Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz(m)分别为X、Y和Z轴向的加速
度的自相关系数，Aix(n)和Aix(n-m)、Aiy(n)和Aiy(n-m)、Ai z(n)和Aiz(n-m)分别为第i节点的 X、Y和Z轴向的加速度第η个数据和之前的m个时的数据。
[0067] (13)互相关系数为
，其中Rxy(m)，Ryz(m)，R zx(m)分别为X和Y、Y和Z、Z和X轴 向的加速度的互相关系数，Aix(n)和Aiy(n-m)、Aiy(n)和Aiz(n_m)、Ai z(n)和Aix(n_m)分别为 第i节点的X、Y和Z轴向的加速度第η个数据和之前的m个时的数据。
[0068] (14)当自相关系数1〇11)，1^(111)，1^(111)大时，8狀、￥和2各自轴向的加速度与各自 轴向上的加速度相似程度高，说明X、Y和Z各轴向上的加速度还是自己轴向的加速度，说明 没有转化，也就是没有发生扭转运动。
[0069] (15)当互相关系数Rxy(m)，Ryz(m)，R zx(m)大时，即Χ、Υ和Ζ各自轴向的加速度与其他 轴向的加速度相似程度高，说明Χ、Υ和Ζ各轴向上的加速度发生了轴向变化，也就是发生了 扭转运动。
[0070] (16) 0〈S〈0.3说明在正常运动范围之内，视为安全;0.4〈S〈0.6说明有一定危险， 需要检查;s>0.7说明有较大安全隐患，急需处理。 (17)当 | Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz(m) |〈0.3平动显著，当 |Rxy(m)，Ryz(m)，Rzx(m) |〈0.3扭转不显 著；当0 ·4〈 | Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz(m) |〈0.6和0·4〈 | RXy(m)，Ryz(m)，Rzx(m) |〈0.6平动和扭转运动 一般；| Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz(m) | >0 · 7时平动不显著，| RXy(m)，Ryz(m)，Rzx(m) | >0 · 7扭转运动显 著。
[0071] (18)当运动幅值较大时，还扭转运动显著，说明电网有更大的安全威胁，更急需处 理。
[0072] (19)如果连续编号的节点发生相似的运动变化，说明较大区域的电网发生运动， 有较大安全隐患，需要去检查。
[0073] (20)通过数据的运动幅度和运动类型，采用Labview程序动态图形显示。
[0074] 最后说明的是以上实施案例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，可以对本发 明进行修改或更换，而不脱离本技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当 中。
【主权项】
1. 输电网络运动在线监测系统，其特征在于监测节点采用内置溫度计的MEMS^轴加速 度计、中空弹性杆和无线传输模块及天线。2. 根据权利要求1所述输电网络运动在线监测系统，其特征在于中空的弹性杆采用不 诱钢材质，长度为20~50畑1，直径2畑1，一段固定在杆塔上，另一段安装监测节点，中间走电源 线和信号线3. 根据权利要求1所述输电网络运动在线监测系统，其特征在于无线传输采用Wifi模 块，内置PCB天线和外接外置天线，当加速度数据达到一定程度时，外置天线也启用工作，W 防监控处理中屯、不能正常收到信号。4. 输电网络运动安全评估方法，其特征在于评估方法步骤包括： (1)考虑实际的工作溫度范围，标定出MEMS加速度计不同溫度下的加速度漂移数据AiT (AiTx，AiTy，AiTz)，存入监测节点的Flash存储器中；（2)采集MEMSS轴加速度计输出的加速度 数据，进行溫度漂移补偿，即把采集的Ξ轴加速度信号去除不同溫度下的加速度漂移数据 AlT(AlTx，AlTy，AlTz);(3)每L个数据为一组，为消除偶然误差，每滑动l个数取一次平均，再去 除重力加速度得到由运动引起的加速度数据Al(Alx，Aly，Alz);(4)由于电网运动会有Ξ个轴 向的平动和转动引起电网受力，即加速度可表示电网的受力大小或幅值大小，受力的总大 小用Ai2=Aix2+Aiy2+Aiz2 Ai2=Aix2+Aiy2+Aiz2表示；（5)对加速度数据Ai (Aix，Aiy，Aiz)通过分段 FFT变换或小波变换辨识Ξ个轴向的运动信号的振动频率ω i( ω ix，ω iy，ω iz)，根据振动周 期了=2^"计算；个轴向的振动周期1'1化、，1^，1'13);(6)为了尽可能把；个轴向的运动都 包含在一个时间内，采用在一个周期Τ= Tix+Tiy+Tiz之内滑动计算M=Ai2=Aix2+Aiy2+Aiz 2的值， 如果电网不运动时M=0,发生运动时不为0,什么时候最大即振动幅值最大，也即最可能发生 危险的时候；（7)通过连续计算M=Ai2=Aix2+Aiy2+Aiz 2变化来预测电网运动变化趋势，即Μ的导 数dM/dT，若dM/dT为正数，即幅度增加;若dM/dT为负数，即幅度减小；若dM/dT为大数，即幅 度急剧增加或减小；（8)把Μ进行归一化处理，由于数据存在一定的误差，因此考虑附加一个 误差因子ε，即S=M(m)/Mmax+e，Mmax为设定的最大可变形的幅值；（9)在电网的运动分量组成 部分中，不仅仅存在平动，还会发生扭转运动，扭转运动会给电网带来更大威胁，扭转运动 采用加速度计的Ξ个轴向分量进行相关分析一一自相关和互相关分析；（10)发生扭转运 动时，X轴向加速度就会变为Y轴或Z轴的加速度，或部分变为Y轴或Z轴的加速度，即转动运 动时Χ、Υ和Z的加速度发生交叉禪合运动，对X和Υ、Υ和Z、Z和X的轴向加速度进行互相关分 析，X和Χ、Υ和Υ、Ζ和巧由向的加速度进行自相关性分析；（11)当自相关系数Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz (m)大时，即Χ、Υ和Z各自轴向的加速度与各自轴向上的加速度相似程度高，说明Χ、Υ和Z各轴 向上的加速度还是自己轴向的加速度，说明没有转化，也就是没有发生旋转运动；（12)当互 相关系数Rχy(m)，Ryz(m)，Rzx(m)大时，即X、Y和Z各自轴向的加速度与其他轴向的加速度相似 程度高，说明X、Y和Z各轴向上的加速度发生了轴向变化，也就是发生了旋转运动；（13) 0<S <0.3说明在正常运动范围之内，视为安全;0.4<S<0.6说明有一定危险，需要检查；S〉0.7说 明有较大安全隐患，急需处理；（14)当|Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz(m)|<0.3平动显著，当|Rxy(m)，Ryz (m) ,Rzx(m) I <0.3扭转不显著；当0.4< I Rxx(m) ,Ry5T(m) ,Rzz(m) I <0.6和0.4< I Rxy(m) ,Ryz(m) ,Rzx (m)|<0.6平动和扭转运动一般；|Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz(m)|〉0.7时平动不显著，|Rxy(m)，Ryz (m)，Rzx(m) I >0.7扭转运动显著；（15)当运动幅值较大时，还扭转运动显著，说明电网有更 大的安全威胁，更急需处理；（16)如果连续编号的节点发生相似的运动变化，说明较大区域 的电网发生运动，有较大安全隐患，需要去检查；（17)通过数据的运动幅度和运动类型，采 用Lab V i ew程序动态图形显示。5. 根据权利要求4所述点输电网络运动安全评估方法，其步骤(4)和(6)特征在于加速 度表示电网的受力大小或幅值大小，受力的总大小用Ai2=Aix2+Aiy2+Aiz 2表示，x，y，z轴向受到 的力用ΑιΛΑιΛΑιζ嗦示，采用一个周期T之内滑动计算M=Ai2=Aix2+Aiy 2+Aiz2的值，如果电网 不运动时M=0,发生运动时不为0,什么时候最大即振动幅值最大，也即可能发生危险的时 候。6. 根据权利要求4所述点输电网络运动安全评估方法，其步骤(7)特征在于通过连续计 算M=Ai2=Aix2+Aiy2+Aiz2变化来预测电网运动变化趋势，即Μ的导数dM/dT，若dM/dT为正数，即 幅度增加;若dM/dT为负数，即幅度减小;若dM/dT为大数，即幅度急剧增加或减小。7. 根据权利要求4所述点输电网络运动安全评估方法，其步骤(8)特征在于把Μ进行归 一化处理，由于数据存在一定的误差，因此考虑附加一个误差因子ε，即S=M(m)/Mmax+e，Mmax 为设定的最大可变形的幅值。8. 根据权利要求4所述点输电网络运动安全评估方法，其步骤(10)~(12)特征在于发生 扭转运动时，X轴向加速度就会变为Y轴或Z轴的加速度，或部分变为Y轴或Z轴的加速度，即 转动运动时Χ、Υ和Z的加速度发生交叉禪合运动，对X和Υ、Υ和Z、Z和X的轴向加速度进行互相 关分析，X和Χ、Υ和Υ、Ζ和巧由向的加速度进行自相关性分析;当自相关系数Rxx(m)，Ryy(m)，Rzz (m)大时，即Χ、Υ和Z各自轴向的加速度与各自轴向上的加速度相似程度高，说明Χ、Υ和Z各轴 向上的加速度还是自己轴向的加速度，说明没有转化，也就是没有发生旋转运动；当互相关 系数Rxy(m)，Ryz(m)，Rzx(m)大时，即X、Y和Z各自轴向的加速度与其他轴向的加速度相似程度 高，说明Χ、Υ和Z各轴向上的加速度发生了轴向变化，也就是发生了旋转运动。9. 根据权利要求4所述点输电网络运动安全评估方法，其步骤（13)~（15)特征在于0<S< 0.3说明在正常运动范围之内，视为安全;0.4<S<0.6说明有一定危险，需要检查;S〉0.7说明 有较大安全隐患，急需处理；当运动幅值较大时，还扭转运动显著，说明电网有更大的安全 威胁，更急需处理。10. 根据权利要求4所述点输电网络运动安全评估方法，其步骤（16)特征在于如果连续 编号的节点发生相似的运动变化，说明较大区域的电网发生运动，有较大安全隐患，需要去 检查。
【文档编号】G01P15/00GK106093467SQ201610097807
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年2月23日 公开号201610097807.0, CN 106093467 A, CN 106093467A, CN 201610097807, CN-A-106093467, CN106093467 A, CN106093467A, CN201610097807, CN201610097807.0
【发明人】杨金显, 李双磊, 张颖, 乔美英, 张国澎, 李冰锋, 杨闯
【申请人】河南理工大学