模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置的制作方法

本发明涉及输配电模拟，尤其涉及模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置。

背景技术：

1、输电线覆冰是指空气中的水分或降雨因冻结而成冰霜的一种自然现象。在特定的温度和风等自然条件下，输电线覆冰脱落会引起电线的上下振动和横向摆动，工程中亦称“冰跳”。输电线脱冰跳跃过程中，各相导线之间以及导线和地线之间的间隙可能小于相应的绝缘间隙要求，从而导致相间闪络、跳闸、烧伤电线等电气事故，甚至由于电线张力的剧烈变化引起输电杆塔折损、倒塔、断线和金具损坏等机械事故，严重影响输电线路的安全运行。

2、cn202947758u公开了一种输电线路脱冰模拟试验系统，属于输配电技术领域，其技术方案是，它包括重物、电磁铁、控制电路和计算机，所述重物和电磁铁均设置多个，多个电磁铁沿两输电铁塔之间的钢芯铝绞线分布并悬吊在钢芯铝绞线上，它们的控制线圈接控制电路的不同输出端，每个电磁铁吸引一个重物，所述控制电路通过串口与计算机进行通讯。

3、针对覆冰导线脱冰故障，大多学者采用数值模拟进行研究，基于试验的研究很少。基于有限元数值模拟，虽然可以较好的模拟脱冰跳跃的整个过程，但其计算所得结果是否真实仍需实测试验加以验证。鲜有学者在真型输电线路上进行非均匀覆冰下的脱冰跳跃试验，不便操作且成本高昂，不利于广泛的参数研究。因此，开发一种能够具有很好可操作性，能够在室内的进行的、适用于多档线路非均匀覆冰下的脱冰跳跃故障研究的缩比模型试验装置显得尤为必要。

技术实现思路

1、为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置，可模拟真实线路非均匀覆冰/脱冰的复杂工况，可用于室内搭建，安装便捷，可操作性强等特点。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置，包括导线缩比模型、脱冰控制装置、拉力测量系统和单目摄像识别系统；所述导线缩比模型包括钢丝绳、固定支架、悬垂串和吊环；所述钢丝绳的两端分别通过花篮螺丝挂于所述固定支架的两侧部，所述钢丝绳的中间部分均匀固定多个悬垂串，每个所述悬垂串通过所述吊环挂于所述固定支架的底部；所述钢丝绳的底部连接多个不同质量的砝码，所述脱冰控制装置用于控制所述砝码的吸附和脱落；所述拉力测量系统与所述钢丝绳连接，用于测量钢丝绳的张力变化；所述单目摄像识别系统用于监测所述钢丝绳的最大冰跳高度。

4、可选的，所述钢丝绳的直径为1mm以下，并绑有配重块。

5、可选的，将所述钢丝绳进行等间距分段，分别记为1,2,…,i；根据真实线路非均匀覆冰形式，确定缩比试验模型非均匀覆冰形式，根据式(1)确定非均匀覆冰档导线各分段处的非均匀覆冰量，然后基于缩比试验模拟导线各段的非均匀覆冰量，选择模拟非均匀覆冰重物的砝码；

6、mi＝ρiceπbni(bni+d)li   (1)

7、式中：mi为每段导线的覆冰质量(kg)，bni为每段导线的覆冰厚度(mm)，li为每段导线的长度(m)，ρice为覆冰密度(kg/m3)，d为导线直径(m)。

8、可选的，所述脱冰控制装置包括继电器和电磁铁；所述电磁铁固定在所述钢丝绳的托冰档各分段导线上，每个所述电磁铁分别与所述继电器连接，通过对所述继电器编程来控制所述电磁铁的电流，从而控制脱冰的时序等，模拟实现不同的脱冰形式。

9、可选的，所述拉力测量系统包括多个拉力传感器和动态应变仪；所述拉力传感器串联在所述钢丝绳的各档导线端部，所述动态应变仪与所述拉力传感器信号连接，所述动态应变仪与计算机连接。

10、可选的，所述单目摄像识别系统包括高速摄像机、标定板、matlab软件和标记物组成；在所述钢丝绳上固定一个dic标记点，所述高速摄像机拍摄标记点的运动，然后在所述matlab软件中进行分析，得到脱冰过程中位移的变化，从而获取钢丝绳导线的最大冰跳高度。

11、本发明的积极有益效果：

12、1)在输电线路脱冰缩比模型中考虑了真实线路中的非均匀覆冰工况，本发明装置可针对微气象、微地形下的线路模型展开输电线路脱冰跳跃故障研究，多参数可调，包括线路参数和覆冰工况参数等，适用范围广。

13、2)本发明装置可模拟真实线路非均匀覆冰/脱冰的复杂工况，可用于室内搭建，安装便捷，可操作性强等特点。

技术特征：

1.一种模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置，其特征在于，包括导线缩比模型、脱冰控制装置、拉力测量系统和单目摄像识别系统；所述导线缩比模型包括钢丝绳、固定支架、悬垂串和吊环；所述钢丝绳的两端分别通过花篮螺丝挂于所述固定支架的两侧部，所述钢丝绳的中间部分均匀固定多个悬垂串，每个所述悬垂串通过所述吊环挂于所述固定支架的底部；所述钢丝绳的底部连接多个不同质量的砝码，所述脱冰控制装置用于控制所述砝码的吸附和脱落；所述拉力测量系统与所述钢丝绳连接，用于测量钢丝绳的张力变化；所述单目摄像识别系统用于监测所述钢丝绳的最大冰跳高度。

2.如权利要求1所述的一种模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置，其特征在于，所述钢丝绳的直径为1mm以下，并绑有配重块。

3.如权利要求1所述的一种模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置，其特征在于，将所述钢丝绳进行等间距分段，分别记为1,2,…,i；根据真实线路非均匀覆冰形式，确定缩比试验模型非均匀覆冰形式，根据式(1)确定非均匀覆冰档导线各分段处的非均匀覆冰量，然后基于缩比试验模拟导线各段的非均匀覆冰量，选择模拟非均匀覆冰重物的砝码；

4.如权利要求3所述的一种模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置，其特征在于，所述脱冰控制装置包括继电器和电磁铁；所述电磁铁固定在所述钢丝绳的托冰档各分段导线上，每个所述电磁铁分别与所述继电器连接，通过对所述继电器编程来控制所述电磁铁的电流，从而控制脱冰的时序等，模拟实现不同的脱冰形式。

5.如权利要求3所述的一种模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置，其特征在于，所述拉力测量系统包括多个拉力传感器和动态应变仪；所述拉力传感器串联在所述钢丝绳的各档导线端部，所述动态应变仪与所述拉力传感器信号连接，所述动态应变仪与计算机连接。

6.如权利要求3所述的一种模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置，其特征在于，所述单目摄像识别系统包括高速摄像机、标定板、matlab软件和标记物组成；在所述钢丝绳上固定一个dic标记点，所述高速摄像机拍摄标记点的运动，然后在所述matlab软件中进行分析，得到脱冰过程中位移的变化，从而获取钢丝绳导线的最大冰跳高度。

技术总结
本发明公开了模拟输电线路非均匀覆冰/脱冰的试验装置，包括导线缩比模型、脱冰控制装置、拉力测量系统和单目摄像识别系统；所述导线缩比模型包括钢丝绳、固定支架、悬垂串和吊环；所述钢丝绳的两端分别通过花篮螺丝挂于所述固定支架的两侧部，所述钢丝绳的中间部分均匀固定多个悬垂串，每个所述悬垂串通过所述吊环挂于所述固定支架的底部；所述钢丝绳的底部连接多个不同质量的砝码，所述脱冰控制装置用于控制所述砝码的吸附和脱落；所述拉力测量系统与所述钢丝绳连接，用于测量钢丝绳的张力变化；所述单目摄像识别系统用于监测所述钢丝绳的最大冰跳高度。可模拟真实线路非均匀覆冰/脱冰的复杂工况，可用于室内搭建，安装便捷，操作性强等特点。

技术研发人员：杨晓辉,张博,刘光辉,黄桂灶,刘泽辉,伍川,叶中飞,谢凯,高超,陶亚光,张世尧
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13