专利名称：基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置及试验方法
技术领域：
本发明涉及一种架空导线舞动仿真试验平台及试验方法，属于架空导线防舞技术领域，尤其是一种基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置及试验方法。
背景技术：
输电线路导线舞动是输电技术领域中一个危害较大、防范比较困难的问题之一。 输电线路舞动是指在风作用下导线产生的一种低频(约为0. 1-3HZ)、大振幅的导线自激振动，最大振幅可以达到导线直径的5-300倍左右。这种运动能够引起很大的动态应力，有时能使导线、金具及杆塔造成很大的破坏。
为了避免导线舞动，需要对导线舞动机理、成舞条件、舞动规律等方面作深入研究。在研究的过程中，需要建造架空导线试验平台来模拟出导线舞动，以备对舞动进行分析，寻找架空导线的舞动规律。
在风作用下，导线在垂直线路方向上摆动，会引起其连接的绝缘子串挂线点产生沿线路方向的位移，相当于对相邻档导线施加了一个档端位移激励，将会对相邻档架空导线的舞动产生一定的影响。
目前，涉及到架空导线舞动试验平台的有很多种，大部分都是通过把实际中的单档导线成比例缩小，利用立柱模拟铁塔，铁塔之间架设导线，通过在导线的测试点加载瞬时激励，使导线产生振动来进行测试，其中瞬时激励多为激振器实现，仅仅能模拟导线振动， 不能形成舞动，因此不能进行对导线舞动机理的研究。另外，对导线垂直加载的实验平台仅仅考虑了垂直线路方法的激励对架空导线影响，而未涉及沿线路方向上的档端位移激励对架空导线的影响。
在专利号为2004201103810. 0中公开了一种舞动试验机，该试验机完全是利用两套曲柄连杆装置模拟导线椭圆舞动轨迹，来模拟大跨越架空导线在覆冰后产生的舞动；该舞动试验机的核心技术是激振器，激振器使导线舞动时其横截面的轨迹呈椭圆形，椭圆的长短轴随外界环境不同会有不同的变化，且长轴的中心线还会随外力不同而产生偏转。该试验机利用机械传动来模拟导线的舞动，用于研究导线承受舞动的能力，但未涉及导线舞动机理模拟，不能进行舞动机理研究。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置及试验方法，该装置能够很好的模拟沿架空导线方向的激励对导线舞动的影响，进一步研究架空导线舞动机理。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是一种基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置，包括挂线装置、横向驱动装置、架空导线和绝缘子串，所述挂线装置固定于地面，所述架空导线的两端分别通过绝缘子串与两个挂线装置连接，所述横向驱动装置与绝缘子串连接。本发明通过横向驱动装置对挂线装置中的架空导线提供一个作用在档端的水平方向上的持续小幅度的低频激励，使架空导线上的测量点达到成舞条件，可以研究不同档距、不同激励频率、不同激励幅值对导线舞动的影响，进一步研究架空导线舞动机理。
对上述结构做进一步限定，所述横向驱动装置包括可水平移动的推杆，所述推杆与固定架滑动配合，推杆的左端通过平板与偏心轮接触，推杆的外侧套接有用于推杆复位的弹簧，所述弹簧的一端与固定架内侧接触，另一端与所述平板接触，所述固定架通过底座的支撑固定。本发明中的推杆与绝缘子串的下端连接，通过偏心轮的勻速转动，使推杆的末端的振动为一简谐振动，可以对导线有一个正弦曲线的持续激励，该正弦激励一方面能够使导线舞动，另一方面正弦激励为一具有显著规律的激励方式，其激振频率单一，在后续处理时方便研究。
对上述结构做进一步限定，所述横向驱动装置为由连杆滑块和旋转轮组成的曲柄连杆机构，或具有双工位的汽缸。本发明中的曲柄连杆机构和汽缸也可以实现激励导线舞动，研究其舞动规律，但这两种方式所产生的振动频率成分复杂，因此试验效果不如偏心轮结构明显。
对上述结构做进一步限定，所述挂线装置包括水平放置的横担，所述横担的端部设有与绝缘子串连接的挂钩，横担的中部固定有垂直横担的固定座。本发明中的固定座及横担用于模拟实际中的铁塔，使该装置更能反映实际中的情况，增加模拟结构的准确度。
对上述结构做进一步限定，所述挂线装置设置三个及以上，相邻挂线装置之间通过架空导线和绝缘子串连接，形成多档架空导线本发明对挂线装置进行串联，可研究多档架空导线中，多个测量点的舞动情况，可以充分反映舞动规律。
基于档端位移激励的架空导线舞动的试验方法，其特征在于所述试验方法的步骤如下
(1)所述试验装置搭建好后，测量架空导线的档距、比载和弧垂；
(2)确定测量点，在测量点的位置安置高速相机，并启动高速相机；
(3)确定加载点，启动横向驱动装置，对架空导线进行档端横向位移激励的加载；
(4)记录加载时间，横向驱动装置的振动频率及振动幅值；
(5)提取高速相机数据，分析试验结果，绘制架空导线上测量点的舞动轨迹。
优选的，所述横向驱动装置，其横向激励的振动频率为0. 1-20HZ，振动幅度为l-20mm。本发明中由于导线舞动为低频振动，激励振动频率不要求太高，一般控制在 0. l-20Hz即可。采用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明通过横向驱动装置配合架空导线，来模拟实际中铁塔架设的导线受到沿架空导线方向上的激励时的舞动情况， 用于研究不同档距、不同振动频率及不同振动幅值下，架空导线舞动规律，弥补了传统只进行垂直激励导线振动的不足，使试验人员更能全面了解架空导线舞动机理，从而提出改进措施来避免舞动的产生；本发明中的试验方法是针对该试验装置提出，该装置简单，操作方便，并且能够很好的模拟架空导线舞动，针对本专业人员试验容易理解，容易掌握。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图2是两档架空导线舞动试验装置结构示意图3是图2的另一种实施例；
图4是偏心轮机构的横向驱动装置示意图5是曲柄连杆机构的横向驱动装置示意图6是双工位汽缸的横向驱动装置示意其中1、横向驱动装置，2、横担，3、固定座，4、架空导线，5、绝缘子串，6、底座，7、偏心轮，8、固定架，9、弹簧，10、推杆，11、连杆，12、滑块，13、旋转轮，14、气泵，15、气缸。
具体实施方式
根据附图1可知，本发明具体涉及一种基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置包括挂线装置、横向驱动装置1、架空导线4和绝缘子串5，挂线装置固定于地面，架空导线4的两端分别通过绝缘子串5与两个挂线装置连接，横向驱动装置1与绝缘子串5连接， 挂线装置包括水平放置的横担2，横担2的端部设有与绝缘子串5连接的挂钩，横担2的中部固定有垂直横担2的固定座3、
根据附图2可知，挂线装置并排设置三个，在挂线装置的横担2端部挂接有绝缘子串5，相邻挂线装置之间通过架空导线4串联，形成两档导线。基于此装置可研究两档导线上不同的测量点上架空导线4舞动情况，总结多档架空导线舞动时对一条线路中铁塔的影响情况，从整条线路上来避免因舞动带来的危害。
在附图3中，并排设置三个挂线装置，激励点处于中间架线装置的绝缘子串上，也可以在多档线路上设定多个激励装置，分析不同激励点，不同激励个数对导线舞动情况。
其中附图4、5和6为横向驱动装置1的三种不同实施方式，其中附图4为偏心轮机构的横向驱动装置，包括可水平移动的推杆10，推杆10与固定架8滑动配合，推杆10的左端通过平板与偏心轮7接触，推杆10的外侧套接有用于推杆10复位的弹簧9，弹簧9的一端与固定架8内侧接触，另一端与所述平板接触，固定架8通过底座6的支撑固定。偏心轮7通过调频电机带动，使其勻速旋转，带动推杆10水平运动，其中推杆10的末端为简谐振动，其给予架空导线4 一个正弦波形式的激励。
附图5为曲柄连杆机构的横向驱动装置，该装置有调频电机带动的旋转轮13转动，在旋转轮13的边界出铰接连杆11，连杆11的另外一段连接设有固定轨道的滑块12，形成曲柄连杆机构，滑块12带动架空导线4振动，使测量点形成舞动。曲柄连杆机构中滑块 12末端输出的振动形式为非简谐振动，其振动曲线较复杂，因此其效果不如偏心轮机构。
附图6双工位汽缸的横向驱动装置，该装置通过气泵14带动汽缸15的活塞运动， 这种结构振动频率不容易控制，频率调整范围太小，而且在使用中存在不可预测的噪音振动。
除了上述的三种横向驱动装置外，其它能实现往复水平运动的机构，均可应用于本发明，实现架空导线舞动的目的，其均在本发明包含范围之内。另外底座6可设置为高度可调的装置，用于适应不同高度的试验平台，以提高本发明的实用性。
根据以上所述，由装置总结出基于档端位移激励的架空导线舞动的试验方法，其步骤如下
(1)所述试验装置搭建好后，测量架空导线的档距、比载和弧垂；
(2)确定测量点，可以确定2-3个测量点，在测量点的位置安置高速相机，并启动高速相机；
(3)确定加载点，启动横向驱动装置1，对架空导线4进行档端横向位移激励的加载，其中要求横向驱动装置1给定横向激励的振动频率为0. 1-20HZ，振动幅度为l-20mm ；
(4)记录加载时间，要求加载时间需满足从开始加载到在架空导线4测量点成舞以后的时间段，然后记录横向驱动装置1的振动频率及振动幅值；
(5)提取高速相机数据，分析试验结果，绘制架空导线4上测量点舞动轨迹。
本发明中的高速相机采用的是丹麦JAT公司生产的RMC-6740GE型号相机，其采样频率为200Fps，可清楚采集测量点轨迹，满足本发明的要求。
本发明通过若干次试验，测量不同档距、不同激励频率和不同激励幅值下的架空导线4舞动轨迹，对结果进行分析，绘制出架空导线舞动轨迹，总结各个因素对舞动影响程度，找出避免架空导线舞动的措施。
权利要求
1.一种基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置，其特征在于包括挂线装置、横向驱动装置(1)、架空导线(4)和绝缘子串(5)，所述挂线装置固定于地面，所述架空导线(4)的两端分别通过绝缘子串( 与两个挂线装置连接，所述横向驱动装置(1)与绝缘子串(5)连接。
2.根据权利要求1所述的基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置，其特征在于所述横向驱动装置(1)包括可水平移动的推杆(10)，所述推杆(10)与固定架(8)滑动配合，推杆(10)的左端通过平板与偏心轮(7)接触，推杆(10)的外侧套接有用于推杆(10)复位的弹簧(9)，所述弹簧(9)的一端与固定架(8)内侧接触，另一端与所述平板接触，所述固定架⑶通过底座(6)的支撑固定。
3.根据权利要求1所述的基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置，其特征在于所述横向驱动装置(1)为由连杆(11)、滑块(12)和旋转轮(13)组成的曲柄连杆机构，或具有双工位的汽缸(15)。
4.根据权利要求1所述的基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置，其特征在于所述挂线装置包括水平放置的横担O)，所述横担O)的端部设有与绝缘子串( 连接的挂钩，横担O)的中部固定有垂直横担O)的固定座(3)。
5.根据权利要求4所述的基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置，其特征在于所述挂线装置设置三个及以上，相邻挂线装置之间通过架空导线(4)和绝缘子串(5)连接，形成多档架空导线。
6.由权利要求1-5所述的基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置的试验方法，其特征在于所述试验方法的步骤如下(1)所述试验装置搭建好后，测量架空导线的档距、比载和弧垂；(2)确定测量点，在测量点的位置安置高速相机，并启动高速相机；(3)确定加载点，启动横向驱动装置(1)，对架空导线(4)进行档端横向位移激励的加载；(4)记录加载时间，横向驱动装置(1)的振动频率及振动幅值；(5)提取高速相机数据，分析试验结果，绘制架空导线(4)上测量点的舞动轨迹。
7.根据权利要求6所述的试验方法，其特征在于所述横向驱动装置，其横向激励的振动频率为0. l-20Hz，振动幅度为l-20mm。
全文摘要
本发明公开了一种基于档端位移激励的架空导线舞动试验装置及试验方法，属于架空导线防舞技术领域，其试验装置包括挂线装置、横向驱动装置、架空导线和绝缘子串，挂线装置固定于地面，架空导线的两端分别通过绝缘子串与两个挂线装置连接，横向驱动装置与绝缘子串连接，试验方法是通过确定测量点、加载、记录、分析等步骤实现。本发明通过横向驱动装置配合架空导线，来模拟实际中的架空导线受到沿架空导线方向上的档端位移激励时的舞动情况，用于研究不同档距、不同激励频率及不同激励幅值下，架空导线舞动规律，弥补了传统只进行垂直于架空导线激励导线舞动的不足，使试验人员更能全面了解架空导线舞动机理，从而提出防舞措施。
文档编号G01M7/02GK102564717SQ20121002114
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者杨文刚, 王璋奇, 韩志杰, 高林涛 申请人:华北电力大学(保定)