输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于输电线路导线舞动测量方法技术领域，具体涉及一种输电线路覆冰导 线舞动空气动力参数的测定方法。
【背景技术】
[0002] 输电线路覆冰导线舞动会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，容易引起相间 闪络、金具及绝缘子损坏、导线断股断线、杆塔螺栓松动脱落、塔材损伤、基础受损，更严重 的是引发倒塔事故。
[0003] 在现行研宄中，获取不同覆冰形状和风攻角条件下的空气升力系数、阻力系数及 扭转系数是研宄输电线路舞动的当务之急。然而就目前而言，获取输电线路空气动力参数 大多在实验室或者风洞进行测定的，而在实际测定中发现设定特定覆冰形状且由于输电线 路导线长度较短，无法反映扭转对空气动力系统的影响。
[0004] 针对现行研宄中的不足，开发出一种获取真实有效输电线路覆冰导线舞动空气动 力参数的方法，对输电线路覆冰导线舞动的研宄具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定方法，能 真实测定输电线路覆冰导线路舞动情况下的空气动力参数。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定方法， 具体按照以下步骤实施：
[0007] 步骤1、利用拉力传感器、倾角传感器、角速度传感器对输电线路覆冰导线进行测 量，分别得到输电线路覆冰导线舞动之前的绝缘子串拉力T1、输电线路覆冰导线发生舞动 时的拉力T2、输电线路覆冰导线舞动之前的倾斜角Θ i、输电线路覆冰导线发生舞动时的倾 斜角02及风偏角、输电线路覆冰导线的舞动扭矩Mz，结合数学模型经计算后，分别获取输 电线路覆冰导线的舞动升力系数、舞动阻力系数及舞动扭矩系数；
[0008] 步骤2、利用多台摄像机对输电线路覆冰导线进行多角度图像捕捉，并将步骤1中 测量得到的输电线路覆冰导线舞动之前的绝缘子串拉力T1、输电线路覆冰导线发生舞动时 的拉力T2与"三塔两档"等值覆冰厚度力学计算模型结合，得到输电线路覆冰导线上的覆冰 轮廓，通过拟合覆冰形状，获取输电线路覆冰导线上的真实覆冰形状；
[0009] 步骤3、待步骤2完成后，利用惯性导航传感器结合输电线路覆冰导线舞动轨迹还 原技术，获取输电线路覆冰导线实时风攻角；
[0010] 步骤4、利用步骤1到步骤3中获得所有数据绘制输电线路覆冰导线在真实覆冰形 状和风攻角下的空气动力参数曲线，完成对输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定。
[0011] 本发明的特点还在于：
[0012] 步骤1具体按照以下步骤实施：
[0013] 步骤1. 1、在输电线路覆冰导线悬挂点处安装拉力传感器、角度传感器和角速度传 感器；
[0014] 步骤I. 2、经步骤I. 1后，利用拉力传感器测量得到输电线路覆冰导线舞动之前的 绝缘子串拉力T1和输电线路覆冰导线发生舞动时的拉力T 2;
[0015] 利用角度传感器测量得到输电线路覆冰导线舞动之前的倾斜角Θ i和输电线路覆 冰导线发生舞动时的倾斜角Θ 2、风偏角η ;
[0016] Θ i为输电线路覆冰导线舞动之前绝缘子串MA和竖直方向的夹角，Θ 2为输电线路 覆冰导线舞动时绝缘子串MB和竖直方向的夹角，绝缘子串MB水平面投影，与水平轴 夹角为η，则Θ 2与Θ p η存在如下关系：
[0017]
[0018] 根据输电线路覆冰导线舞动之前的绝缘子串拉力T1、输电线路覆冰导线发生舞动 时的拉力T2、输电线路覆冰导线舞动之前的倾斜角Θ i、输电线路覆冰导线发生舞动时的倾 斜角θ2、输电线路覆冰导线发生舞动时的风偏角n之间的几何关系，通过计算得到输电线 路覆冰导线的舞动升力Fp舞动阻力fd，具体按照如下算法实施：
[0019] Fl= T 2cos Θ ^T1COS Θ i (2)；
[0020] Fd= T 2sin Θ 2sin η (3)；
[0021] 利用角速度传感器得获取输电线路覆冰导线的舞动扭矩Μζ:
[0022] 通过角速度传感器得到输电线路覆冰导线上转动的角速度，利用积分求得转动角 度识，经计算得到输电线路覆冰导线的舞动扭矩Mz，覆冰导线的舞动扭矩Mz具体按照以下 算法获得：
[0023]
[0024] 式中，M#输电线路覆冰导线的舞动扭矩，P为转动角度，GIp为输电线路覆冰导 线截面的抗扭刚度，1为输电线路覆冰导线的长度；
[0025] 步骤L 3、根据步骤L 2中得到的输电线路覆冰导线的舞动升力Fp舞动阻力Fd和 舞动扭矩Mz，结合数学模型，经计算得到覆冰导线的舞动升力系数Q、覆冰导线的舞动阻力 系数Cd及覆冰导线的舞动扭矩系数CM，具体按照以下算法实施：
[0026]
[0027]
[0028]
[0029] 式中为输电线路覆冰导线所受的阻力，Fd为输电线路覆冰导线所受的升力，Mz为输电线路覆冰导线所受的扭矩，P为空气密度，U为风速沿垂线方向的速度分量，L为输 电线路覆冰导线的有效长度，d为输电线路覆冰导线的特征长度。
[0030] 步骤2具体按照以下步骤实施：
[0031] 步骤2. 1、设定输电线路覆冰导线上的覆冰形状为均匀的圆柱形；将步骤1中测量 得到的输电线路覆冰导线舞动之前的绝缘子串拉力T1、输电线路覆冰导线发生舞动时的拉 力T2与"三塔两档"等值覆冰厚度力学计算模型结合，经计算得到输电线路覆冰导线的横截 面积；
[0032] 步骤2. 2、在输电线路覆冰导线周围安装多个摄像机，利用多个度摄像机分别获得 输电线路覆冰导线的正视图和俯视图，将输电线路覆冰导线的正视图和俯视图进行阀值分 割及边缘提取处理后，得到输电线路覆冰导线上的冰层厚度和冰层直径；
[0033] 冰层直径：是指垂直于导线表面上冰层积结包括导线直径的最大数值；
[0034] 冰层厚度：是指在所测覆冰直径截面上垂直于直径方向冰层积结包括导线直径的 最大数值；
[0035] 步骤2. 3、经步骤2. 2后，利用获得的冰层厚度和冰层直径绘制出输电线路覆冰导 线截面图的包络面，输电线路覆冰导线实际的截面边缘必定在包络面内，由于实际的积冰 形状以椭圆形和三角形为主，故采用椭圆形和三角形拟合，并根据覆冰导线截面等效原则， 经多次迭代及形状顺滑后，得到输电线路覆冰导线上的覆冰形状。
[0036] 步骤2. 3具体按照以下步骤实施：
[0037] 步骤2. 3. 1、将矩形包络面的长度a平均分为η段，先绘制长为a、宽为b的矩形包 络面内的最大内切椭圆，并计算出椭圆的面积S1;
[0038] 由于已经设定覆冰形状为均匀圆柱，利用"三塔两档"等值覆冰厚度计算模型经计 算得到输电线路覆冰导线的等效覆冰厚度d。，利用等效覆冰厚度d。计算得到输电线路覆冰 导线的横截面积π d。2,即为S。；
[0039] 若S1S s C1，则绘制长为 .宽为b的矩形包络面内的 最大内切椭圆，并计算出椭圆的面积s1;
[0040] 步骤2. 3. 2、重复步骤2. 3. 1，直到S1 < s。为止；
[0041] 步骤2. 3. 3、将包络面底边b平均分为m段，依次以底边上的各点作椭圆的外接三 角形，分别计算出外接三角形的面积：S11, S12, S13--Slnri ;
[0042] 找出其中面积最小的，即Hiin1 [sn，s12, S13----SlmJ ;
[0043] 若 Sjmin1 [sn，s12, S13----slm_J<s。，则将 Sjmin1 [sn，s12, S13----slm_J 赋值于 S1, (其中Sl，s2, s3. . . . Slrt没有严格的顺序，只代表各外接三角形的面积值），剔除最小的面积 值，在剩余的面积值里再选取最小的，即min2[sn，s12, S13-