法，其特征在 于，所述步骤1具体按照以下步骤实施： 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； 步骤1. 2、经步骤1. 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 子串拉力和输电线路覆冰导线发生舞动时的拉力T2; 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0i和输电线路覆冰导 线发生舞动时的倾斜角02、风偏角n; 0i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，0 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M'B'与水平轴夹角 为n，则Q2与Q:、n存在如下关系：根据输电线路覆冰导线舞动之前的绝缘子串拉力、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0i、输电线路覆冰导线发生舞动时的倾斜角 02、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： Fl=T2cos02-TiCos0 ! (2)； FD=T2sin02sinn(3)； 利用角速度传感器得获取输电线路覆冰导线的舞动扭矩Mz: 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 妒，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仏具体按照以下算 法获得：式中，Mz为输电线路覆冰导线的舞动扭矩，供为转动角度，GIPS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； 步骤1. 3、根据步骤1. 2中得到的输电线路覆冰导线的舞动升力IV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：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。3. 根据权利要求1所述的输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定方法，其特征在 于，所述步骤2具体按照以下步骤实施： 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、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； 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； 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； 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； 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。4. 根据权利要求3所述的输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定方法，其特征在 于，所述步骤2. 3具体按照以下步骤实施： 步骤2. 3. 1、将矩形包络面的长度a平均分为n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; 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31d。2,即为S。； 若Sl> S(l，则绘制长为（k= 1，2,3. ..n-1)、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; 步骤2. 3. 2、重复步骤2. 3. 1，直到Sl<s^为止； 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：Sn,s12,s13--slm_1; 找出其中面积最小的，即minjsn,s12,s13----； 若Si+minjsn,s12,s13 --slm_J<s〇，则将Si+mir^ [sn,s12,s13 --slm_J赋值于s!，（其中Sl，s2,s3. ... ^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----slm_2]； 步骤 2. 3. 4、若Si+mirii[sn,s12,s13----slm_J<s。，贝丨J重复步骤 2. 3. 3，直到 Sj+minjtsu,s12,s13 --slm_J>sQ为止； ifeIX.minjsn，s12,s13. . . .slm_J,min2[sn,s12,s13. . . .slm_2], 由min^tsu，s12,s13--slm_k+1]外接三角形与椭圆所拟合来的曲线即为最接近输电线路覆冰 导线的截面冰形。5. 根据权利要求1所述的输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定方法，其特征在 于，所述步骤3具体按照以下步骤实施： 步骤3. 1、将惯性导航传感器沿输电线路覆冰导线坐标系的水平、垂直、扭转三个方向 安装，随着输电线路覆冰导线舞动而变化，测得的是输电线路覆冰导线坐标系下的物理量： 加速度和角速率； 步骤3. 2、经步骤3. 1后，对采集到的角速率进行数据预处理，消除趋势项和直流分量， 最终得到输电线路覆冰导线运动轨迹及实时迎风攻角。6. 根据权利要求5所述的输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定方法，其特征在 于，所述步骤3. 2具体按照以下步骤实施： 步骤3. 2. 1、采用四元数法得出输电线路覆冰导线坐标系和地理坐标系的实时姿态矩 阵； 步骤3. 2. 2、将输电线路覆冰导线坐标系下的加速度值转换为地理坐标系下的值； 步骤3. 2. 3、通过积分将加速度值转换为位移，并对同一时刻各监测点的数据进行处 理； 最终得出输电线路覆冰导线运动轨迹及实时迎风攻角。7. 根据权利要求1所述的输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定方法，其特征在 于，所述步骤4具体按照以下步骤实施： 步骤4. 1、将步骤1中得到的覆冰导线舞动升力系数、舞动阻力系数及舞动扭矩系数、 步骤2中得到的覆冰导线的真实覆冰形状及步骤3中得到的实时风攻角进行整理汇总； 步骤4. 2、经步骤4. 1后，分别绘制出输电线路覆冰导线上真实覆冰形状和风攻角工况 下风攻角与升力系数、阻力系数、扭转系数的变化曲线； 结合现有舞动理论及起舞条件，对舞动进行监测，同时为后续舞动研宄提供更接近实 际工况的空气动力系数值，完成对输电线路导线覆冰舞动空气动力参数的测定。
【专利摘要】本发明公开的输电线路覆冰导线舞动空气动力参数的测定方法，1)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；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，通过“三塔两档”等值覆冰厚度力学计算模型获取输电线路覆冰导线上的覆冰轮廓，拟合覆冰形状，得到输电线路覆冰导线上的真实覆冰形状；3)利用惯性导航传感器结合输电线路导线覆冰舞动轨迹还原技术，获取输电线路覆冰导线实时风攻角；4)利用获得所有数据绘制真实覆冰形状下和风攻角下的空气动力参数曲线，完成对输电线路导线覆冰舞动空气动力参数的测定。本发明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。
【IPC分类】G01M9/06
【公开号】CN104913900
【申请号】CN201510299765
【发明人】黄新波, 徐冠华, 马龙涛, 肖渊, 朱永灿, 赵阳
【申请人】西安工程大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月3日