專利名稱：輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)。
背景技術：
輸電線路覆冰是一種嚴重的自然災害，由于在許多地區(qū)因雨凇、霧凇覆冰而使輸電線路的荷重增加，造成斷線、倒桿(塔)事故時有發(fā)生。2008年1月，我國南方大部分地區(qū)遭受了 50年一遇的冰雪凝凍災害，此次凝凍災害造成南方電網區(qū)域四千二百一十六條輸電線路被破壞，直接經濟損失達1100多億元。輸電線路破壞的主要原因線路覆冰荷載過重會引起導線和/或地線斷線，而導線和/或地線斷線會產生瞬時沖擊動力響應，這種沖擊荷載不但會弓I發(fā)線路振蕩，同時也給本來承受較大覆冰荷載的輸電桿塔帶來巨大的沖擊力和不平衡張力，當輸電塔主要承重構件達到其極限承載力時，桿塔會發(fā)生局部壓曲失穩(wěn)倒塔。我國的架空輸電線路設計規(guī)范和標準中對于覆冰的計算通常是按等效靜力荷載方法來考慮的，對于線路的覆冰斷線沖擊荷載并未涉及，特別是斷線沖擊引起塔-線耦合振蕩以及倒塔破壞也未涉及技術分析細節(jié)。國內外學者對輸電線路覆冰斷線分析往往是通過理論分析，并借助于數(shù)值模擬手段來開展研究，對覆冰斷線的沖擊試驗研究還未見報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是設計了一種輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)，它能夠實現(xiàn)輸電線路導線和/或地線斷線對輸電塔造成的沖擊響應的精確測量，既能模擬覆冰斷線、又能模擬未覆冰斷線情況，從試驗角度真實的揭示和驗證輸電線路覆冰斷線沖擊響應以及倒塔破壞機理。本發(fā)明的目的是由以下技術方案來實現(xiàn)的一種輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)，其特征是在密封室25內設有輸電線路模型系統(tǒng)21、導線覆冰形成系統(tǒng)22、數(shù)據采集系統(tǒng)23和數(shù)據處理與分析系統(tǒng)M。所述的輸電線路模型系統(tǒng)21包括按輸電線路結構參數(shù)和材料參數(shù)縮尺制作的輸電塔17、導線10、地線27、絕緣子四、金具觀和間隔棒30，所述的輸電塔17通過金具觀與地線27連接，所述的輸電塔17通過金具觀、絕緣子四與導線10連接，在導線10與導線 10之間設有間隔棒30。所述的導線覆冰形成系統(tǒng)22包括制冷裝置、噴霧裝置和測量裝置，所述的制冷裝置包括頂棚風扇3、墻壁風扇11、排風口風扇8和冷凝器12，所述的噴霧裝置在位于輸電塔 17頂部的密封室25頂棚上固連有儲水箱4，在儲水箱4上部分別設置溢流閥42、壓力表31， 在儲水箱4的一側設有水位傳感器39、進水管41，在進水管41上置有進水開關40和高壓水泵6，在儲水箱4的下部設有排水管路開關34，在儲水箱4的下部設置水量調節(jié)開關36、 水表35和噴頭5，在儲水箱4的兩側均設有配水管7，在配水管7上置有水開關32，配水管 7置于導線10、地線27的上方，在配水管7上均勻分布有若干個水噴頭33，所述的測量裝置包括天平18、卡尺19。
所述的數(shù)據采集系統(tǒng)23包括在輸電塔17上設置的若干個傳感器43、若干個傳感器43通過數(shù)據光纜44與數(shù)據采集儀45的輸入端連接，數(shù)據采集儀45的輸出端通過數(shù)據光纜44與抗混濾波放大器46輸入端連接。所述的數(shù)據處理與分析系統(tǒng)M包括微處理器48、顯示器47和打印機49，所述數(shù)據采集系統(tǒng)23的抗混濾波放大器46的輸出端通過數(shù)據線50與微處理器48輸入端連接， 微處理器48的輸入端通過數(shù)據線50與顯示器47和打印機49連接。本發(fā)明的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)的有益效果體現(xiàn)在由于在一個密封室內設置了輸電線路模型系統(tǒng)、導線覆冰形成系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)和數(shù)據處理與分析系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)輸電線路導線和/或地線斷線對輸電塔造成的沖擊響應的精確測量，既能模擬覆冰斷線、又能模擬未覆冰斷線情況，從試驗角度真實的揭示和驗證輸電線路覆冰斷線沖擊響應以及倒塔破壞機理，為輸電線路防冰災和抗冰災提供了切實可行的技術依據。


圖1為本發(fā)明的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)結構方框圖。圖2為本發(fā)明的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)結構示意圖。圖3為輸電線路模型系統(tǒng)結構示意圖。圖4圖3中導線與間隔棒連接結構示意圖。圖5為導線覆冰系統(tǒng)中噴霧裝置結構示意圖。圖6為數(shù)據采集系統(tǒng)結構示意圖。圖7數(shù)據處理與分析系統(tǒng)結構示意圖。圖中1-棚頂，2-照明燈，3-頂棚風扇，4-儲水箱，5-噴頭，6-高壓水泵，7-配水管，8-排風口風扇，9-保溫墻體，10-導線，11-墻壁風扇，12-冷凝器，13-試驗臺，16-輸電塔底座，17-輸電塔，18-天平，19-卡尺，20-地面隔熱層，21-輸電線路模型系統(tǒng)，22-導線覆冰形成系統(tǒng)，23-數(shù)據采集系統(tǒng)，24-數(shù)據處理與分析系統(tǒng)，25-密封室，26-基礎混凝土， 27-地線，28-金具，29-絕緣子，30-間隔棒，31-壓力表，32-水開關，33-水噴頭，34-排水管路開關，35-水表，36-水量調節(jié)開關，39-水位傳感器，40-進水開關，41-進水管，42-溢流閥，43-傳感器，44-數(shù)據光纜，45-數(shù)據采集儀，46-抗混濾波放大器，47-顯示器，48-微處理器，49-打印機，50-數(shù)據線。
具體實施例方式下面利用附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明參照圖1和圖2，本發(fā)明的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)是在長X寬X高分別為40X 10X3. 5m的密封室25內設有輸電線路模型系統(tǒng)21、導線覆冰形成系統(tǒng)22、數(shù)據采集系統(tǒng)23和數(shù)據處理與分析系統(tǒng)M。密封室25的墻體9由內外墻和隔熱層組成，隔熱層厚度為80-120mm，隔熱層和頂棚1均采用保溫、隔熱材料，頂棚1的隔熱層和地面隔熱層20的厚度均為80-120mm，隔熱層材料可選用苯板。棚頂?shù)乳g距安裝4盞照明燈2。參照圖2-圖4，置于密封室25內的輸電線路模型系統(tǒng)21是按輸電線路結構幾何相似、拉壓剛度相似和抗彎剛度相似等選取適當?shù)南嗨票龋ㄟ^縮尺制作的輸電塔17、導線 10、地線27、絕緣子四、金具28和間隔棒30組成的三塔四線的輸電線路模型。輸電塔17通過所述的金具觀與地線27連接，輸電塔17通過金具觀、絕緣子四與導線10連接，在導線10與導線10之間設有間隔棒30。其中輸電塔17采用鋁合金材料，導線10、地線27采用鋼芯鋁絞線，絕緣子四采用硅橡膠材料，金具觀采用鋼材，間隔棒30采用聚乙烯材料。參照圖2和圖5，置于密封室25內的導線覆冰形成系統(tǒng)22包括制冷裝置、噴霧裝置和測量裝置。所述的制冷裝置包括頂棚風扇3、墻壁風扇11、排風口風扇8和冷凝器12。 所述的噴霧裝置在位于輸電塔17頂部的密封室25頂棚上固連有儲水箱4，在儲水箱4上部分別設置溢流閥42、壓力表31，在儲水箱4的一側設有水位傳感器39、進水管41，在進水管41上置有進水開關40和高壓水泵6，在儲水箱4的下部設有排水管路開關34，在儲水箱 4的下部設置水量調節(jié)開關36、水表35和噴頭5，在儲水箱4的兩側均設有配水管7，在配水管7上置有水開關32，配水管7置于導線10、地線27的上方，沿著導線方向布設，在配水管7上均勻分布有若干個水噴頭33，本具體實施方式
的噴霧裝置由3個儲水箱4和3臺高壓水泵6。所述的測量裝置包括天平18、卡尺19。頂棚風扇3、墻壁風扇11和排風口風扇 8可布設在空間三個方向，模擬自然風，冷凝器12使噴灑到導線10、地線27和輸電塔17上的雨霧迅速凍結。由若干個噴頭5和水噴頭33噴出的水呈雨霧狀，可以真實的模擬雨凇覆冰。測量裝置的天平18、卡尺19可以用來檢測導線10、地線27和輸電塔17覆冰的厚度， 進一步可以換算成導線覆冰比載和輸電塔17的覆冰重量，導線覆冰比載為每延米導線的覆冰重量。參照圖2和圖6，所述的數(shù)據采集系統(tǒng)23包括在輸電塔17上設置的若干個傳感器43、若干個傳感器43通過數(shù)據光纜44與數(shù)據采集儀45的輸入端連接，數(shù)據采集儀45 的輸出端通過數(shù)據光纜44與抗混濾波放大器46輸入端連接；傳感器43或應變片，傳感器 43主要安放在輸電塔17的主要控制截面部位，主要指塔頭、地線支架、橫擔、上下曲臂連接處，塔頸部、塔身和塔腿部位。數(shù)據采集系統(tǒng)23置于試驗臺13上。參照圖2和圖7，所述的數(shù)據處理與分析系統(tǒng)M包括微處理器48、顯示器47和打印機49，所述數(shù)據采集系統(tǒng)23的抗混濾波放大器46的輸出端通過數(shù)據線50與微處理器 48輸入端連接，微處理器48的輸入端通過數(shù)據線50與顯示器47和打印機49連接。數(shù)據處理與分析系統(tǒng)M置于試驗臺13上。數(shù)據分析與處理系統(tǒng)的軟件程序利用Visual C++ 語言編制，用于實測結果的進一步分析與處理，軟件功能模塊主要包括內力分析模塊，位移分析模塊和加速度分析模塊，為本領域技術人員所熟悉的技術。本發(fā)明的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗過程如下1.在密封室25內置的輸電線路模型系統(tǒng)21的輸電塔17主要控制截面處，塔頭、 地線支架、橫擔、上下曲臂連接處，塔頸部、塔身和塔腿部位布設傳感器43，若干個傳感器 43通過數(shù)據光纜44與數(shù)據采集儀45的輸入端連接，并檢查所有連接是否就緒；2.開啟導線覆冰形成系統(tǒng)22的冷凝器12、頂棚風扇3、墻壁風扇11和排風口風扇8，開啟高壓水泵6、噴頭5和水噴頭33，并調節(jié)溫度、風向和噴水量，若干時間后，通過卡尺19測量導線10、地線27和輸電塔17的覆冰厚度，從導線10或地線27上取下IOOmm長的覆冰段，用天平18稱出覆冰重量，換算為導線10和地線27的覆冰比載。待覆冰厚度達到規(guī)定的要求時，按照試驗方案，在相應位置瞬間切斷導線10或地線27，通過數(shù)據采集系統(tǒng)23測量斷線引起的沖擊響應；3.將試驗測量的數(shù)據傳輸?shù)綌?shù)據分析與處理系統(tǒng)M中，對需要的數(shù)據進行分析處理，最后得出完整的試驗結果和結論，通過打印機49輸出。在覆冰斷線沖擊響應試驗過程中使密封室25內溫度控制在_5°C -10°C之間。本發(fā)明的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)所用元器件均為市售產品。其中噴頭5、水噴頭33的型號為HPZ2. 5，水壓為2 2. 5個大氣壓，水量為 1.5L/min。冷凝器12型號為MCF-100NUJ，使用蒸發(fā)溫度_40°C —5°C。工作電壓220V，50HZ。頂棚風扇3和墻壁風扇11的型號為MDF_1802，工作電壓220V，50HZ。溢流閥42型號為XYF08_01，最大流量為50L/min，調壓范圍為l_315MPa。壓力表31型號為Y-60B_F，使用環(huán)境條件為_40°C _40°C，水壓為0_160MPa，精度等級為2.5。進水開關40、水開關32和排水管路開關34型號均為SL_SC，材質為硅橡膠，工作溫度-40°C -40°C。水箱4為3X2X 1. 5 = 9M3。材質為不銹鋼，工作溫度為_40°C _40°C。水位傳感器39型號為JPG7，工作溫度為_40°C -40°C。水量調節(jié)閥36型號ZL-4M，工作溫度為-40°C-40°C，工作壓力1.6Mpa，精度為5%。水表；35型號為HQG_LUGB，精度1 %，工作溫度為_40°C -40°C。測量天平18型號為JD-3B?？ǔ?9為游標卡尺160-153型號，規(guī)格0-600mm解析度0. 02_。輸電塔17為鋁合金材質。導線10為LGJ鋼芯鋁絞線。地線27為鍍鋅鋼絞線。金具28為普通Q2I35鋼材。絕緣子四為硅橡膠材質。間隔棒30為聚乙烯材料。傳感器43或為應變片其中位移傳感器型號為JC-2B ；加速度傳感器型號為 INV9898 型，應變片型號為BF350-3AA8(K23)N6。數(shù)據采集儀45型號為INV306DM智能信號采集儀，16通道。抗混濾波放大器46型號為INV-8。顯示器47型號為聯(lián)想21液晶顯示器。微處理器48型號為Pentium4酷睿雙核。打印機49型號為HP1020。本發(fā)明的輸電線路結構覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)的樣機已經正常試運行一年， 完成了相關項目的試驗，實現(xiàn)了所述的發(fā)明目的和效果。本發(fā)明輸電線路結構覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)的具體實施方式
并非窮舉，本領域技術人員不經過創(chuàng)造性勞動的任何變換均屬于本發(fā)明權利保護的范圍。
權利要求
1.一種輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)，其特征是在密封室05)內設有輸電線路模型系統(tǒng)(21)、導線覆冰形成系統(tǒng)(22)、數(shù)據采集系統(tǒng)03)和數(shù)據處理與分析系統(tǒng) 04)。
2.根據權利要求1所述的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)，其特征是所述的輸電線路模型系統(tǒng)包括按輸電線路結構參數(shù)和材料參數(shù)縮尺制作的輸電塔(17)、導線 (10)、地線(27)、絕緣子( )、金具(28)和間隔棒(30)，所述的輸電塔(17)通過金具(28) 與地線(XT)連接，所述的輸電塔(17)通過金具(觀)、絕緣子09)與導線(10)連接，在導線(10)與導線(10)之間設有間隔棒(30)。
3.根據權利要求1所述的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)，其特征是所述的導線覆冰形成系統(tǒng)0 包括制冷裝置、噴霧裝置和測量裝置，所述的制冷裝置包括頂棚風扇 (3)、墻壁風扇(11)、排風口風扇⑶和冷凝器(12)；所述的噴霧裝置在位于輸電塔(17)頂部的密封室0 頂棚上固連有儲水箱G)，在儲水箱(4)上部分別設置溢流閥(42)、壓力表(31)，在儲水箱的一側設有水位傳感器(39)、進水管(41)，在進水管上置有進水開關GO)和高壓水泵(6)，在儲水箱(4)的下部設有排水管路開關(34)，在儲水箱4的下部設置水量調節(jié)開關(36)、水表(3 和噴頭(5)，在儲水箱的兩側均設有配水管(7)， 在配水管(7)上置有水開關(32)，配水管(7)置于導線(10)、地線(XT)的上方，在配水管 (7)上均勻分布有若干個水噴頭(3 ；所述的測量裝置包括天平(18)、卡尺(19)。
4.根據權利要求1所述的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)，其特征是所述的數(shù)據采集系統(tǒng)包括在輸電塔(17)上設置的若干個傳感器、若干個傳感器通過數(shù)據光纜G4)與數(shù)據采集儀0 的輸入端連接，數(shù)據采集儀0 的輸出端通過數(shù)據光纜 (44)與抗混濾波放大器06)輸入端連接。
5.根據權利要求1所述的輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)，其特征是所述的數(shù)據處理與分析系統(tǒng)04)包括微處理器(48)、顯示器07)和打印機(49)，所述數(shù)據采集系統(tǒng)的抗混濾波放大器G6)的輸出端通過數(shù)據線(50)與微處理器08)輸入端連接， 微處理器G8)的輸入端通過數(shù)據線(50)與顯示器07)和打印機09)連接。
全文摘要
本發(fā)明是一種輸電線路覆冰斷線沖擊響應試驗系統(tǒng)，其特點是在密封室內設有輸電線路模型系統(tǒng)、導線覆冰形成系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)和數(shù)據處理與分析系統(tǒng)，輸電線路模型系統(tǒng)是按輸電線路結構和材料參數(shù)進行縮尺來制作；導線覆冰形成系統(tǒng)包括制冷裝置、噴霧裝置和測量裝置；數(shù)據采集系統(tǒng)包括傳感器、數(shù)據光纜、數(shù)據采集儀和抗混濾波放大器；數(shù)據分析與處理系統(tǒng)包括顯示器、微處理器、打印機和軟件程序，它能夠實現(xiàn)輸電線路導線和/或地線斷線對輸電塔造成沖擊響應的精確測量，既能模擬覆冰斷線、又能模擬未覆冰斷線情況，從試驗角度真實的揭示和驗證輸電線路覆冰斷線沖擊響應以及倒塔破壞機理，為輸電線路防冰災和抗冰災提供切實可行的技術依據。
文檔編號G01M7/08GK102346093SQ201110023160
公開日2012年2月8日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權日2011年1月18日
發(fā)明者劉春城, 肖琦, 馬桂蘭, 龔靖 申請人:東北電力大學