專利名稱：架空輸電線路主動防振器及主動防振方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種架空輸電線路，尤其是指一種架空輸電線路主動防振器及主動防振方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)線的微風(fēng)振動是由微風(fēng)引起的一種高頻率、小振幅的導(dǎo)線運動，是引起導(dǎo)線疲 勞斷股等事故的主要原因。自上世紀(jì)初美國首先在一條輸電線路的海峽跨越處發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線的 振動斷股現(xiàn)象以來，人們一直在進行著微風(fēng)振動問題的研究，包括振動機理、防振理論、振 動試驗、防振裝置、防振導(dǎo)線等多方面。幾十年來，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，在架空輸電線路 上，均設(shè)計應(yīng)用了各種具體的防振技術(shù)措施。目前，導(dǎo)線的防振方案有以下幾種型式Bate阻尼線、Bate阻尼線+防振錘、雙 Bate阻尼線、交叉阻尼線、防振錘組合、圣誕樹阻尼線等。它們的基本原理都是改變導(dǎo)線的 振動模式，通過自身的振動消耗系統(tǒng)的振動能量，以降低導(dǎo)線的微風(fēng)振動水平。這些措施， 有效地抑制了微風(fēng)振動，減輕了對線路的危害。公開號為CN1790850的“導(dǎo)線防振器”發(fā)明專利公開了一種防止架空輸電導(dǎo)線振 動的導(dǎo)線防振器，其為一種有效吸收導(dǎo)線振動能量的裝置，并且不受導(dǎo)線振動頻率的影響。公開號為CN2717083的“導(dǎo)線防振器”的實用新型專利公開了一種導(dǎo)線防振器，它 既能防止導(dǎo)線的振動又能防止導(dǎo)線的舞動，其是一種有效地消耗導(dǎo)線振動能量的裝置，并 且不受導(dǎo)線振動頻率的影響。但是，由于微風(fēng)振動的機理極其復(fù)雜，通過理論計算或試驗研究的結(jié)果與現(xiàn)場實 際往往差別很大。目前設(shè)計的防振方案不能有效解決微風(fēng)振動問題，近年來安裝有防振器 的線路仍然遭受微風(fēng)振動的損害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種架空輸電線路主動防振器及主動防振方 法，以抑制電力系統(tǒng)中架空輸電線路的微風(fēng)振動。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種架空輸電線路主動防振器，該主動防振器包括殼 體、電源、控制電路、電機、傳動機構(gòu)、防振執(zhí)行機構(gòu)，其中，所述殼體上設(shè)有將該防振器固定 在導(dǎo)線上的固定件，所述控制電路、電機、傳動機構(gòu)設(shè)置于殼體內(nèi)，并由該電源提供電能，該 控制電路控制電機的動作，電機通過該傳動機構(gòu)帶動防振執(zhí)行機構(gòu)動作而改變重心位置。如上所述的架空輸電線路主動防振器，其中，所述電機為步進電機，所述傳動機構(gòu) 包括與步進電機輸出軸相連的主動輪以及由該主動輪帶動的第一、第二從動輪，所述防振 執(zhí)行機構(gòu)包括第一、第二重錘，且所述第一、第二重錘分別通過第一、第二固定桿固定于對 應(yīng)的第一、第二從動齒輪，以隨對應(yīng)的從動齒輪轉(zhuǎn)動；該控制電路控制該步進電機的正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)動作，該步進電機帶動所述主動輪轉(zhuǎn)動，由所述主動輪帶動第一、第二從動輪轉(zhuǎn) 動，進而改變兩個重錘的重心位置。
如上所述的架空輸電線路主動防振器，其中，所述二重錘對稱設(shè)置。如上所述的架空輸電線路主動防振器，其中，所述主動防振器還包括應(yīng)變測量裝 置，該應(yīng)變測量裝置實時監(jiān)測該導(dǎo)線微風(fēng)振動的微應(yīng)變并傳送到控制電路，由該控制電路 根據(jù)微風(fēng)振動的情況實時控制步進電機動作。如上所述的架空輸電線路主動防振器，其中，該控制電路包括控制器及功率驅(qū)動 電路，該應(yīng)變測量裝置連接到該控制器，將監(jiān)測到的微風(fēng)振動的微應(yīng)變信號輸出至該控制 器，該控制器對微應(yīng)變信號進行處理，并根據(jù)處理結(jié)果輸出控制信號至功率驅(qū)動電路，從而 控制該步進電機的動作。如上所述的架空輸電線路主動防振器，其中，所述控制電路還包括以軟件或硬件 實現(xiàn)的脈沖分配器，該控制器通過該脈沖分配器連接到該功率驅(qū)動電路，該脈沖分配器將 控制器輸出的控制脈沖信號經(jīng)過邏輯組合轉(zhuǎn)換成為各相繞組通、斷電的時序邏輯信號，使 步進電機按確定的方式工作。如上所述的架空輸電線路主動防振器，其中，所述主動防振器包括高壓抽能裝置， 以從輸電線路獲得電能。對應(yīng)地，本發(fā)明還提出一種架空輸電線路主動防振方法，其包括步驟a 應(yīng)變測量裝置監(jiān)測導(dǎo)線微風(fēng)振動的微應(yīng)變，并將監(jiān)測到的微應(yīng)變信號輸 出至控制電路；步驟b 該控制電路根據(jù)接收到的微應(yīng)變信號控制防振執(zhí)行機構(gòu)動作，以抑制導(dǎo) 線微風(fēng)振動。如上所述的架空輸電線路主動防振方法，其中，該防振執(zhí)行機構(gòu)包括兩個重錘；步 驟b中，該控制電路根據(jù)接收到的微應(yīng)變信號控制一步進電機動作，再由該步進電機帶動 一主動輪轉(zhuǎn)動一定角度，并帶動二從動輪轉(zhuǎn)動一定角度，使得與各從動輪固定的重錘重心 位置升降變化，抑制導(dǎo)線微風(fēng)振動。如上所述的架空輸電線路主動防振方法，其中，所述控制電路包括控制器、功率驅(qū) 動電路，所述步驟b中，該控制電路接到微應(yīng)變信號后，該控制器對微應(yīng)變信號進行處理， 并根據(jù)處理結(jié)果輸出控制信號至功率驅(qū)動電路，通過該功率驅(qū)動電路控制該步進電機的動 作。如上所述的架空輸電線路主動防振方法，其中，該控制電路還包括以軟件或硬件 形式存在的脈沖分配單元，該控制電路接到微應(yīng)變信號進行處理后輸出控制脈沖信號，該 脈沖分配單元將控制器輸出的控制脈沖信號經(jīng)過邏輯組合轉(zhuǎn)換成為各相繞組通、斷電的時 序邏輯信號，使步進電機按確定的方式工作。如上所述的架空輸電線路主動防振方法，其中，所述主動防振方法是利用高壓抽 能裝置從輸電線路獲得所需電能。本發(fā)明的特點和優(yōu)點是本發(fā)明的架空輸電線路主動防振器主要包括固定件、監(jiān) 測和控制電路、防振執(zhí)行機構(gòu)，固定件將整個防振器固定在導(dǎo)線上，監(jiān)測和控制電路能夠監(jiān) 測導(dǎo)線微風(fēng)振動的微應(yīng)變，并根據(jù)監(jiān)測的微應(yīng)變值的變化輸出控制信號控制步進電機的正 轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)等動作，進而帶動兩個重錘動作，使得其重心位置抬高、降低，以反作用抵消 導(dǎo)線的振動，實現(xiàn)抑制導(dǎo)線微風(fēng)振動的目的。同時，本發(fā)明所需的能量來自于輸電線路，只 要輸電線路有電，就可以為系統(tǒng)提供能量，避免了太陽能電池板的設(shè)計困難、安裝不便的缺陷。


圖1為本發(fā)明的架空輸電線路主動防振器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的架空輸電線路主動防振器控制部分的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為步進電機的接線示意圖。
具體實施例方式下面配合附圖及具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。如圖所示，本發(fā)明提出一種架空輸電線路主動防振器，其中，該主動防振器包括殼 體、電源、控制電路、電機、傳動機構(gòu)、防振執(zhí)行機構(gòu)，其中，所述殼體上設(shè)有將該主動防振器 固定在導(dǎo)線上的固定件，所述控制電路、電機、傳動機構(gòu)設(shè)置于殼體內(nèi)，并由該電源提供電 能，該控制電路控制電機的動作，電機通過該傳動機構(gòu)帶動防振執(zhí)行機構(gòu)動作而改變其重 心位置，反作用抵消導(dǎo)線的振動，實現(xiàn)抑制導(dǎo)線微風(fēng)振動的目的。如圖1所示，其為本發(fā)明的具體實施例的機械結(jié)構(gòu)示意圖，其主要示出了其中的 傳動機構(gòu)、防振執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。本實施例中，該電機為步進電機(圖中未示出)，傳動機構(gòu) 包括與步進電機輸出軸相連的主動輪11以及由該主動輪帶動的第一、第二從動輪13、13’， 防振執(zhí)行機構(gòu)包括第一、第二重錘30、30’，且第一、第二重錘30、30’分別通過第一、第二固 定桿31、31’固定于對應(yīng)的第一、第二從動齒輪13、13’，以隨對應(yīng)的從動齒輪轉(zhuǎn)動，且二重 錘對稱設(shè)置。該控制電路控制該步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)等動作，該步進電機帶動主動 輪11轉(zhuǎn)動一定角度，由主動輪11帶動第一、第二從動輪13、13’轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，進而帶動 兩個重錘重心位置抬高、降低，反作用抵消導(dǎo)線的振動，實現(xiàn)抑制導(dǎo)線微風(fēng)振動的目的。較佳地，本實施例的半主動防振器所需電源的電能來自于輸電線路，例如可通過 高壓抽能裝置從輸電線路獲取電能，具體地，該高壓抽能裝置可由兩個繞有線圈的環(huán)形鐵 芯對接形成，且各線圈連接于控制電路。通過固定件將該半主動防振器固定在高壓電力線 上以后，高壓抽能結(jié)構(gòu)感應(yīng)電力線周圍的磁場能，并輸出穩(wěn)定的直流電后給后續(xù)電路，以提 供所需電能。此外，高壓抽能結(jié)構(gòu)還可連接有電源裝置和充電電池，以便其感應(yīng)電力線周圍 的磁場能，以交流電壓的形式輸入電源調(diào)理裝置，電源調(diào)理裝置不僅給后續(xù)電路提供穩(wěn)定 的電能，并可同時對充電電池充電，從而可在輸電線路無電或電流過低時提供穩(wěn)定的電源。本發(fā)明的主動防振器還包括微風(fēng)振動應(yīng)變測量裝置，該應(yīng)變測量裝置實時監(jiān)測該 導(dǎo)線微風(fēng)振動的微應(yīng)變并傳送到控制電路，由該控制電路根據(jù)微風(fēng)振動的情況實時控制步 進電機動作，從而通過從動輪帶動防振執(zhí)行機構(gòu)動作，抬高或降低其重心位置，抑制導(dǎo)線微 風(fēng)振動。結(jié)合圖2所示，其為本發(fā)明的架空輸電線路主動防振器的一具體實施例的控制部 分結(jié)構(gòu)框圖?？刂齐娐钒刂破骷肮β黍?qū)動電路，應(yīng)變測量裝置連接到該控制器，將監(jiān) 測到的微應(yīng)變信號輸出至該控制器，該控制器對微應(yīng)變信號進行處理，并獲得微風(fēng)振動的 加速度值，然后根據(jù)處理結(jié)果輸出控制信號至功率驅(qū)動電路，從而控制該步進電機的動作。 具體地，控制器由接到的微應(yīng)變信號可以得到導(dǎo)線微風(fēng)振動的位移，對該位移進行二次微 分后，即可得到對應(yīng)的微風(fēng)振動的加速度，從而能夠根據(jù)該加速度的變化輸出控制信號，例如，當(dāng)向上加速度由正變?yōu)樨摰臅r刻，說明導(dǎo)線舞動到了最高點，此時應(yīng)將重錘的重心降低 到最低點，否則進行相反動作。由于本發(fā)明的微應(yīng)變測量裝置可以公知的多種結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)， 此處不再贅述。本實施例采用閉環(huán)脈沖分配技術(shù)，即由控制器、功率驅(qū)動電路及電流控制部分形 成環(huán)形脈沖分配。請參見圖2，本實施例的控制電路還包括以軟件或硬件來實現(xiàn)環(huán)形脈沖分配單元， 脈沖分配單元的主要作用是把控制器輸出的控制脈沖信號經(jīng)過邏輯組合轉(zhuǎn)換成為各相繞 組通、斷電的時序邏輯信號，使步進電機按確定的方式工作。功率驅(qū)動電路還連接有保護電 路，以便在錯相和各種因素引起的過流等異常工作情形時能有效保護步進電機驅(qū)動器。由 單片機或者可編程控制器(PLC)、功率驅(qū)動器組成步進電機的驅(qū)動電路。步進電機的驅(qū)動部分用一塊開路輸出達林頓驅(qū)動器來作為驅(qū)動，通過單片機或可 編程控制器(PLC)的普通I/O控制端口來控制各線圈的接通與切斷。開機時，控制端口均 為高電平，依次將控制端口切換為低電平即可驅(qū)動步進電機運行。如果要改變電機的轉(zhuǎn)動 速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順 序。根據(jù)步進電機的步進角以及需要轉(zhuǎn)動的角度切換不同次數(shù)的脈沖即可控制步進電機轉(zhuǎn) 動的角度。圖3為某步進電機的接線圖，步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其 速度與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機的 各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機繞組通電的相序，便可 控制步進電機的輸出位移量、速度和方向。步進電機具有較好的控制性能，其啟動、停車、 反轉(zhuǎn)及其它任何運行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度。從圖 中可以看出，電機共有四組線圈，四組線圈的一個端點連在一起引出，這樣一共有5根引出 線。要使步進電機轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可。將COM端標(biāo)識為C，只要AC、 AC、 BC、 BC，輪流加電就能驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種，如果將COM端接正電 源，那么只要用開關(guān)元件(如三極管)，將A、 A、B、 B輪流接地。與上述主動防振器相對應(yīng)，本發(fā)明的架空輸電線路主動防振方法包括步驟a 應(yīng)變測量裝置實時監(jiān)測導(dǎo)線微風(fēng)振動的微應(yīng)變，并將監(jiān)測到的微應(yīng)變信 號輸出至控制電路；步驟b 該控制電路根據(jù)接收到的微應(yīng)變信號控制防振執(zhí)行機構(gòu)動作，以抑制導(dǎo) 線微風(fēng)振動。該防振執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及控制電路的組成可參考前述描述，但不限于此。對應(yīng)地， 前述步驟b中，該控制電路根據(jù)接收到的微應(yīng)變信號控制一步進電機動作，再由該步進電 機帶動主動輪轉(zhuǎn)動一定角度，從而帶動二從動輪轉(zhuǎn)動一定角度，使得與各從動輪固定的重 錘重心位置升降變化，抑制導(dǎo)線微風(fēng)振動。進一步地，所述步驟b中，該控制電路接到微應(yīng)變信號后，該控制器對微應(yīng)變信號 進行處理，以獲得該微風(fēng)振動的加速度，并根據(jù)處理結(jié)果(加速度)輸出控制信號至功率驅(qū) 動電路，通過該功率驅(qū)動電路控制步進電機的動作。具體地，控制器由接到的微應(yīng)變信號可 以得到導(dǎo)線微風(fēng)振動的位移，對該位移進行二次微分后，即可得到對應(yīng)的微風(fēng)振動的加速 度，從而能夠根據(jù)該加速度的變化輸出控制信號，例如，當(dāng)向上加速度由正變?yōu)樨摰臅r刻，說明導(dǎo)線舞動到了最高點，此時應(yīng)將重錘的重心降低到最低點，否則進行相反動作。
較佳地，該控制電路還包括以軟件或硬件形式存在的脈沖分配單元(圖中未示 出)，再結(jié)合圖2所示，該控制電路接到微應(yīng)變信號進行處理后輸出控制脈沖信號，該脈沖 分配單元將控制器輸出的控制脈沖信號經(jīng)過邏輯組合轉(zhuǎn)換成為各相繞組通、斷電的時序邏 輯信號，使步進電機按確定的方式工作。如前所述，本發(fā)明的架空輸電線路主動防振方法可利用高壓抽能裝置從輸電線路 獲得所需電能，只要線路有電，就可以為系統(tǒng)提供能量，克服了現(xiàn)有防振技術(shù)中的太陽能電 池板的設(shè)計困難、安裝不便的缺陷。本發(fā)明通過抑制架空輸電線路微風(fēng)振動，能避免導(dǎo)線的微風(fēng)振動超標(biāo)引起的導(dǎo)線 疲勞斷股、金具損壞等現(xiàn)象發(fā)生，可以減少輸電線路微風(fēng)振動造成的損失，保障電網(wǎng)安全穩(wěn) 定的運行。雖然本發(fā)明已以具體實施例揭示，但其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下所作出的等同組件的置換，或依本發(fā)明專利 保護范圍所作的等同變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本專利涵蓋的范疇。
權(quán)利要求
一種架空輸電線路主動防振器，其特征在于，該主動防振器包括殼體、電源、控制電路、電機、傳動機構(gòu)、防振執(zhí)行機構(gòu)，其中，所述殼體上設(shè)有將該防振器固定在導(dǎo)線上的固定件，所述控制電路、電機、傳動機構(gòu)設(shè)置于殼體內(nèi)，并由該電源提供電能，該控制電路控制電機的動作，電機通過該傳動機構(gòu)帶動防振執(zhí)行機構(gòu)動作而改變重心位置。
2.如權(quán)利要求1所述的架空輸電線路主動防振器，其特征在于，所述電機為步進電機， 所述傳動機構(gòu)包括與步進電機輸出軸相連的主動輪以及由該主動輪帶動的第一、第二從動 輪，所述防振執(zhí)行機構(gòu)包括第一、第二重錘，且所述第一、第二重錘分別通過第一、第二固定 桿固定于對應(yīng)的第一、第二從動齒輪，以隨對應(yīng)的從動齒輪轉(zhuǎn)動；該控制電路控制該步進電 機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)動作，該步進電機帶動所述主動輪轉(zhuǎn)動，由所述主動輪帶動第一、第二 從動輪轉(zhuǎn)動，進而改變兩個重錘的重心位置。
3.如權(quán)利要求2所述的架空輸電線路主動防振器，其特征在于，所述二重錘對稱設(shè)置。
4.如權(quán)利要求2所述的架空輸電線路主動防振器，其特征在于，所述主動防振器還包 括應(yīng)變測量裝置，該應(yīng)變測量裝置實時監(jiān)測該導(dǎo)線微風(fēng)振動的微應(yīng)變并傳送到控制電路， 由該控制電路根據(jù)微風(fēng)振動的情況實時控制步進電機動作。
5.如權(quán)利要求4所述的架空輸電線路主動防振器，其特征在于，該控制電路包括控制 器及功率驅(qū)動電路，該應(yīng)變測量裝置連接到該控制器，將監(jiān)測到的微風(fēng)振動的微應(yīng)變信號 輸出至該控制器，該控制器對微應(yīng)變信號進行處理，并根據(jù)處理結(jié)果輸出控制信號至功率 驅(qū)動電路，從而控制該步進電機的動作。
6.如權(quán)利要求5所述的架空輸電線路主動防振器，其特征在于，所述控制電路還包括 以軟件或硬件實現(xiàn)的脈沖分配器，該控制器通過該脈沖分配器連接到該功率驅(qū)動電路，該 脈沖分配器將控制器輸出的控制脈沖信號經(jīng)過邏輯組合轉(zhuǎn)換成為各相繞組通、斷電的時序 邏輯信號，使步進電機按確定的方式工作。
7.如權(quán)利要求1至6任一項所述的架空輸電線路主動防振器，其特征在于，所述主動防 振器包括高壓抽能裝置，以從輸電線路獲得電能。
8.—種架空輸電線路主動防振方法，其包括步驟a 應(yīng)變測量裝置監(jiān)測導(dǎo)線微風(fēng)振動的微應(yīng)變，并將監(jiān)測到的微應(yīng)變信號輸出至 控制電路；步驟b 該控制電路根據(jù)接收到的微應(yīng)變信號控制防振執(zhí)行機構(gòu)動作，以抑制導(dǎo)線微 風(fēng)振動。
9.如權(quán)利要求8所述的架空輸電線路主動防振方法，其特征在于，該防振執(zhí)行機構(gòu)包 括兩個重錘；步驟b中，該控制電路根據(jù)接收到的微應(yīng)變信號控制一步進電機動作，再由該 步進電機帶動一主動輪轉(zhuǎn)動一定角度，并帶動二從動輪轉(zhuǎn)動一定角度，使得與各從動輪固 定的重錘重心位置升降變化，抑制導(dǎo)線微風(fēng)振動。
10.如權(quán)利要求9所述的架空輸電線路主動防振方法，其特征在于，所述控制電路包括 控制器、功率驅(qū)動電路，所述步驟b中，該控制電路接到微應(yīng)變信號后，該控制器對微應(yīng)變 信號進行處理獲得微風(fēng)振動加速度，并根據(jù)該加速度輸出控制信號至功率驅(qū)動電路，通過 該功率驅(qū)動電路控制該步進電機的動作。
11.如權(quán)利要求10所述的架空輸電線路主動防振方法，其特征在于，該控制電路還包 括以軟件或硬件形式存在的脈沖分配單元，該控制電路接到微應(yīng)變信號進行處理得到微風(fēng)振動的加速度變化，并根據(jù)該加速度輸出控制脈沖信號，該脈沖分配單元將控制器輸出的 控制脈沖信號經(jīng)過邏輯組合轉(zhuǎn)換成為各相繞組通、斷電的時序邏輯信號，使步進電機按確 定的方式工作。
12.如權(quán)利要求10所述的架空輸電線路主動防振方法，其特征在于，所述主動防振方 法是利用高壓抽能裝置從輸電線路獲得所需電能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種架空輸電線路主動防振器及主動防振方法，該主動防振器包括殼體、電源、控制電路、電機、傳動機構(gòu)、防振執(zhí)行機構(gòu)，其中，所述殼體上設(shè)有將該防振器固定在導(dǎo)線上的固定件，所述控制電路、電機、傳動機構(gòu)設(shè)置于殼體內(nèi)，并由該電源提供電能，該控制電路控制電機的動作，電機通過該傳動機構(gòu)帶動防振執(zhí)行機構(gòu)動作而改變其重心位置，以反作用抵消導(dǎo)線的振動，實現(xiàn)抑制導(dǎo)線微風(fēng)振動的目的。
文檔編號H02P6/08GK101859995SQ200910081498
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者何紅太, 李紅旗, 王睿, 裴冠榮, 陳志高, 陳懿夫 申請人:中國電力科學(xué)研究院