本發(fā)明涉及電力檢測技術領域，主要包含一種高壓線纜在線拉力檢測器及其檢測方法。

背景技術：

高壓輸電線路電纜承受的拉力載荷是關系高壓輸電線路安全的重要指標。當輸電線路受到強風擾動或因冰雪附著在線路上等影響而拉力載荷增大時，拉力載荷可能超出電纜所能承受拉力最大值，則會導致電纜發(fā)生斷裂，也可能因電力桿塔兩端承受拉力不平衡而導致桿塔受損或倒塌。

申請?zhí)枺?01610361733.7，發(fā)明名稱：電線絕緣拉力檢測裝置的專利文獻中公開了一種利用加緊夾固定夾在電纜線上，通過利用移動塊與加緊夾連接，移動移動塊來帶動加緊夾移動，從而使得電纜線進行拉扯，在移動塊的移動方向上設置標尺來測得移動的距離，從而計算出線纜在加緊夾拉扯的過程中受到的拉力，其原理簡單，但由于在標尺的測量過程中讀數(shù)誤差常常會影響測量結(jié)果，且標尺的精確度有限，使得測量結(jié)構精確性受限制。

綜上所述，為確保線纜拉力檢測的精確性，檢測裝置還需進一步改進和完善。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種高壓線纜在線拉力檢測器及其倒塔與斷線識別的方法，通過基于測量彎曲電纜線在電纜夾上的分壓力，根據(jù)轉(zhuǎn)換模型測量電纜線的拉力，其測量精度高，有效的解決了桿塔受力兩端由于承受拉力過大或者拉力承受不均導致的桿塔受損或者倒塌，從而造成嚴重的安全事故的發(fā)生，本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器結(jié)構簡單，操作便捷，可實施性強，適于推廣應用。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

本發(fā)明的一種高壓線纜在線拉力檢測器，該拉力檢測器包括連接底座、線纜夾和線纜環(huán)；所述線纜夾和線纜環(huán)均固定在連接底座上；所述線纜環(huán)對稱設置在線纜夾的兩側(cè)，線纜夾、線纜環(huán)上均設有供線纜穿過的線纜孔；所述線纜夾上的線纜孔相對連接底座的垂直高度高于兩側(cè)線纜環(huán)上線纜孔的高度；所述連接底座上還設有傾角傳感器和壓力傳感器。

由于采用上述結(jié)構，線纜夾與線纜環(huán)與線纜的彎折安裝形成力的三角形，在壓力作用位置的線纜夾上安裝壓力傳感器能精確的測得該點出的壓力值，從而通過與拉力檢測器連接的外部監(jiān)控系統(tǒng)或者控制系統(tǒng)進行一系列的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，得出電纜所受的拉力值，并實時監(jiān)控，有效的解決了桿塔受力兩端由于承受拉力過大或者拉力承受不均導致的桿塔受損或者倒塌，從而造成嚴重的安全事故的發(fā)生，其結(jié)構簡單，功能性強。

本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器，所述線纜夾和線纜環(huán)均由夾持塊一、夾持塊二和連接塊組成；所述加持塊一與連接塊固定連接，連接塊固定連接在連接底座上；所述夾持塊二的一端與夾持塊一活動連接，并與夾持塊一形成線纜穿過的環(huán)狀結(jié)構。

由于采用上述結(jié)構，連接塊相對連接底座固定連接，保證了力臂的穩(wěn)定性，避免后續(xù)出現(xiàn)計算誤差，從而影響拉力測算的不精確性，夾持塊的連接關系似的在整個拉力檢測器在安裝過程中非常便捷，直接將夾持塊二掰開便可將線纜夾持在形成的環(huán)狀結(jié)構中，并在夾持塊二復位后加緊電纜線，操作簡便。

本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器，所述夾持塊一與連接塊垂直連接，且在該連接處的夾持塊一的內(nèi)側(cè)壁為與線纜配合的作用曲面結(jié)構；所述夾持塊一與連接塊的連接端上設有連接槽，夾持二的一端通過加緊機構連接在夾持塊一的連接槽內(nèi)。

由于采用上述結(jié)構，將夾持塊一的內(nèi)側(cè)壁作為與線纜的配合面，避免了夾持塊二造成的作用力不均，從而導致壓力傳感器檢測不準確的現(xiàn)象發(fā)生，保證了檢測精度，避免了相關安裝結(jié)構件對本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器的檢測影響，夾持部件的安裝結(jié)構緊湊。

本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器，所述加緊機構為扭轉(zhuǎn)彈簧。

由于采用上述結(jié)構，強力扭轉(zhuǎn)彈簧保證了夾持塊的加緊力，且在安裝和拆卸方面非常簡便，使用成本低，降低了桿塔拉力監(jiān)控的成本。

本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器，所述線纜夾與線纜固定夾緊，線纜環(huán)用于引導線纜穿過；所述壓力傳感器位于夾持塊一的正下方受壓處。

由于采用上述結(jié)構，壓力傳感器位于壓力的正向作用點，使得測得的壓力值精準度高，保證了使用本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器的檢測精度和對電纜線拉力監(jiān)控情況的良好效果。

本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器，所述壓力傳感器為懸梁式稱重傳感器。

由于采用上述結(jié)構，其傳感靈敏性好，進一步保證了檢測精度。

一種本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器的檢測系統(tǒng)，包括所述高壓線纜在線拉力檢測器、電源模塊、無線傳輸模塊和中央處理模塊；所述拉力檢測器上的壓力傳感器和傾角傳感器、無線傳輸模塊、中央處理模塊均與電源模塊連接；所述傾角傳感器和壓力傳感器經(jīng)過信號放大處理后，將信號傳遞至中央處理模塊，中央模塊通過無線傳輸模塊將信號傳遞至地面監(jiān)測單元；所述中央處理模塊還與警報裝置電性連接。

進一步地，所述電源模塊包括電池、電源管理模塊和太陽能電池板；所述太陽能電池板經(jīng)過電源管理模塊與電池電性連接；所述無線傳輸模塊為gprs/gsm無線傳輸模塊；所述中央處理模塊為msp430單片機。

進一步地，該檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步驟：

1)將高壓線纜在線拉力檢測器通過線纜夾與電纜固定，并使電纜線從其兩端的線纜環(huán)穿過，拉力檢測器與地面監(jiān)測單元換無線連接；然后拉緊電纜，使得電纜受拉力繃緊；

2)測量拉力檢測器上線纜夾的受力點高度值h1，線纜環(huán)的高度值h2以及線纜夾兩側(cè)線纜環(huán)之間的距離值l,根據(jù)牛頓定律可得電纜線拉力和作用于線纜夾分壓力的數(shù)學轉(zhuǎn)換模型為：其中t為電纜線所受拉力值，f為壓力傳感器檢測得的壓力值；

壓力傳感器測得電纜線垂直作用在電纜夾的壓力值f，電纜線所受拉力t與壓力f滿足以下關系：由上式可得可得電纜線拉力和作用于線纜夾壓力的數(shù)學轉(zhuǎn)換模型為：

3)中央處理模塊接收壓力傳感器的信號，基于步驟2)的原理，計算處理后通過無線傳輸模塊傳遞至地面檢測單元；

4)根據(jù)步驟2)的數(shù)學轉(zhuǎn)換模型以及參照dl/t5092設計技術規(guī)程，計算出壓力傳感器的最大量程，并將其錄入地面監(jiān)測單元中；

具體計算過程為：令步驟2)中其中k為拉力縮小增益，k越大，器件將電纜線實際拉力轉(zhuǎn)換為壓力比越大，儀器實際檢測力越小，使(h1﹣h2)2遠小于l/2：設電纜線最大承受力約為fmax，應用于不同的架空電纜線，fmax值的選取可參照dl/t5092設計技術規(guī)程，可計算得壓力傳感器量程ran為：并將其錄入地面監(jiān)測單元中。

5)將檢測所得的連接在該桿塔的電纜線拉力值t經(jīng)過無線傳輸模塊傳遞至地面檢測單元，并在地面監(jiān)測單元中與該型號電纜線對應的最大承受拉力進行比較，可實時監(jiān)控桿塔承受拉力情況。

進一步地，在步驟2)中，所述線纜夾居于兩個線纜環(huán)中間；對于耐張塔和轉(zhuǎn)彎塔，在耐張力線夾出的電線上安裝所述高壓線纜在線拉力檢測器；對于直線塔，在直線塔的兩端電纜線上安裝所述高壓線纜在線拉力檢測器。本發(fā)明的拉力檢測與遠程監(jiān)控系統(tǒng)配合作用，檢測器通過其上的傳感裝置將檢測的數(shù)據(jù)傳遞至監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，直接測得拉力值，并與該型號線纜所述對應的最大拉力值或者傳感裝置對應的最大量程至進行比較，以通過監(jiān)控拉力值來判斷輸電線路斷線以及桿塔倒塌的情況，從而及時預警并避免事故的發(fā)生；對于耐張塔和轉(zhuǎn)彎塔，在耐張力線夾處的電纜線安裝拉力檢測，檢測電纜線拉力，將所有連接在該桿塔的電纜線拉力求和，可實時監(jiān)控桿塔承受拉力情況；對于直線塔，尤其要避免檔間非對稱載荷導致桿塔倒塌事故，在直線塔的兩端電纜線上安裝的拉力檢測器的監(jiān)控情況進行比較，則可有效監(jiān)控檔間的非對稱載荷情況，防止桿塔由于不對稱載荷導致的桿塔變形和倒塌事故。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器結(jié)構簡單，安裝和使用方便，制作成本低，使用范圍廣；

2、通過采用力的三點將電纜線拉力檢測，其結(jié)構原理簡單，測量精確度高；

3、檢測器能不改變電力輸電線路元結(jié)構便可安裝使用和拆卸，安裝和使用效率高；

4、通過本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器能有效監(jiān)控電纜線的實時載荷情況，放置桿塔的變形和倒塌事故發(fā)生；

5、其功能性強，期間可靠性高；

6、可直接用于線纜承受力是否超載判定，兼具輸電線路防震錘功能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器的結(jié)構示意圖；

圖2是本發(fā)明的高壓線纜在線拉力檢測器的側(cè)面結(jié)構示意圖；

圖3是電纜線受力示意圖；

圖4是拉力檢測器的系統(tǒng)流程圖；

圖5是拉力檢測器檢測網(wǎng)絡系統(tǒng)圖；

圖6是樣機采集波形圖；

圖7是桿塔倒塌模擬電纜線拉力變化波形圖；

圖8是電纜線斷裂模擬拉力變化波形圖；

圖中標記：1-連接底座，2-線纜夾，21-夾持塊一，22-夾持塊二，23-連接塊，3-線纜環(huán)，4-線纜孔，5-線纜。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細的說明。

為了使發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

如圖1和圖2所示，一種高壓線纜在線拉力檢測器，該拉力檢測器包括連接底座1、線纜夾2和線纜環(huán)3；線纜夾2和線纜環(huán)3均固定在連接底座1上；線纜環(huán)3對稱設置在線纜夾2的兩側(cè)，線纜夾2、線纜環(huán)3上均設有供線纜5穿過的線纜孔4；線纜夾2上的線纜孔4相對連接底座1的垂直高度高于兩側(cè)線纜環(huán)3上線纜孔4的高度；連接底座1上還設有傾角傳感器和壓力傳感器。

線纜夾2和線纜環(huán)3均由夾持塊一21、夾持塊二22和連接塊23組成；加持塊一與連接塊23固定連接，連接塊23固定連接在連接底座1上；夾持塊二22的一端與夾持塊一21活動連接，并與夾持塊一21形成線纜5穿過的環(huán)狀結(jié)構。夾持塊一21與連接塊23垂直連接，且在該連接處的夾持塊一21的內(nèi)側(cè)壁為與線纜5配合的作用曲面結(jié)構；夾持塊一21與連接塊23的連接端上設有連接槽，夾持二的一端通過加緊機構連接在夾持塊一21的連接槽內(nèi)。加緊機構為扭轉(zhuǎn)彈簧。線纜夾2與線纜固定夾緊，線纜環(huán)3用于引導線纜5穿過；壓力傳感器位于夾持塊一21的正下方受壓處。壓力傳感器為懸梁式稱重傳感器。

實施例2

一種高壓線纜在線拉力檢測器的檢測系統(tǒng)，包括實施例1所述的高壓線纜在線拉力檢測器、電源模塊、無線傳輸模塊和中央處理模塊；所述拉力檢測器上的壓力傳感器和傾角傳感器、無線傳輸模塊、中央處理模塊均與電源模塊連接；所述傾角傳感器和壓力傳感器經(jīng)過信號放大處理后，將信號傳遞至中央處理模塊，中央模塊通過無線傳輸模塊將限號傳遞至地面監(jiān)測單元；所述中央處理模塊還與警報裝置電性連接。所述電源模塊包括電池、電源管理模塊和太陽能電池板；所述太陽能電池板經(jīng)過電源管理模塊與電池電性連接；所述無線傳輸模塊為gprs/gsm無線傳輸模塊；所述中央處理模塊為msp430單片機。如圖4所示，其中中央處理單片采用ti公司出產(chǎn)的msp430單片機，其具有足夠的處理能力，能在工作和睡眠模式之間進行切換，適合用于工業(yè)中長時間的監(jiān)測工作，當外界環(huán)境處于正常，未有異常發(fā)生時，系統(tǒng)可處于低功耗狀態(tài)，當出現(xiàn)異常，可中斷喚醒單片機開始處理數(shù)據(jù)。模塊還配有完善的電源管理模塊，利用外界環(huán)境光照充足，使用太陽能電池板可對電池充電，增長拉力檢測器的使用時間。在實際工程中，該設計實現(xiàn)較易。

本系統(tǒng)可采用網(wǎng)絡覆蓋的形式，以地面監(jiān)控站接受安裝在電網(wǎng)上各處的單個拉力檢測器的檢測信息，整體網(wǎng)絡系統(tǒng)如圖5所示。

進一步地，該檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步驟：

1)將高壓線纜在線拉力檢測器通過線纜夾與電纜固定，并使電纜線從其兩端的線纜環(huán)穿過，拉力檢測器與地面監(jiān)測單元采用無線方式連接；然后拉緊電纜，使得電纜受拉力繃緊；

2)測量拉力檢測器上線纜夾的受力點高度值h1，線纜環(huán)的高度值h2以及線纜夾兩側(cè)線纜環(huán)之間的距離值l,根據(jù)牛頓定律可得電纜線拉力和作用于線纜夾分壓力的數(shù)學轉(zhuǎn)換模型為：其中t為電纜線所受拉力值，f為壓力傳感器檢測得的壓力值；

壓力傳感器測得電纜線垂直作用在電纜夾的壓力值f，電纜線所受拉力t與壓力f滿足以下關系：由上式可得可得電纜線拉力和作用于線纜夾壓力的數(shù)學轉(zhuǎn)換模型為：

3)中央處理模塊接收壓力傳感器的信號，基于步驟2)的原理，計算處理后通過無線傳輸模塊傳遞至地面檢測單元；

4)根據(jù)步驟2)的數(shù)學轉(zhuǎn)換模型以及參照dl/t5092設計技術規(guī)程，計算出壓力傳感器的最大量程，并將其錄入地面監(jiān)測單元中；

具體計算過程為：令步驟2)中其中k為拉力縮小增益，k越大，器件將電纜線實際拉力轉(zhuǎn)換為壓力比越大，儀器實際檢測力越小，使(h1﹣h2)2遠小于l/2：設電纜線最大承受力約為fmax，應用于不同的架空電纜線，fmax值的選取可參照dl/t5092設計技術規(guī)程，可計算得壓力傳感器量程ran為：并將其錄入地面監(jiān)測單元中。

5)將檢測所得的連接在該桿塔的電纜線拉力值t經(jīng)過無線傳輸模塊傳遞至地面檢測單元，并在地面檢測單元中與該型號電纜線對應的最大承受拉力進行比較，可實時監(jiān)控桿塔承受拉力情況。

如圖3所示，進一步地，還采用上述裝置進行覆冰重力密度測量，其計算原理是：通過角度傳感器測量出電纜線傾角α，設置a、b兩個電纜線懸掛點，垂曲線上取1、2兩點的微小長度，以ds表示。t1、t2為ds微段兩端所受拉力，微段拉力的水平分量相等，且為一個常量，即t1cosα1＝t2cosα2＝t0，在最高懸掛點b處，電纜線的垂直傾斜程度最大，及αb角度最大，由公式tmax＝tb＝t0/cosαb可得最高懸掛點處，電纜線所受拉力最大，則在電纜線懸掛點安裝一個本裝置，則可監(jiān)控整段電纜拉力負載情況：tmax＝tb＝t0/cosαb，設電纜線微段ds上的導線單位長度重力為q，假設均勻覆冰，且覆冰重力密度為qice，則微段拉力的垂直分量關系為：t2sinα2＝t1sinα1+(q+qice)ds，從而得：由于αo＝0°得tosinαo＝0，從而得：從而可得ob段的覆冰密度為：在電纜線懸掛點a、b處個安裝一個拉力檢測器，可測得a、b拉力值ta、tb和導線傾角αa、αb，可計算出電纜線的覆冰密度：

實施例3

基于實施例2的檢測系統(tǒng)設計了小型實驗樣機，進行了初步的實驗。實驗結(jié)果表明該結(jié)構能夠準確測得線上拉力，且靈敏度高，受力波形如說明書附圖所示：圖6是檢測器上監(jiān)控力量正常變化的波形圖。

實驗對桿塔倒塌和電纜線突然斷裂進行了模擬：

圖7為倒塔的模擬拉力監(jiān)測器上的監(jiān)控力量變化波形圖，表現(xiàn)為力量迅速降低。

圖8為模擬電纜線突然斷裂的拉力監(jiān)控所得的波形圖，分析可得，其力量變化和桿塔倒塌都變現(xiàn)為力量陡降，但拉力銳減為零的過程更為劇烈，且減為零后，出現(xiàn)波形的抖動。經(jīng)分析所得，波形的抖動非電纜線拉力變化導致，而是由于基于梁式結(jié)構的測力方式采用的應力塊發(fā)生抖動，結(jié)果就表現(xiàn)為拉力值出現(xiàn)抖動和負力的存在。

基于實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析，結(jié)合模式識別的技術方法，設計了有效的識別算法可實現(xiàn)了對對桿塔倒塌和電纜線斷裂的智能識別。