殷蔚翎 何思陽 王帥 黃力 陳浩 尹學(xué)兵 郭莉薩 朱彬

摘?要：在輸電線路覆冰監(jiān)測(cè)中，為保證傳感器測(cè)量的精確性，故引入導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別概念，實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定狀態(tài)下對(duì)輸電線路力學(xué)參數(shù)進(jìn)行采樣的目的。本文通過模擬導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)試驗(yàn)，分析導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否滿足傳感器的采樣條件，并提出相應(yīng)的導(dǎo)線傾角參量采樣策略，從而保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)線運(yùn)動(dòng);傾斜角度;覆冰;采樣

由于輸電線路導(dǎo)線極易受風(fēng)荷載的影響，為了達(dá)到在穩(wěn)定狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路力學(xué)參數(shù)進(jìn)行采樣的目的，故提出輸電線路導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別概念。[1-3]導(dǎo)線在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)在風(fēng)偏方向呈現(xiàn)一定幅度的擺角，依據(jù)其擺角變化的幅度我們對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷導(dǎo)線是否滿足準(zhǔn)確采樣的條件。當(dāng)導(dǎo)線處于大幅度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)（風(fēng)偏方向角度擺角過大），對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性分析，依次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選處理，最后上傳合理性的數(shù)據(jù)。為保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，不滿足條件的采樣需要進(jìn)行重新采樣并且上報(bào)采樣故障編碼。

1 導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別分析

導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別技術(shù)的主要目的是通過對(duì)導(dǎo)線風(fēng)偏角的測(cè)量將導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種狀態(tài)。由于導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)影響傾角傳感器傾角數(shù)據(jù)采樣的準(zhǔn)確性，為保證能夠采集到相對(duì)準(zhǔn)確的角度數(shù)據(jù)，需要對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)分析，并且評(píng)估傳感器在動(dòng)態(tài)條件下所測(cè)角度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在采樣過程中，傾角傳感器也會(huì)受到外界環(huán)境因素的干擾，故在硬件設(shè)計(jì)上使用4階濾波放大電路，過濾傳感器的輸出數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)輸出的穩(wěn)定性。

2 傾角傳感器動(dòng)態(tài)角度采樣性能測(cè)試

在上部分內(nèi)容中提出，在導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)需要對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)分析，故在此使用一種自由單擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)對(duì)導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，在大擺幅角度下檢測(cè)傾角傳感器輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

試驗(yàn)條件：采樣頻率4Hz，被測(cè)量物擺幅角度15°，常溫（25℃）環(huán)境，測(cè)量風(fēng)偏方向的擺幅角度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出曲線如圖1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：在15°大擺幅角度下所測(cè)量得到的傳感器角度變化曲線可以看出，傳感器輸出角度隨被測(cè)量物擺幅角度變化而呈現(xiàn)出有規(guī)律的衰減變化。擺幅角度越大，所測(cè)量得到的角度值偏離靜態(tài)角度值也就越大;傾斜方向擺幅變化曲線衰減較為快速。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，自由單擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的傳感器所測(cè)量得到的角度值在靜態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下所測(cè)量得到的角度值范圍進(jìn)行上下波動(dòng)變化，可以使用角度去極值平均算法對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。為保證在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性，取15s采樣數(shù)據(jù)為樣本進(jìn)行角度數(shù)據(jù)滑動(dòng)平均處理，滑動(dòng)均值角度變化曲線圖如圖2所示。

采用去極值平均值算法后所得到的角度變化曲線如圖3所示，從動(dòng)態(tài)角度變化曲線圖中可以看出風(fēng)偏角取均值后波動(dòng)偏差范圍保持在0.025°范圍以內(nèi)，傾斜角度波動(dòng)跳變范圍保持在0.035°范圍以內(nèi)。根據(jù)上述數(shù)據(jù)我們可知，傾角傳感器通過硬件增加濾波電路，并且將數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理后，可以將動(dòng)態(tài)的被測(cè)物進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的角度測(cè)量，同時(shí)也符合實(shí)際測(cè)量導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)角度的要求。

為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效和準(zhǔn)確性，動(dòng)態(tài)角度測(cè)量試驗(yàn)進(jìn)行多次用于避免試驗(yàn)的偶然性，重復(fù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表格如下表所示。從模擬導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，傳感器在測(cè)量15°擺幅范圍的動(dòng)態(tài)被測(cè)物時(shí)能夠輸出相對(duì)準(zhǔn)確的角度數(shù)據(jù)。在實(shí)際中導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的擺幅范圍比模擬選定的15°擺幅范圍要小很多，但是由于導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不能完全理想的比作自由單擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，因而在導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下所測(cè)量得到的真實(shí)角度差略大于理論測(cè)量的偏差值。

3 導(dǎo)線傾角參量采樣策略

在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中，導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不能完全比作自由單擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，為了提高數(shù)據(jù)處理的精確度，需要完善導(dǎo)線傾角參量采樣策略，同時(shí)對(duì)所需的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行合理干預(yù)。

3.1 數(shù)據(jù)采樣過程

1）連續(xù)采樣，在15s采樣時(shí)間里，保證采樣頻率4Hz不變的條件下，連續(xù)采集60組角度樣本數(shù)據(jù)。

2）如果在15s的采樣時(shí)間里，傳感器采集角度數(shù)據(jù)的數(shù)量不足60組，則設(shè)定傳感器采樣故障，并且上傳故障編碼，準(zhǔn)備重新采樣，如連續(xù)三次采樣失敗，則上報(bào)傳感器故障編碼。

3.2 采樣數(shù)據(jù)處理

1）對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性分析，對(duì)數(shù)據(jù)按大小排序，剔除4組（幾組數(shù)據(jù)可設(shè)定）極大極小值共8個(gè)數(shù)據(jù)，檢查剩余采樣值的極差范圍。

2）在上述條件滿足的情況下，對(duì)剩余風(fēng)偏角采樣值進(jìn)行求算數(shù)平均值處理，對(duì)比風(fēng)偏角度動(dòng)靜態(tài)角度差值，若在門檻值范圍之內(nèi)則對(duì)剩余的風(fēng)偏以及傾斜角度求算數(shù)平均值作為最終采樣值進(jìn)行上送。

若上述兩條采樣條件任意一條都不滿足，則需要上報(bào)采樣故障編碼并且重新開始采樣。

總的來說，導(dǎo)線傾角參量采樣策略上通過連續(xù)角度采樣消除角度瞬時(shí)值偏差;后續(xù)在軟件上對(duì)角度樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分析采集到的風(fēng)偏角樣本數(shù)據(jù)得到導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷本次采樣是否滿足測(cè)量條件的要求，在滿足要求的情況下對(duì)風(fēng)偏角度以及傾斜角度進(jìn)行求算數(shù)平均值處理，最終上傳平均值角度數(shù)據(jù)，否則上報(bào)采樣失敗編碼，并且重新采樣。

4 結(jié)論

本文通過引入導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別概念，實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定狀態(tài)下對(duì)輸電線路力學(xué)參數(shù)進(jìn)行采樣的目的。經(jīng)過模擬導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)試驗(yàn)可知，傾角傳感器測(cè)量15°擺幅角度變化的被測(cè)量物能夠得到相對(duì)準(zhǔn)確的角度值。在實(shí)際中，導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受環(huán)境因素干擾較大，為使傳感器滿足動(dòng)態(tài)角度測(cè)量要求，需要對(duì)傳感器的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性分析和處理。最后通過實(shí)施導(dǎo)線傾角參量采樣策略在特定的條件下，采集數(shù)據(jù)并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到合理準(zhǔn)確的風(fēng)偏角度值。

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