基于MIMU的輸電線路振動分析

楊金顯， 楊 闖， 李雙磊， 蔣志濤， 王鵬飛(.河南理工大學(xué) 電氣工程與自動化學(xué)院，河南 焦作 454003；.國網(wǎng)山東臨朐縣供電公司，山東 臨朐 6600)

輸電線路是輸電的紐帶，特別是特高壓輸電線路，保證其安全運(yùn)行至關(guān)重要，尤其在特高壓輸電工程所采用的導(dǎo)線截面、懸掛點(diǎn)高度以及檔距都有所增大，其風(fēng)致振動非常嚴(yán)重。按頻率和振幅劃分，主要為高頻微幅的微風(fēng)振動、中頻中幅的次檔距振蕩和低頻大振幅的舞動[1]，三種振動都會給輸電線路造成破壞，容易引起導(dǎo)線疲勞斷股、金具損壞、相間閃絡(luò)，造成線路跳閘停電或引起燒傷或折斷導(dǎo)線，桿塔倒塌等嚴(yán)重事故，嚴(yán)重影響特高壓輸電線路的安全運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)阻尼控制器減緩輸電線路的振動。阻尼控制器的設(shè)計(jì)與輸電線路振動幅度和頻率直接相關(guān)，不同地區(qū)輸電線路振動幅度和頻率不同，阻尼器的設(shè)計(jì)參數(shù)也不同，為最大程度發(fā)揮阻尼器性能，必須結(jié)合本地區(qū)長期輸電線路振動特性，因此對輸電線路振動幅度和頻率的分析就變的至關(guān)重要。

近年來，基于MEMS加速度計(jì)/陀螺儀的微慣性姿態(tài)測量單元(MIMU)以其成本低、體積小、壽命長、集成化、抗沖擊能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)勢，發(fā)展迅猛，應(yīng)用廣泛，可進(jìn)行輸電線振動信息的檢測，引起了諸多研究人員關(guān)注：張帆等[2-3]最初采用MEMS加速度計(jì)多點(diǎn)監(jiān)測輸電線振動加速度，忽略輸電線扭轉(zhuǎn)影響通過積分解算輸電線運(yùn)動軌跡等參數(shù)；王有元等[4]通過重新標(biāo)定積分基線以抑制因加速度積分產(chǎn)生的軌跡發(fā)散，利用加速度分解合成關(guān)系推導(dǎo)轉(zhuǎn)換公式以消除傳感器扭轉(zhuǎn)引起的誤差；黃新波等[5]為避免導(dǎo)線舞動扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致計(jì)算出的相對位移與實(shí)際運(yùn)動偏差，設(shè)計(jì)了基于MIMU和ZigBee無線組網(wǎng)的導(dǎo)線舞動多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)；邵穎彪等[6]為克服傳統(tǒng)只用加速度計(jì)監(jiān)測導(dǎo)線舞動只能得到位移的缺陷，設(shè)計(jì)了基于MIMU/磁強(qiáng)計(jì)的輸電導(dǎo)線姿態(tài)解算多點(diǎn)監(jiān)測方案。上述這些裝置或方法采用慣性測量來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線的定位，計(jì)算軌跡(姿態(tài)和位置)，進(jìn)而獲取輸電線路風(fēng)致振動幅度和頻率，難度十分巨大，能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能需要導(dǎo)航級慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，體積和成本都會很大，另外慣性測量存在需要初始值和隨著時間的積累誤差會越來越大的缺點(diǎn)，會導(dǎo)致最后無法測量，不能長期計(jì)算導(dǎo)線振動幅度和頻率。由于特高壓導(dǎo)線周圍有強(qiáng)磁場干擾加上輸電導(dǎo)線安裝監(jiān)測節(jié)點(diǎn)困難，通過ZigBee等無線組網(wǎng)將檔距內(nèi)多個MIMU或MIMU/磁強(qiáng)計(jì)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)互聯(lián)的多點(diǎn)監(jiān)測方案很難實(shí)施。

從振動成分來看，任何復(fù)雜振動都是由不同振動成分組成的，關(guān)鍵找出振動的主要部分——幾種基本的模式振動分量。盡管輸電線路振動包括各種復(fù)雜的運(yùn)動(幅度和頻率都會發(fā)生變化)，但其基本模式是平動和扭轉(zhuǎn)[7]，因此可通過對輸電線路平動和扭轉(zhuǎn)分析以了解其振動特性(振幅和頻率)。輸電線路在絕緣子串懸掛點(diǎn)受力情況最為復(fù)雜，最易因輸電線路振動發(fā)生故障，更重要的是懸掛點(diǎn)包含更多輸電線路振動信息，輸電線路正常運(yùn)行時，懸掛點(diǎn)振動角一般在30′～50′，導(dǎo)線振動幅度越大，振動角越大，導(dǎo)線舞動時，振動角接近10°，另外在該處安裝監(jiān)測設(shè)備也容易實(shí)現(xiàn)，因此，可通過采集此處平動和扭轉(zhuǎn)信息，來計(jì)算輸電線路振動幅度和頻率[8-11]。

懸掛點(diǎn)采集的平動和扭轉(zhuǎn)信號較弱，極易受周圍磁場干擾，鑒于此，設(shè)計(jì)一種MIMU測量節(jié)點(diǎn)，并采用一定長度的彈性桿進(jìn)行信號物理放大和防電磁干擾，為提高系統(tǒng)精度，實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測輸電線路振動幅度和頻率，不利用加速度和角速度的解算信息，而直接通過監(jiān)測加速度時間序列的二階矩來計(jì)算數(shù)據(jù)的變異度，預(yù)測輸電線路平動及扭轉(zhuǎn)的幅度；通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的相似性分析，預(yù)測輸電線路平動及扭轉(zhuǎn)的頻率；最后設(shè)計(jì)了振動臺、轉(zhuǎn)臺試驗(yàn)和輸電線路模型模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明處理數(shù)據(jù)結(jié)果能夠反映輸電線路振動變化規(guī)律，說明輸電線路振動分析方法是有效的，可以為輸電線路的運(yùn)動阻尼控制參數(shù)計(jì)算提供參考。

1 MIMU數(shù)據(jù)采集與處理

1.1 MIMU測量系統(tǒng)

MIMU作為輸電線運(yùn)動監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通過延長桿固連于桿塔絕緣子串懸掛點(diǎn)處，如圖1所示，延長桿的使用一是為了監(jiān)測節(jié)點(diǎn)和導(dǎo)線有一定的距離，減小電磁干擾；二是為了增大觀測能力，由于實(shí)際的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)不能安裝在導(dǎo)線上(特高壓導(dǎo)線強(qiáng)磁干擾，且安裝困難)，但又不能降低監(jiān)測的能力，為了增大觀測能力，采用具有一定彈性、一定長度的桿。彈性桿長度滿足共振的范圍要求，使輸電導(dǎo)線振動時滿足振幅最大，最大程度的敏感振動幅度、頻率及變化趨勢，由于輸電導(dǎo)線振動頻率較小且是變化的，不會使彈性桿振壞。MIMU采集的數(shù)據(jù)經(jīng)光纖傳至桿塔處理器進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理，為減少輸電線路電磁場干擾，桿塔處理器通過剛性桿向空中延伸。

圖1 輸電線路模型及MIMU布置圖Fig.1 Transmission lines model and MIMU layout

1.2 MIMU數(shù)據(jù)AR-Kalman濾波處理

由于MIMU加速度計(jì)讀數(shù)為合加速度A，包含振動加速度a，重力加速度g和測量噪聲ε，進(jìn)行平動和扭轉(zhuǎn)分析需提取振動加速度(平動方向，即水平和垂直方向，下同)和重力加速度。MIMU振動加速度及重力加速度通過MIMU角速度信息輔助提取[12-13]，通過AR-Kalman對其進(jìn)一步降噪。

對MIMU加速度信號(振動、重力加速度)建立時間序列模型時，須對提取的振動、重力加速度數(shù)據(jù)預(yù)處理，使其滿足平穩(wěn)隨機(jī)序列，以對其建立時序模型。本文綜合考慮AIC準(zhǔn)則、模型適用性和系統(tǒng)實(shí)時性要求，選用AR(2)模型分別對提取的運(yùn)動加速度a和重力加速度g進(jìn)行建模[14-15]，根據(jù)觀測量at(振動加速度)、gt(重力加速度)，通過最小二乘法擬合自回歸參數(shù)α1、α2、β1、β2，分別得其AR(2)模型

at=α1at-1+α2at-2+εat

gt=β1gt-1+β2gt-2+εgt

建立輸電線路加速度AR(2)模型后，采用Kalman濾波進(jìn)一步降噪提高信號精度，狀態(tài)方程為

將上述狀態(tài)參數(shù)帶入Kalman濾波公式計(jì)算運(yùn)動加速度最優(yōu)濾波值[16](重力加速度處理流程相同)。

2 輸電線路振動分析

2.1 輸電線路平動特征提取

輸電線路平動時，會出現(xiàn)X,Y,Z三個軸的平動，如圖2所示，平動幅度與輸電線路所受外界合沖擊加速度有關(guān)，沖擊加速度越大，平動幅度越大，平動幅度近似正比于輸電線路振動加速度a，因此輸電線路的平動必然會引起振動加速度監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，選取振動加速度信號時間序列作為平動特征量，記為ak，為消除偶然誤差同時壓縮數(shù)據(jù)量，對其進(jìn)行滑動分段模式表示。將AR-Kalman濾波處理的振動加速度數(shù)據(jù)每L個為一組，每滑動l個數(shù)取一次平均，第i段記為ai(ai1,ai2,ai3,…,aiN)，其中N=L/l，ain為

(1)

圖2 輸電線平動示意圖Fig.2 Transmission line translational movement

將輸電線路靜止條件下振動加速度數(shù)據(jù)作為初始時間序列數(shù)據(jù)段，初始序列段均值記為a0。加速度數(shù)據(jù)每次變化的大小和這些變化的方向及持續(xù)時間，表示輸電線路所受外界沖擊力情況，也即平動幅度變化情況(沖擊力越大平動幅度越大)，通過計(jì)算ai相對a0二階中心距Dai0，獲取振動加速度數(shù)據(jù)變異情況，進(jìn)而根據(jù)變異情況預(yù)測輸電線路平動幅度，Dai0為

(2)

振動加速度數(shù)據(jù)變化頻率也即輸電線路振動頻率。通過計(jì)算ai與ai+1歐式距離Daii+1，度量相鄰兩段序列的相似性，以測度振動加速度數(shù)據(jù)變異速率，進(jìn)而根據(jù)變異速率判斷輸電線路平動頻率(歐式距離越大，相鄰兩序列段數(shù)據(jù)相似性越低，運(yùn)動加速度數(shù)據(jù)變異越大，相鄰兩段數(shù)據(jù)序列變化越快，輸電線路平動加速度頻率越大)，Daii+1為

(3)

為便于預(yù)測平動幅度及頻率，將Dai0、Daii+1進(jìn)行歸一化處理，分別記為Da(表示平動程度)、Fa(平動頻率系數(shù))，即

Da=Dai0/Damax+ε1

(4)

Fa=Daii+1/DEamax+ε2

(5)

式中:Damax為設(shè)定的輸電線路最大運(yùn)動加速度二階中心距，DEamax為設(shè)定的輸電線路相鄰運(yùn)動加速度序列段最大歐式距離，ε為誤差因子。

2.2 輸電線路扭轉(zhuǎn)特征提取

沿輸電導(dǎo)線軸向觀察圖2，未發(fā)生或輕微扭轉(zhuǎn)時，重力加速度分量主要集中在Z軸，此時加速度計(jì)X軸敏感的重力加速度為0或約為0，如圖3(a)所示；發(fā)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動時，Z軸向敏感的重力加速度分量會轉(zhuǎn)移或部分轉(zhuǎn)移給X軸，即扭轉(zhuǎn)運(yùn)動時Z軸和X軸發(fā)生交叉耦合運(yùn)動。Z軸向X軸轉(zhuǎn)移的重力加速度分量越多也即Z軸重力加速度分量越小，X軸重力加速度分量越大，說明輸電導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)程度越大，如圖3(b)所示。因此輸電線路的扭轉(zhuǎn)必然會引起X軸Z軸重力加速度監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，選取X軸Z軸重力加速度增廣信號[X,Z]時間序列作為扭轉(zhuǎn)特征量，記為gk(X,Z)，為消除偶然誤差同時壓縮數(shù)據(jù)量，對其進(jìn)行滑動分段模式表示。將AR-Kalman濾波處理的X軸Z軸重力加速度數(shù)據(jù)每L個為一組，每滑動l個數(shù)取一次平均，第i段記為:gi(gi1,gi2,gi3,…,giN)，其中N=L/l，gin為

(6)

將輸電線路靜止條件下重力加速度數(shù)據(jù)作為初始時間序列數(shù)據(jù)段，初始序列段均值記為g0。重力加速度數(shù)據(jù)每次變化的大小和這些變化的方向及持續(xù)時間，表示輸電線路扭轉(zhuǎn)程度，通過計(jì)算gi相對g0二階中心距Dgi0，獲取重力加速度數(shù)據(jù)變異情況，進(jìn)而根據(jù)變異情況預(yù)測輸電線路扭轉(zhuǎn)程度，Dgi0為

(7)

重力加速度數(shù)據(jù)變化頻率也即輸電線路扭轉(zhuǎn)的頻率。通過計(jì)算gi與gi+1歐式距離Dgii+1，度量相鄰兩段序列的相似性，以測度重力加速度數(shù)據(jù)變異速率，進(jìn)而根據(jù)變異速率判斷輸電線路扭轉(zhuǎn)頻率，Dgii+1如下

(8)

把Dgi0、Dgii+1進(jìn)行歸一化處理，分別記為Dg(扭轉(zhuǎn)程度)、Fg(扭轉(zhuǎn)頻率系數(shù))，即

Dg=Dgi0/Dgmax+ε3

(9)

Fg=Dgii+1/DEgmax+ε4

(10)

其中Dgmax為設(shè)定的輸電線路最大增廣重力加速度二階中心距，DEgmax為設(shè)定的相鄰增廣重力加速度序列段最大歐式距離，ε為誤差因子。

(a) 未扭轉(zhuǎn)

(b) 扭轉(zhuǎn)圖3 輸電線扭轉(zhuǎn)示意圖Fig.3 Transmission line torsional movement

2.3 輸電線路振動分析

綜上分析，輸電線路平動、扭轉(zhuǎn)分析流程如圖4所示，通過對連續(xù)采集的運(yùn)動加速度、重力加速度變異度、相似性分析，計(jì)算振動幅度和頻率系數(shù)(系數(shù)越大，說明振動幅度、頻率越大)。

圖4 輸電線路振動分析流程圖Fig.4 Analysis process of transmission line vibration

由前文分析知，振動幅度和頻率系數(shù)的計(jì)算，依賴Damax、DEamax、Dgmax、DEgmax四個參數(shù)的確定。實(shí)際應(yīng)用中，此四個參數(shù)的確定方法如下：①獲取本地區(qū)輸電線最大允許(或統(tǒng)計(jì)最大)平動或扭轉(zhuǎn)頻率，分別記為fa,fg；本地區(qū)輸電線最大允許(或統(tǒng)計(jì)最大)振動角記為θ，最大平動振幅A=d·tan(θ)(d為MIMU安裝點(diǎn)到絕緣子串懸掛點(diǎn)距離)；②振動臺以振幅A，頻率fa振動時采集MIMU加速度及角速度數(shù)據(jù);搖擺臺以頻率fg，搖擺角θ搖擺運(yùn)動時采集MIMU加速度及角速度數(shù)據(jù)；③通過前述流程計(jì)算相應(yīng)的Dai0,Daii+1,Dgi0,Dgii+1多次重復(fù)上述過程，分別取Dai0,Daii+1,Dgi0,Dgii+1對應(yīng)的均值作為Damax,DEamax,Dgmax,DEgmax。

以平動頻率系數(shù)為橫坐標(biāo)、平動程度為縱坐標(biāo)作幅頻系數(shù)圖，對應(yīng)點(diǎn)稱為平動點(diǎn)；以扭轉(zhuǎn)頻率系數(shù)為橫坐標(biāo)、扭轉(zhuǎn)程度為縱坐標(biāo)作幅-頻系數(shù)圖，對應(yīng)點(diǎn)稱為扭轉(zhuǎn)點(diǎn)，通過分析本地區(qū)平動點(diǎn)、扭轉(zhuǎn)點(diǎn)分布區(qū)域獲取本地區(qū)輸電線路振動特性，為后續(xù)振動阻尼器設(shè)計(jì)提供參數(shù)。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

3.1 振動臺模擬試驗(yàn)

為驗(yàn)證輸電線路平動分析方法性能，特設(shè)計(jì)振動臺振動模擬輸電線路平動試驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的MIMU系統(tǒng)固定在振動臺上，如圖5所示?？紤]安裝及MIMU初始零偏誤差，振動臺靜止時采集MIMU振動加速度作為初始數(shù)據(jù)段，振動臺以不同振幅、頻率振動時采集MIMU運(yùn)動加速度作為振動數(shù)據(jù)段，Damax、DEamax分別設(shè)為振動臺振幅/頻率5 mm/150 Hz對應(yīng)的振動加速度二階中心距、相鄰序列段歐式距離，數(shù)據(jù)分段數(shù)l取為30，經(jīng)2.1節(jié)平動分析流程估計(jì)MIMU平動幅度及頻率系數(shù)。

圖5 MIMU振動試驗(yàn)Fig.5 Shaking-table test of MIMU

表1為振動臺振動時設(shè)定的“振幅/頻率”與由上述平動分析方法得到的平動“振幅系數(shù)/頻率系數(shù)” 平均估計(jì)結(jié)果對比。由表1知，當(dāng)振幅分別設(shè)定為1 mm、3 mm、5 mm時，計(jì)算的平動程度Da分別落在(0.17,0.21)、(0.59,0.62)、(0.92,1)區(qū)域，振幅與平動程度近似線性關(guān)系，可見本文方法計(jì)算的平動幅度系數(shù)對設(shè)定輸入振幅有較好的跟隨性；當(dāng)振動臺的輸入頻率依次為50 Hz、100 Hz、150 Hz時，計(jì)算的頻率系數(shù)Fa依次屬于(0.31,0.34)、(0.66,0.69)、(0.96,1)，頻率系數(shù)與輸入頻率近似線性關(guān)系，可見基于歐氏距離度量的平動頻率系數(shù)能夠反映振動臺輸入頻率變化規(guī)律。

表1 MIMU振動臺試驗(yàn)結(jié)果對比Tab.1 The shaking-table tests results of translationalamplitude and frequency

3.2 轉(zhuǎn)臺模擬試驗(yàn)

為驗(yàn)證輸電線路扭轉(zhuǎn)分析方法性能，特設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺搖擺運(yùn)動模擬輸電線路扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，將該MIMU系統(tǒng)固定在雙軸轉(zhuǎn)臺上，如圖6所示，MIMUZ軸垂直臺面，調(diào)整臺面水平且使MIMUX軸垂直于臺面轉(zhuǎn)軸?？紤]安裝誤差及MIMU初始數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)臺靜止下采集MIMU重力數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)段，轉(zhuǎn)臺以不同角度、頻率搖擺運(yùn)動下采集MIMU重力數(shù)據(jù)作為扭轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)段，Dgmax、DEgmax分別取為轉(zhuǎn)臺搖擺角/頻率5 deg/15 Hz對應(yīng)的增廣重力加速度二階中心距、增廣重力加速度相鄰序列段歐式距離，數(shù)據(jù)分段數(shù)l取為30，按照2.2節(jié)扭轉(zhuǎn)分析流程估計(jì)MIMU扭轉(zhuǎn)幅度及頻率。

圖6 MIMU轉(zhuǎn)臺扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)Fig.6 Turntable test of MIMU

表2為轉(zhuǎn)臺做搖擺運(yùn)動時設(shè)定的“搖擺角/頻率”與由上述扭轉(zhuǎn)分析方法得到的“扭轉(zhuǎn)度/頻率”估計(jì)結(jié)果對比。由表2結(jié)果知，當(dāng)轉(zhuǎn)臺搖擺角分別設(shè)為小角1 deg、中角3 deg、大角5 deg時，計(jì)算的扭轉(zhuǎn)程度Dg分別落在(0.18,0.22)、(0.58,0.61)、(0.93,1)區(qū)域，扭轉(zhuǎn)程度與搖擺角近似線性，可見本文基于重力加速度二階中心距度量的扭轉(zhuǎn)幅度對輸入搖擺角有較好的跟隨性；當(dāng)轉(zhuǎn)臺的輸入頻率依次為5 Hz、10 Hz、15 Hz時，計(jì)算的頻率系數(shù)Fg依次屬于(0.32,0.35)、(0.65,0.68)、(0.97,1)，頻率系數(shù)近似正比輸入頻率，可見上述基于歐氏距離度量的扭轉(zhuǎn)頻率系數(shù)較好反映了轉(zhuǎn)臺輸入頻率變化規(guī)律。

表2 MIMU轉(zhuǎn)臺試驗(yàn)結(jié)果對比Tab.2 The turntable tests results of torsional amplitudeand frequency

3.3 輸電線路模擬試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述輸電線路振動分析方法性能，按一定比例設(shè)計(jì)了輸電線路模型，將MIMU系統(tǒng)按1.1節(jié)方案安裝于模型，如圖7所示。分別于2016-11-01、2016-11-11、2016-11-21各采集一組輸電線路振動數(shù)據(jù)，考慮MIMU初始數(shù)據(jù)誤差，輸電線路靜止時采集MIMU數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)段，將采集的數(shù)據(jù)按2.3節(jié)分析流程處理，估計(jì)平動、扭轉(zhuǎn)幅度及頻率。Damax、DEamax、Dgmax、DEgmax取值同前，l取為30。

圖7 輸電線路模型試驗(yàn)Fig.7 Test of MIMU on transmission lines model

圖8為采集并提取的某組輸電線路平動加速度及估計(jì)的平動程度和頻率系數(shù)。觀察圖8可知，各軸振動越大，平動程度也隨之變大，說明各軸向平動程度對各軸向振動具有較好跟隨性；各軸振動變化越劇烈，對應(yīng)平動頻率系數(shù)越大，平動頻率系數(shù)對各軸平動變化劇烈度具有較好跟隨性。

圖9為采集的同組輸電線路扭轉(zhuǎn)時X,Z軸重力及估計(jì)的扭轉(zhuǎn)程度和頻率系數(shù)。觀察圖9，X軸、Z軸重力數(shù)據(jù)變化越大越快，說明扭轉(zhuǎn)幅度頻率也越大，對應(yīng)扭轉(zhuǎn)程度和扭轉(zhuǎn)頻率數(shù)值也越大，能夠反映扭轉(zhuǎn)變化規(guī)律。

圖8 輸電線路模型平動分析Fig.8 Analysis of transmission line model translational movement

圖9 輸電線路模型扭轉(zhuǎn)分析圖Fig.9 Analysis of transmission line model torsional movement

圖10為采集并提取的三組輸電線路運(yùn)動數(shù)據(jù)根據(jù)2.3節(jié)輸電線路振動分析流程所繪振動幅度、頻率綜合分布圖，從圖中可發(fā)現(xiàn)，Z軸平動點(diǎn)分布于{(x,y),x∈(0,0.4),y∈(0,0.2)}區(qū)域，X軸平動點(diǎn)分布于{(x,y),x∈(0,0.3),y∈(0,0.1)}區(qū)域，Y軸平動不明顯，說明平動程度和頻率較??；扭轉(zhuǎn)點(diǎn)集中于{(x,y),x∈(0,0.1),y∈(0,0.02)}區(qū)域，說明扭轉(zhuǎn)程度及頻率很小，綜上可知，該段時間內(nèi)輸電線路振動程度較小。連續(xù)長期監(jiān)測輸電線路振動并計(jì)算振動(扭轉(zhuǎn))程度和頻率，根據(jù)平動(扭轉(zhuǎn))程度與幅度(搖擺角)、頻率系數(shù)與頻率正比關(guān)系，結(jié)合設(shè)定的最大幅度(扭轉(zhuǎn)角度)及頻率可獲知本地區(qū)輸電線路振動特點(diǎn)，為后續(xù)振動阻尼器設(shè)計(jì)，提供參數(shù)依據(jù)。

圖10 振動幅度頻率綜合分布圖Fig.10 Comprehensive distribution map about the vibration amplitude-frequency of transmission line

4 結(jié) 論

針對通過多點(diǎn)MIMU解算導(dǎo)線運(yùn)動軌跡來分析本地區(qū)輸電線路振動特點(diǎn)精度不高且難以實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測，提出一種慣性測量參數(shù)的時間序列分段模式的輸電線路振動分析方法。設(shè)計(jì)了一種MIMU測量節(jié)點(diǎn)并采用一定長度的彈性桿進(jìn)行信號物理放大和防磁干擾，通過對MIMU時間序列變異度分析和相似性度量，預(yù)測輸電線路平動、扭轉(zhuǎn)程度及頻率，進(jìn)而評估輸電線路運(yùn)動異常程度。最后設(shè)計(jì)了振動臺、轉(zhuǎn)臺模擬平動、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和輸電線路模型實(shí)驗(yàn)，采集不同平動、扭轉(zhuǎn)程度及頻率時的MIMU信號，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，處理數(shù)據(jù)結(jié)果能夠反映輸電線路平動和扭轉(zhuǎn)變化規(guī)律，說明輸電線路運(yùn)動分析方法是有效的，且實(shí)施方案易行，計(jì)算簡單，無累計(jì)誤差，工程實(shí)用性較強(qiáng), 可以為實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測本地區(qū)輸電線路振動幅度和頻率提供參考，以進(jìn)一步為輸電線路振動阻尼控制器設(shè)計(jì)提供參數(shù)。

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