導線運動狀態(tài)識別和導線傾角參量采樣策略技術研究

殷蔚翎 何思陽 王帥 黃力 陳浩 尹學兵 郭莉薩 朱彬

摘?要：在輸電線路覆冰監(jiān)測中，為保證傳感器測量的精確性，故引入導線運動狀態(tài)識別概念，實現(xiàn)在穩(wěn)定狀態(tài)下對輸電線路力學參數(shù)進行采樣的目的。本文通過模擬導線運動狀態(tài)試驗，分析導線運動狀態(tài)，判斷導線運動狀態(tài)是否滿足傳感器的采樣條件，并提出相應的導線傾角參量采樣策略，從而保證采樣數(shù)據(jù)的準確性。

關鍵詞：導線運動;傾斜角度;覆冰;采樣

由于輸電線路導線極易受風荷載的影響，為了達到在穩(wěn)定狀態(tài)下實現(xiàn)對輸電線路力學參數(shù)進行采樣的目的，故提出輸電線路導線運動狀態(tài)識別概念。[1-3]導線在運動過程中會在風偏方向呈現(xiàn)一定幅度的擺角，依據(jù)其擺角變化的幅度我們對其運動狀態(tài)進行分析，判斷導線是否滿足準確采樣的條件。當導線處于大幅度運動狀態(tài)時（風偏方向角度擺角過大），對采樣數(shù)據(jù)進行合理性分析，依次對數(shù)據(jù)進行篩選處理，最后上傳合理性的數(shù)據(jù)。為保證采樣數(shù)據(jù)的準確性，不滿足條件的采樣需要進行重新采樣并且上報采樣故障編碼。

1 導線運動狀態(tài)識別分析

導線運動狀態(tài)識別技術的主要目的是通過對導線風偏角的測量將導線運動狀態(tài)分為靜態(tài)和動態(tài)兩種狀態(tài)。由于導線的運動狀態(tài)會影響傾角傳感器傾角數(shù)據(jù)采樣的準確性，為保證能夠采集到相對準確的角度數(shù)據(jù)，需要對傳感器進行動態(tài)試驗分析，并且評估傳感器在動態(tài)條件下所測角度數(shù)據(jù)的準確性。在采樣過程中，傾角傳感器也會受到外界環(huán)境因素的干擾，故在硬件設計上使用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 傾角傳感器動態(tài)角度采樣性能測試

在上部分內(nèi)容中提出，在導線運動狀態(tài)時需要對傳感器進行動態(tài)試驗分析，故在此使用一種自由單擺簡諧運動對導線的運動狀態(tài)進行模擬試驗，在大擺幅角度下檢測傾角傳感器輸出數(shù)據(jù)的準確性。

試驗條件：采樣頻率4Hz，被測量物擺幅角度15°，常溫（25℃）環(huán)境，測量風偏方向的擺幅角度，試驗數(shù)據(jù)得出曲線如圖1。實驗結果分析：在15°大擺幅角度下所測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，自由單擺運動狀態(tài)下的傳感器所測量得到的角度值在靜態(tài)運動狀態(tài)下所測量得到的角度值范圍進行上下波動變化，可以使用角度去極值平均算法對采樣數(shù)據(jù)進行處理。為保證在運動狀態(tài)下測量數(shù)據(jù)的有效性，取15s采樣數(shù)據(jù)為樣本進行角度數(shù)據(jù)滑動平均處理，滑動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，從動態(tài)角度變化曲線圖中可以看出風偏角取均值后波動偏差范圍保持在0.025°范圍以內(nèi)，傾斜角度波動跳變范圍保持在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，可以將動態(tài)的被測物進行相對準確的角度測量，同時也符合實際測量導線運動角度的要求。

為保證試驗數(shù)據(jù)的有效和準確性，動態(tài)角度測量試驗進行多次用于避免試驗的偶然性，重復試驗數(shù)據(jù)表格如下表所示。從模擬導線運動狀態(tài)試驗數(shù)據(jù)分析得出，傳感器在測量15°擺幅范圍的動態(tài)被測物時能夠輸出相對準確的角度數(shù)據(jù)。在實際中導線運動產(chǎn)生的擺幅范圍比模擬選定的15°擺幅范圍要小很多，但是由于導線運動狀態(tài)不能完全理想的比作自由單擺簡諧運動，因而在導線運動狀態(tài)下所測量得到的真實角度差略大于理論測量的偏差值。

3 導線傾角參量采樣策略

在實際運行環(huán)境中，導線運動狀態(tài)不能完全比作自由單擺簡諧運動，為了提高數(shù)據(jù)處理的精確度，需要完善導線傾角參量采樣策略，同時對所需的采樣數(shù)據(jù)進行合理干預。

3.1 數(shù)據(jù)采樣過程

1）連續(xù)采樣，在15s采樣時間里，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的采樣時間里，傳感器采集角度數(shù)據(jù)的數(shù)量不足60組，則設定傳感器采樣故障，并且上傳故障編碼，準備重新采樣，如連續(xù)三次采樣失敗，則上報傳感器故障編碼。

3.2 采樣數(shù)據(jù)處理

1）對樣本數(shù)據(jù)進行合理性分析，對數(shù)據(jù)按大小排序，剔除4組（幾組數(shù)據(jù)可設定）極大極小值共8個數(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，對剩余風偏角采樣值進行求算數(shù)平均值處理，對比風偏角度動靜態(tài)角度差值，若在門檻值范圍之內(nèi)則對剩余的風偏以及傾斜角度求算數(shù)平均值作為最終采樣值進行上送。

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

總的來說，導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值偏差;后續(xù)在軟件上對角度樣本數(shù)據(jù)進行分析處理，分析采集到的風偏角樣本數(shù)據(jù)得到導線的運動狀態(tài)，判斷本次采樣是否滿足測量條件的要求，在滿足要求的情況下對風偏角度以及傾斜角度進行求算數(shù)平均值處理，最終上傳平均值角度數(shù)據(jù)，否則上報采樣失敗編碼，并且重新采樣。

4 結論

本文通過引入導線運動狀態(tài)識別概念，實現(xiàn)在穩(wěn)定狀態(tài)下對輸電線路力學參數(shù)進行采樣的目的。經(jīng)過模擬導線運動狀態(tài)試驗可知，傾角傳感器測量15°擺幅角度變化的被測量物能夠得到相對準確的角度值。在實際中，導線運動狀態(tài)受環(huán)境因素干擾較大，為使傳感器滿足動態(tài)角度測量要求，需要對傳感器的采樣數(shù)據(jù)進行合理性分析和處理。最后通過實施導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)處理得到合理準確的風偏角度值。

參考文獻：

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[3]王少華.覆冰舞動對導線及絕緣子串力學特性的影響[J].高壓電器，2011，47（6）：23-28.