一种输电线路微风振动超声波传感器低温准确度试验装置及方法

本发明属于高压输电线路微风振动检测领域，涉及一种输电线路微风振动超声波传感器低温准确度试验装置及方法。

背景技术：

1、由于线路承受风载荷，其背风侧会产生上下交替的“卡门涡流”，致使导线产生垂向振动，即线路的微风振动。微风振动频繁发生在输电导线的悬挂点附近，其频率为3～150hz，振幅小于导线的2倍直径，持续时间约占全年的30～50％。

2、在极端气象条件下，如低温、强风等，微风振动对电网的危害尤为严重。长期的微风振动将加剧线路的机械磨损，造成断股、断线、金具损坏和跳闸停电等事故，因此，输电线路的微风振动是电网运行不可避免的问题。

3、超声波按应用领域不同可分为检测超声和功率超声。上世纪80年代，检测超声进入实际应用阶段，被广泛应用于测距和探伤，随后功率超声也被应用于医学结石破碎等领域。

4、超声波能量集中、高效，可以在气体、液体、固体、以及多相混合体等介质中传播，且具有很好的方向性。目前，在电力领域，超声波检测被广泛应用于电厂和变电站故障检测，包括定位，探伤，局放等。

5、准确度和抗电磁干扰是输电线路超声波微风振动检测装置可靠性的基本技术要求。尤其在长期的野外环境下，低温成为影响其准确度的不可避免的问题。同时，由于输电线路超声波微风振动检测装置的低温准确度试验通常在恒温箱内进行，通常情况下恒温箱容量有限，因此，对试验装置小型化也有一定技术要求。针对以上问题，本发明设计了一种输电线路超声波微风振动传感器低温准确度试验装置及方法，以实现其低温至常温环境下[-55，20]℃微风振动传感器幅值和频率的准确度检验。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种用于常温至低温环境下[-55，20]℃温度条件下超声波微风振动传感器的准确度测试装置与方法，重点解决了低温条件下超声波微风振动传感器的校准问题。

2、本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：

3、一种输电线路微风振动传感器低温准确度试验装置，包括试验台底座，还包括：

4、固定结构，其包括相对设置在试验台底座上的两个固定支架，所述固定支架上设有用于固定输电线路的线夹构件；

5、激振器支架，其安装在试验台底座上，其上设有用于固定激振器的固定构件，使激振器和输电线路之间垂向对准；

6、金属屏蔽及空心传导结构，其固定在一侧的固定支架上，其包括金属屏蔽腔和空心梁，所述金属屏蔽腔内设有超声波微风振动传感器，所述超声波微风振动传感器的超声波探头引线由空心梁穿过使超声波探头垂向对准输电线路的顶端。

7、优选的，两个所述固定支架为结构相同、各向同性金属支架，固定支架分为第一支架和第二支架。

8、进一步优选的，所述输电线路为钢芯铝绞线，所述钢芯铝绞线的直径为d。

9、进一步优选的，所述第二支架的上端设有上接支架，所述线夹构件包括分别开设在第一支架和上接支架上用于供钢芯铝绞线穿过并固定的线路孔，且两个线路孔共轴心。

10、进一步优选的，所述金属屏蔽腔、中空梁通过连接件安装在上接支架上，所述金属屏蔽腔为铝合金中空柱体腔。

11、进一步优选的，所述金属屏蔽腔内部还设有传感器电路及电源，所述金属屏蔽腔的上端设有半柱面光伏电池板，用于对金属屏蔽腔内的电源进行充电，所述金属屏蔽腔的一侧设有侧盖。

12、进一步优选的，所述中空梁的中轴线与所述线夹构件的中轴线相互平行，并且所述中空梁的中轴线在试验台底座上的投影与所述线夹构件的中轴线在试验台底座上的投影相互重合。

13、进一步优选的，所述超声波微风振动传感器的超声波探头置于所述空心梁最外端的下侧，所述超声波探头到钢芯铝绞线的顶端的距离为1～2.5d。

14、进一步优选的，所述激振器支架包括底板以及相对设置在底板上的两个侧板，相对的所述侧板上贯穿设有至少一对位置相对的螺纹孔，所述固定构件为螺纹安装在螺纹孔上的固定螺栓。

15、本发明的第二个发明目的在于：提供了一种输电线路微风振动传感器低温准确度试验方法，包括以下步骤：

16、步骤(1)：将钢芯铝绞线通过线夹构件固定在固定支架上，所述超声波探头、钢芯铝绞线与激振器在试验台底座上方垂向对准，所述超声波探头与钢芯铝绞线的顶端距离等于钢芯铝绞线直径d，定为超声波微风振动传感器的基准点，并对超声波微风振动传感器进行调零；

17、步骤(2)：在低温箱内将试验装置置于定值20℃常温环境，保持3小时，使试验装置整体温度分布均匀；

18、步骤(3)：启动激振器，将幅值、频率分别设定为d和5hz，待激振器输出稳定后，记录超声波微风振动传感器的幅值和频率的输出值，关停激振器；

19、步骤(4)：将低温箱进行定值降温，以每5℃为一个温度间隔，在(-55，20]℃的温度区间内，生成多个温度点，重复步骤1、步骤2和步骤3；

20、步骤(5)：低温箱降温至常温-55℃，保持3小时，重复步骤3；

21、步骤(6)：改变激振器输出幅值，以每0.5d为一个幅值间隔，在(0，2d]的幅值区间内，生成4个幅值点，重复步骤1到5；

22、步骤(7)：改变激振器输出频率，以每5hz为一个频率间隔，在[5,60]hz的频率区间内，生成多个频率点，重复步骤1到5；

23、步骤(8)：将各温度下记录超声波微风振动传感器输出的幅值数据与激振器振幅数据进行计算处理，得到各个温度下的幅值准确度；

24、步骤(9)：将各温度下记录超声波微风振动传感器输出的频率数据与激振器频率数据进行计算处理，得到各个温度下的频率准确度；

25、步骤(10)：根据幅值准确度和频率准确度，在后端软件进行各温度条件下微风振动误差补偿。

26、本发明具有的优点和积极效果是：

27、1.本发明的试验装置用于常温至低温环境下[-55，20]℃温度条件下超声波微风振动传感器的准确度测试，重点解决了超声波微风振动传感器低温条件下的校准和电磁干扰的问题。

28、2.本发明实现了由接触式到非接触式检测技术的改变，采用无接触活动的机械部件，能消除传统检测过程中悬臂梁与钢芯铝绞线之间的振动摩擦，避免线路的机械磨损，更有利于电网的安全运行。

29、3.本发明中，金属屏蔽及空心传导结构包括金属屏蔽腔和空心梁，超声波探头垂向对准钢芯铝绞线的顶端，超声波探头引线由空心梁穿过引入超声波微风振动传感器金属屏蔽腔，传感器电路及电源内置于金属屏蔽腔中，实现良好的抗电磁干扰性能，光伏电池板用于对金属屏蔽腔供电电源进行充电，延长期电源使用寿命。

30、4.本发明中，通过采用相同材质的固定支架刚性固定微风振动传感器和钢芯铝绞线，可有效保证其在低温环境下具有相同的垂向变形量，减小误差。

31、5.本发明中，以此试验装置进行低温试验，得到不同振源参数下的检测幅值，振动频率则根据超声波微风振动传感器的输出结果通过快速傅里叶变换准确得到，是极端低温条件下输电线路微风振动传感器准确度试验的有效理想方法，能够为实现低温至常温(-55～20℃)环境下超声波微风振动传感器的幅值和频率准确性检验。