导线运动状态识别和导线倾角参量采样策略技术研究

殷蔚翎 何思阳 王帅 黄力 陈浩 尹学兵 郭莉萨 朱彬

摘 要：在输电线路覆冰监测中，为保证传感器测量的精确性，故引入导线运动状态识别概念，实现在稳定状态下对输电线路力学参数进行采样的目的。本文通过模拟导线运动状态试验，分析导线运动状态，判断导线运动状态是否满足传感器的采样条件，并提出相应的导线倾角参量采样策略，从而保证采样数据的准确性。

关键词：导线运动;倾斜角度;覆冰;采样

由于输电线路导线极易受风荷载的影响，为了达到在稳定状态下实现对输电线路力学参数进行采样的目的，故提出输电线路导线运动状态识别概念。[1-3]导线在运动过程中会在风偏方向呈现一定幅度的摆角，依据其摆角变化的幅度我们对其运动状态进行分析，判断导线是否满足准确采样的条件。当导线处于大幅度运动状态时（风偏方向角度摆角过大），对采样数据进行合理性分析，依次对数据进行筛选处理，最后上传合理性的数据。为保证采样数据的准确性，不满足条件的采样需要进行重新采样并且上报采样故障编码。

1 导线运动状态识别分析

导线运动状态识别技术的主要目的是通过对导线风偏角的测量将导线运动状态分为静态和动态两种状态。由于导线的运动状态会影响倾角传感器倾角数据采样的准确性，为保证能够采集到相对准确的角度数据，需要对传感器进行动态试验分析，并且评估传感器在动态条件下所测角度数据的准确性。在采样过程中，倾角传感器也会受到外界环境因素的干扰，故在硬件设计上使用4阶滤波放大电路，过滤传感器的输出数据，保证数据输出的稳定性。

2 倾角传感器动态角度采样性能测试

在上部分内容中提出，在导线运动状态时需要对传感器进行动态试验分析，故在此使用一种自由单摆简谐运动对导线的运动状态进行模拟试验，在大摆幅角度下检测倾角传感器输出数据的准确性。

试验条件：采样频率4Hz，被测量物摆幅角度15°，常温（25℃）环境，测量风偏方向的摆幅角度，试验数据得出曲线如图1。实验结果分析：在15°大摆幅角度下所测量得到的传感器角度变化曲线可以看出，传感器输出角度随被测量物摆幅角度变化而呈现出有规律的衰减变化。摆幅角度越大，所測量得到的角度值偏离静态角度值也就越大;倾斜方向摆幅变化曲线衰减较为快速。

根据上述数据可知，自由单摆运动状态下的传感器所测量得到的角度值在静态运动状态下所测量得到的角度值范围进行上下波动变化，可以使用角度去极值平均算法对采样数据进行处理。为保证在运动状态下测量数据的有效性，取15s采样数据为样本进行角度数据滑动平均处理，滑动均值角度变化曲线图如图2所示。

采用去极值平均值算法后所得到的角度变化曲线如图3所示，从动态角度变化曲线图中可以看出风偏角取均值后波动偏差范围保持在0.025°范围以内，倾斜角度波动跳变范围保持在0.035°范围以内。根据上述数据我们可知，倾角传感器通过硬件增加滤波电路，并且将数据经过软件处理后，可以将动态的被测物进行相对准确的角度测量，同时也符合实际测量导线运动角度的要求。

为保证试验数据的有效和准确性，动态角度测量试验进行多次用于避免试验的偶然性，重复试验数据表格如下表所示。从模拟导线运动状态试验数据分析得出，传感器在测量15°摆幅范围的动态被测物时能够输出相对准确的角度数据。在实际中导线运动产生的摆幅范围比模拟选定的15°摆幅范围要小很多，但是由于导线运动状态不能完全理想的比作自由单摆简谐运动，因而在导线运动状态下所测量得到的真实角度差略大于理论测量的偏差值。

3 导线倾角参量采样策略

在实际运行环境中，导线运动状态不能完全比作自由单摆简谐运动，为了提高数据处理的精确度，需要完善导线倾角参量采样策略，同时对所需的采样数据进行合理干预。

3.1 数据采样过程

1）连续采样，在15s采样时间里，保证采样频率4Hz不变的条件下，连续采集60组角度样本数据。

2）如果在15s的采样时间里，传感器采集角度数据的数量不足60组，则设定传感器采样故障，并且上传故障编码，准备重新采样，如连续三次采样失败，则上报传感器故障编码。

3.2 采样数据处理

1）对样本数据进行合理性分析，对数据按大小排序，剔除4组（几组数据可设定）极大极小值共8个数据，检查剩余采样值的极差范围。

2）在上述条件满足的情况下，对剩余风偏角采样值进行求算数平均值处理，对比风偏角度动静态角度差值，若在门槛值范围之内则对剩余的风偏以及倾斜角度求算数平均值作为最终采样值进行上送。

若上述两条采样条件任意一条都不满足，则需要上报采样故障编码并且重新开始采样。

总的来说，导线倾角参量采样策略上通过连续角度采样消除角度瞬时值偏差;后续在软件上对角度样本数据进行分析处理，分析采集到的风偏角样本数据得到导线的运动状态，判断本次采样是否满足测量条件的要求，在满足要求的情况下对风偏角度以及倾斜角度进行求算数平均值处理，最终上传平均值角度数据，否则上报采样失败编码，并且重新采样。

4 结论

本文通过引入导线运动状态识别概念，实现在稳定状态下对输电线路力学参数进行采样的目的。经过模拟导线运动状态试验可知，倾角传感器测量15°摆幅角度变化的被测量物能够得到相对准确的角度值。在实际中，导线运动状态受环境因素干扰较大，为使传感器满足动态角度测量要求，需要对传感器的采样数据进行合理性分析和处理。最后通过实施导线倾角参量采样策略在特定的条件下，采集数据并经过数据处理得到合理准确的风偏角度值。

参考文献：

[1]黄良，吕黔苏，庄红军，等.绝缘子串力学参数采样策略及其在覆冰监测中的应用[J].现代制造，2017（15）：46-47.

[2]王黎明，汪创，袁田，等.高压直流输电线路耐张串用长棒形悬式瓷绝缘子的机械特性[J].

高电压技术，2012，38（3）：655-662.

[3]王少华.覆冰舞动对导线及绝缘子串力学特性的影响[J].高压电器，2011，47（6）：23-28.