CN116738696A - 一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法及系统，所述风险评估方法包括步骤：确定导线舞动传感器在户外作业过程中，造成倾覆失稳风险的影响因子及互相关系；确定导线舞动传感器的外部受力及保证不会发生翻覆的函数关系式，并建立外部失稳评分T₁；确定导线舞动传感器的内部受力及内部薄弱环节不被破坏的函数关系式，并建立内部失稳评分T₂；综合评估外部失稳评分T₁与内部失稳评分T₂，计算得到导线舞动传感器的倾覆失稳风险综合评分T，所述倾覆失稳风险综合评分T的计算表达式为T＝αT₁+βT₂。本发明构建了导线舞动传感器倾覆失稳风险评估模型，确定倾覆失稳风险函数及风险评分，有效提高导线舞动传感器风险评估的便捷性和准确性。

Description

一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法及系统

技术领域

本发明涉及电力物联网智能传感器技术领域，具体而言，涉及一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法及系统。

背景技术

导线的舞动现象是作为影响输电安全的重要因素之一，为了准确、方便地获取导线舞动数据，现有技术提出导线舞动检测传感器来检测导线舞动，通过对导线实时状态进行分析评估、预警及报警，为及时加强输电线路防舞工作的提供科学依据。

导线舞动传感器的倾覆失稳风险主要来自于两个方面，一方面是由外部因素引起的倾覆，导线覆冰且受到风的激励时，会发生舞动现象，由于导线舞动传感器是伴随导线舞动，因此就会存在倾覆的风险；另一方面是由内部因素引起的失稳，导线舞动传感器是由传感器各模块加上封装外壳组成的整体，内部模块主要通过螺钉固定于外壳内部的支柱上，支柱根部是力学薄弱环节，在随导线舞动的同时会产生弯矩，弯矩过大时支柱会被破坏，因此会存在失稳的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法及系统，以确定导线舞动传感器倾覆失稳风险函数及风险评估方法，有效提高导线舞动传感器风险评估的便捷性和准确性的技术问题。

为解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，所述风险评估方法包括步骤：

S₁₀₀：确定导线舞动传感器在户外作业过程中，造成倾覆失稳风险的影响因子及影响因子之间的互相关系；

S₂₀₀：确定所述导线舞动传感器的外部受力及发生整体倾覆风险的函数关系式，并建立外部失稳评分T₁；

S₃₀₀：确定所述导线舞动传感器的内部受力及内部薄弱环节的安装可靠性条件，并建立内部失稳评分T₂；

S₄₀₀：综合评估所述外部失稳评分T₁与所述内部失稳评分T₂，计算得到所述导线舞动传感器的倾覆失稳风险综合评分T，所述倾覆失稳风险综合评分T的计算表达式为：

T＝αT₁+βT₂

其中，α，β为权重因子，且α+β＝1。

进一步的，所述步骤S₁₀₀中，造成倾覆失稳风险的影响因子及影响因子之间的互相关系包括：导线舞动传感器的整体重力G、外力F、电路板重量m、支柱高度h、支柱外径D和电路板安装螺钉的外径d，且抗倾覆力矩大于倾覆力矩，外壳薄弱环节受到的应力必须小于材料许用应力。

进一步的，在步骤S₂₀₀当中，所述导线舞动传感器的外部受力及发生整体倾覆风险的函数关系式的确定过程如下：

步骤S₂₁₀：对所述导线舞动传感器的外部受力进行分析；

当所述导线舞动传感器整体处于非竖直悬挂状态时，外力F对旋转中心的转矩可以表示为：

M_F＝Fcosθ*X

重力对旋转中心的抗倾覆力矩表示为

M_G＝Gsinθ*L

其中：F表示等效外力；G表示导线舞动传感器的整体重力；X为外力作用点到旋转中心的距离；L为导线舞动传感器整体重心到旋转中心的距离；θ表示导线舞动传感器整体的偏转角度；

步骤S₂₂₀：构造倾覆风险函数P，并作归一化处理；

其中，倾覆风险函数P的关系式为：

其中：为抗倾覆安全系数，M_F为外力F对旋转中心的转矩，M_G为重力对旋转中心的抗倾覆力矩；

步骤S₂₃₀：建立外部失稳评分T₁。

进一步的，在步骤S₂₃₀当中，所述外部失稳评分T₁的计算表达式为：

进一步的，在步骤S₃₀₀当中，所述导线舞动传感器的内部受力及内部薄弱环节的安装可靠性条件的确定过程如下：

步骤S₃₁₀：计算单根支柱根部的弯矩N_n；

电路板对单根支柱根部的弯矩为

其中，m为电路板重量，h为支柱高度；

步骤S₃₂₀：计算单根支柱根部的抗弯截面系数W；

抗弯截面系数为：

其中：D表示支柱外径，d表示电路板安装螺钉的外径，α表示为支柱截面内外直径的比值，W表示抗弯截面系数；

步骤S₃₃₀：计算单根支柱根部的应力值σ_i；

查阅材料力学相关资料可以得出：

计算得到单根支柱根部的应力σ_i：

步骤S₃₄₀：获取电路板安装可靠性条件；

满足电路板安装可靠性条件为：

其中，[σ]表示材料的许用应力值，k表示安全系数，取值2～3；

步骤S₃₅₀：建立内部失稳评分T₂。

进一步的，在步骤S₃₅₀当中，所述内部失稳评分T₂的计算表达式为：

其中，σ_i表示单根支柱根部的应力，[σ]表示材料的许用应力值，k表示安全系数，取值2～3。

进一步的，根据所述外部失稳评分T₁和所述内部失稳评分T₂，计算所述倾覆失稳风险综合评分T的计算表达式为

本发明的第二目的在于提供一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估系统，所述风险评估系统包括：

存储器；以及

耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如上述所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法。

本发明的第三目的在于提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行时，实现上述所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本申请所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，首先确定导线舞动传感器在户外作业过程中，造成倾覆失稳风险的影响因子及影响因子之间的互相关系；在确定影响因子后，利用材料力学理论知识对导线舞动传感器作为整体进行静力学受力分析，找出发生整体倾覆风险的函数关系式，并建立外部失稳评分T₁；通过力学分析构建导线舞动传感器倾覆失稳风险评估模型，确定导线舞动传感器的内部受力及内部薄弱环节的安装可靠性条件，并建立内部失稳评分T₂；综合评估外部失稳评分T₁与内部失稳评分T₂，计算得到导线舞动传感器的倾覆失稳风险综合评分T，该风险评估方法有效提高导线舞动传感器风险评估的便捷性和准确性，能更好的发挥导线舞动传感器的作用。

附图说明

图1为本发明实施例中导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中导线舞动传感器的三维结构示意图；

图3为本发明实施例中电路板仓的结构示意图；

图4为本发明实施例中电路板仓中支柱的局部放大示意图；

图5为本发明实施例中导线舞动传感器的受力示意图。

附图标记说明：

1-电路板仓；11-第一容纳仓；12-第一边连接板；13-支柱；2-连接件；3-太阳能光伏电池仓。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1所示，本发明的实施例提供了一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，所述风险评估方法包括步骤：

S₁₀₀：确定导线舞动传感器在户外作业过程中，造成倾覆失稳风险的影响因子及影响因子之间的互相关系；

S₂₀₀：确定所述导线舞动传感器的外部受力及发生整体倾覆风险的函数关系式，并建立外部失稳评分T₁；

S₃₀₀：确定所述导线舞动传感器的内部受力及内部薄弱环节的安装可靠性条件，并建立内部失稳评分T₂；

S₄₀₀：综合评估所述外部失稳评分T₁与所述内部失稳评分T₂，计算得到所述导线舞动传感器的倾覆失稳风险综合评分T，所述倾覆失稳风险综合评分T的计算表达式为：

T＝αT₁+βT₂

其中，α，β为权重因子，且α+β＝1。

需要说明的是，本发明实施例针对的设计对象为导线舞动传感器，导线舞动传感器的各个模块集成为一个整体安装在封装外壳内，封装外壳与内部模块配合，合理布置及安装，对导线实时状态进行分析评估、预警及报警，可以准确、方便地获取导线舞动数据，为及时加强输电线路防舞工作的提供科学依据。

当导线舞动传感器整体悬挂在输电导线上时，不受其他外力作用下，只受垂直向下的重力作用，因此会一直保持垂直向下的姿态不变。考虑到导线舞动传感器的工作环境为户外高空，因此经常受到风力作用或其他外力作用，整体会以输电导线中心为圆心，发生偏转。

另外，需要强调说明的是，本发明实施例中导线舞动传感器在户外作业过程中，保证不会发生翻覆，具体指的是，导线舞动传感器在受到外力作用下，绕导线在一定的角度范围内摆动，而不至于使导线舞动传感器能够绕过导线正上方作周向旋转运动。

请参阅图2所示，在本发明实施例当中，步骤S₁₀₀中，造成导线舞动传感器倾覆失稳风险的影响因子及影响因子之间的互相关系包括：导线舞动传感器的整体重力M，外力F，电路板重量m，支柱高度h、支柱外径D，电路板安装螺钉的外径d，且且抗倾覆力矩大于倾覆力矩，导线舞动传感器外壳薄弱环节受到的应力必须小于材料许用应力。

通过设计计算以及经验，影响导线舞动传感器绕导线发生翻覆的影响因子包括外力的大小、方向、导线舞动传感器整体重量。具体来说，为能够使导线舞动传感器在输电导线的正下方一定角度θ范围内摆动，需严格控制导线舞动传感器的整体重力M，而外力的大小、方向则不受人为控制因素影响。

具体地，通过理论分析计算，在步骤S₂₀₀当中，所述导线舞动传感器的外部受力及发生整体倾覆风险的函数关系式的确定过程如下：

当导线舞动传感器整体(智能传感器及封装外壳)悬挂在输电导线上时，在不受其他外力作用下，只受垂直向下的重力作用，因此会一直保持垂直向下的姿态不变。

考虑到导线舞动传感器的工作环境为户外高空，因此经常受到风力作用或其他外力作用，导线舞动传感器整体会以输电线缆中心为圆心，发生偏转，对导线舞动传感器进行受力分析如下：

请参阅图5所示，O点表示输电导线的中心；M点表示传感器整体重心位置；OM为重心到旋转中心的距离，用L表示；F表示等效外力；A点表示等效外力作用点，OA为外力作用点到旋转中心的距离，用X表示；θ表示传感器整体的偏转角度，也即为传感器竖直方向与三维坐标系Z方向的夹角。

具体地，本发明实施例中，步骤S₂₀₀当中，确定导线舞动传感器的外部受力及保证不会发生翻覆的函数关系式的确定过程如下：

步骤S₂₁₀：对导线舞动传感器的外部受力进行分析；

如图5所示，当导线舞动传感器整体处于(a)、(b)状态时，外力F对旋转中心的转矩可以表示为：

当导线舞动传感器整体处于非竖直悬挂状态时，外力F对旋转中心的转矩可以表示为：

M_F＝F cosθ*X

重力对旋转中心的转矩表示为

M_G＝G sinθ*L

其中：F表示等效外力；G表示导线舞动传感器的整体重力；X为外力作用点到旋转中心的距离；L为导线舞动传感器整体重心到旋转中心的距离；θ表示导线舞动传感器整体的偏转角度。

也即与倾覆力矩相平衡的是抗倾覆力矩，只有当抗倾覆力矩大于倾覆力矩时，导线舞动传感器才不会产生外部倾覆。

步骤S₂₂₀：构造倾覆风险函数P，并作归一化处理；

其中，倾覆风险函数P的关系式为：

其中：为抗倾覆安全系数，M_F为外力F对旋转中心的转矩，M_G为重力对旋转中心的抗倾覆力矩；

当该函数值小于0时，导线舞动传感器发生倾覆；当该函数大于0时，其函数值越小，说明其倾覆的风险越大。对风险函数作归一化处理，可以建立一个倾覆风险评分方法。

步骤S₂₃₀：建立外部失稳评分T₁。

具体地，在步骤S₂₃₀当中，所述外部失稳评分T₁的计算表达式为：

可见，当外力为0时，外部失稳评分T₁为0，表示导线舞动传感器不会发生倾覆，当外部失稳评分T₁越大时，表明导线舞动传感器倾覆风险越大。

具体地，在步骤S₃₀₀当中，所述导线舞动传感器的内部受力及内部薄弱环节的安装可靠性条件的确定过程如下：

导线舞动传感器在户外作业过程中，为了保证导线舞动传感器内部薄弱环节(支柱孔截面)不被破坏，主要考虑以下几个影响因素：

导线舞动传感器整体重力M，外力F，电路板重量m，支柱高度h、支柱外径D，电路板安装螺钉的外径d，且必须满足导线舞动传感器薄弱环节受到的应力必须小于材料许用应力。

请参阅图3、4所示，本实施例当中导线舞动传感器的封装外壳为三层可拆分结构，封装外壳包括电路板仓1、连接件2和太阳能光伏电池仓3，连接件2连接在电路板仓1的上表面，太阳能光伏电池仓3连接在连接件2的上表面，其中：

电路板仓1包括第一容纳仓11、第一边连接板12和支柱13，其中第一边连接板12连接在第一容纳仓11的外周，且第一边连接板12水平向外凸出一定长度，支柱13竖直连接在第一容纳仓11的内表面。

第一容纳仓11内部的底部有四根支柱13，用来安装电路板。电路板固定在第一容纳仓11的支柱13上,当封装外壳整体受到外力作用发生偏转时，需保证电路板安装的可靠性，即支柱13不会被破坏。分析可以得出支柱13的根部是力学薄弱环节，因此对支柱13的根部进行力学分析。

步骤S₃₁₀：计算单根支柱根部的弯矩N_m；

由受力分析可知，电路板对单根支柱13的根部的弯矩为：

其中，m为电路板重量，h为支柱高度；

步骤S₃₂₀：计算单根支柱根部的抗弯截面系数W；

由于支柱13的横截面为圆环，其抗弯截面系数为：

其中：D表示支柱外径，d表示电路板安装螺钉的外径，α表示为支柱截面内外直径的比值，W表示抗弯截面系数；

步骤S₃₃₀：计算单根支柱根部的应力值σ_i；

查阅材料力学相关资料可以得出：

σ_i表示支柱根部所受应力值，W表示抗弯截面系数；

计算得到单根支柱根部的应力σ_i：

步骤S₃₄₀：获取电路板安装可靠性条件；

满足电路板安装可靠性条件为：

其中，[σ]表示材料的许用应力值，k表示安全系数，工程上一般取值2～3；

步骤S₃₅₀：建立内部失稳评分T₂。

具体地，在步骤S₃₅₀当中，所述内部失稳评分T₂的计算表达式为：

其中，σ_i表示单根支柱根部的应力，[σ]表示材料的许用应力值，k表示安全系数，取值2～3。

可见，当σ越小，内部失稳评分T₂近似为0，否则失稳程度较大，评分较高。

具体地，根据外部失稳评分T₁和内部失稳评分T₂，计算倾覆失稳风险综合评分T的计算表达式为

本发明通过分析导线舞动传感器所受重力、外力、偏转角度及力矩之间的相互关系，在材料力学理论知识的基础上，对其进行静力学受力分析，并通过对引起传感器倾覆失稳影响因素的分析，构建了一个导线舞动传感器倾覆失稳风险评估模型，确定倾覆失稳风险函数及风险评估方法，可有效提高导线舞动传感器风险评估的便捷性和准确性，能更好的发挥导线舞动传感器的作用。

本发明实施例还提供了一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估系统，所述风险评估系统包括存储器以及耦接至存储器的处理器，其中：

处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如上述所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，当所述指令由处理器加载并执行时，可以实现导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，其特征在于，所述风险评估方法包括步骤：

S₁₀₀：确定导线舞动传感器在户外作业过程中，造成倾覆失稳风险的影响因子及影响因子之间的互相关系；

S₂₀₀：确定所述导线舞动传感器的外部受力及发生整体倾覆风险的函数关系式，并建立外部失稳评分T₁；

S₃₀₀：确定所述导线舞动传感器的内部受力及内部薄弱环节的安装可靠性条件，并建立内部失稳评分T₂；

S₄₀₀：综合评估所述外部失稳评分T₁与所述内部失稳评分T₂，计算得到所述导线舞动传感器的倾覆失稳风险综合评分T，所述倾覆失稳风险综合评分T的计算表达式为：

T＝αT₁+βT₂

其中，α，β为权重因子，且α+β＝1。

2.根据权利要求1所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，其特征在于，所述步骤S₁₀₀中，造成倾覆失稳风险的影响因子及影响因子之间的互相关系包括：导线舞动传感器的整体重力G、外力F、电路板重量m、支柱高度h、支柱外径D和电路板安装螺钉的外径d，且抗倾覆力矩大于倾覆力矩，外壳薄弱环节受到的应力必须小于材料许用应力。

3.根据权利要求2所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，其特征在于，在步骤S₂₀₀当中，所述导线舞动传感器的外部受力及发生整体倾覆风险的函数关系式的确定过程如下：

步骤S₂₁₀：对所述导线舞动传感器的外部受力进行分析；

当所述导线舞动传感器整体处于非竖直悬挂状态时，外力F对旋转中心的转矩可以表示为：

M_F＝Fcosθ*X

重力对旋转中心的抗倾覆力矩表示为

M_G＝Gsinθ*L

其中：F表示等效外力；G表示导线舞动传感器的整体重力；X为外力作用点到旋转中心的距离；L为导线舞动传感器整体重心到旋转中心的距离；θ表示导线舞动传感器整体的偏转角度；

步骤S₂₂₀：构造倾覆风险函数P，并作归一化处理；

其中，倾覆风险函数P的关系式为：

其中：为抗倾覆安全系数，M_F为外力F对旋转中心的转矩，M_G为重力对旋转中心的抗倾覆力矩；

步骤S₂₃₀：建立外部失稳评分T₁。

4.根据权利要求3所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，其特征在于，在步骤S₂₃₀当中，所述外部失稳评分T₁的计算表达式为：

5.根据权利要求4所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，其特征在于，在步骤S₃₀₀当中，所述导线舞动传感器的内部受力及内部薄弱环节的安装可靠性条件的确定过程如下：

步骤S₃₁₀：计算单根支柱根部的弯矩N_m；

电路板对单根支柱根部的弯矩为

其中，m为电路板重量，h为支柱高度；

步骤S₃₂₀：计算单根支柱根部的抗弯截面系数W；

抗弯截面系数为：

其中：D表示支柱外径，d表示电路板安装螺钉的外径，α表示为支柱截面内外直径的比值，W表示抗弯截面系数；

步骤S₃₃₀：计算单根支柱根部的应力值σ_i；

查阅材料力学相关资料可以得出：

计算得到单根支柱根部的应力σ_i：

步骤S₃₄₀：获取电路板安装可靠性条件；

满足电路板安装可靠性条件为：

其中，[σ]表示材料的许用应力值，k表示安全系数，取值2～3；

步骤S₃₅₀：建立内部失稳评分T₂。

6.根据权利要求5所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，其特征在于，在步骤S₃₅₀当中，所述内部失稳评分T₂的计算表达式为：

其中，σ_i表示单根支柱根部的应力，[σ]表示材料的许用应力值，k表示安全系数，取值2～3。

7.根据权利要求6所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法，其特征在于，根据所述外部失稳评分T₁和所述内部失稳评分T₂，计算所述倾覆失稳风险综合评分T的计算表达式为

8.一种导线舞动传感器倾覆失稳风险评估系统，其特征在于，所述风险评估系统包括：

存储器；以及

耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如权利要求1-7任一项所述的导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法。

9.一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，其特征在于：所述指令由处理器加载并执行时，实现上述权利要求1-7任意一项所述导线舞动传感器倾覆失稳风险评估方法。