一种在线取能装置防滑移固定组件结构参数提取方法与流程

本发明涉及一种在线取能装置防滑移固定组件结构参数提取方法，具体涉及一种输电线路在线取能装置防滑动移位固定组件的结构设计参数优化提取方法。

背景技术：

1、电力传感器作为能源互联网的“神经末梢”，是感知电网运行状态的基础单元，是保障电网安全稳定运行，推进能源互联网建设的重要支撑。特别是输电线路布设有诸多传感、在线监测设备，对线路的安全、可靠运行提供重要支撑。随着微能量收集技术的发展以及传感器功耗的降低，通过收集环境能量实现传感器的自供电已成为一种可行的供电解决方案。目前广泛应用的是在输电线路上安装在线取能装置，主要是利用太阳能或是电磁感应耦合方式从周围环境中取能并为线路上布设的传感监测设备提供电能输出。

2、然而，在线取能装置通常体积和重量均较大，且安装固定在输电导线上，因此该装置所带来的安全风险一直较高，特别是在恶劣天气情况(大风、雨雪等)下往往会因在线取能装置加固措施不到位而在导线上产生滑动移位的现象，这不仅会引起线路导线弧垂的变化而带来安全问题，而且同时也会因为在线取能装置在导线上的滑动移位对输电线路导线本体造成磨损，容易引发线路损毁等安全问题。更有甚者，在线取能装置的滑动移位还会导致撞击导线上布设的其它设备引起线路电气短路或是燃爆等事故。为防止线路在线取能装置在导线上滑动移位，传统的方式主要是采取在取能装置与导线之间加塞绝缘衬垫或是在取能装置侧边施加紧固的办法，主要原理为通过增大与导线的接触面来加大摩擦以减小取能装置在导线上滑动移位的风险，但都无法完全规避滑移现象，而且往往还会因摩擦力增大造成对线路导线更大的磨损，不仅实施效果不好，磨损问题也无从解决。

3、为此，迫切需要对输电线路在线取能装置采取行之有效的专门措施，实现在线取能装置在导线上固定不发生滑动移位，设计专门的防滑移组件，结合螺栓加固处理与限位设计，尽可能防止或减少滑动移位所带来的安全影响。同时，考虑到在线取能装置本身重力、防滑移固定组件集中载荷、导线张力等影响因子，建立固定组件的力学模型以及固定组件结构参数与集中载荷的函数关联模型；进一步设计导线安全系数对整个系统的约束策略，确定满足要求的固定组件结构参数组合集，再通过构建防滑移固定组件结构参数评估模型，优化计算提取出满足要求的结构参数最优组合。从而设计出既能紧固取能装置，又对输电导线不会产生影响的防滑移固定组件。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种在线取能装置防滑移固定组件结构参数提取方法，通过构建防滑移固定组件结构参数评估模型，优化计算提取出满足要求的结构参数最优组合，从而设计出既能紧固取能装置，又对输电导线不会产生影响的防滑移固定组件。

2、一种在线取能装置防滑移固定组件结构参数提取方法，该方法实现的步骤包括：

3、步骤一：结合输电线路在线取能装置的应用场景，设计在线取能装置防滑移固定组件的三维结构模型；

4、步骤二：通过分析跨越段导线的受力平衡和张力分布，建立固定组件的力学模型；

5、步骤三：对步骤一的三维结构模型进行数值计算及数据拟合，构建固定组件的结构参数与集中载荷的函数关联模型；

6、步骤四：根据步骤二的力学模型、步骤三的结构参数与集中载荷的函数关联模型和导线安全系数计算约束模型确定满足要求的固定组件结构参数组合集；

7、步骤五：构建固定组件结构参数评估模型，根据步骤四确定的固定组件结构参数组合集，优化计算提取出满足要求的结构参数最优组合。

8、进一步地，所述步骤一中，所述在线取能装置防滑移固定组件的三维结构模型包括上卡座、下卡座、咬合胶层和固定片；所述上卡座和下卡座是两端具有端头的球形镂空结构，上卡座和下卡座通过螺栓与螺母固定在一起后中间形成导线贯穿通道，通道表面均布置有咬合胶层，在组件内部设计有与取能线圈尺寸相匹配的固定片，固定片用于夹紧取能线圈。

9、进一步地，所述步骤二中，通过分析跨越段导线的受力平衡和张力分布，建立固定组件的力学模型过程如下：

10、a)将导线等效为一根处处铰接的柔软链条，即导线仅受轴向张力，而不考虑弯曲力矩；

11、b)导线所受的荷载均指向同一方向并沿导线长度均匀分布，且将整个取能装置及固定组件看作为一个质点；

12、c)以导线处于跨越段为研究对象，根据水平方向力的平衡条件，可知导线上各点处轴向张力的水平分量均应相等，根据垂向力(即荷载方向)受力的平衡条件可知，导线各点的垂向分量等于该点到导线最低点间导线长度与导线自重荷载的乘积，导线上点的张力t表示为：

13、

14、其中，ε为导线单位长度的质量，g为重力加速度，l为导线上的点距离坐标原点o的导线弧长，g为取能装置及固定组件总重力，h为导线的最低点的轴向张力。

15、进一步的，所述步骤三中，将固定组件三维结构模型导入matlab软件，设计固定组件的设计参数与集中载荷的函数关联模型过程如下：

16、将固定组件三维结构模型相关参数导出到matlab工具软件中，通过数值计算及数据拟合，确定固定组件的结构参数与集中载荷的函数关系式为：

17、m＝ρ[αr3+βac(b-r)-δ(r-c)3] (2)

18、g＝ (m+m)g (3)

19、其中，m为固定组件的质量，ρ为固定组件材料的密度，r为固定组件球形部分的半径，a、b、c分别为固定组件端头的长、宽、厚，m为取能装置的质量,r为导线的线径，α、β、δ均为外部环境载荷影响因子。

20、进一步的，所述步骤四中，通过设计导线安全系数约束策略，确定满足要求的固定组件结构参数集的具体过程如下：

21、导线发生最大应力时，应具有一定的安全系数。根据设计规程规定，输电导线的安全系数不应小于2.5，为此设计导线安全系数计算约束模型如下：

22、

23、其中，tp是导线的破坏应力。

24、根据经验计算可得：tp＝λt，且k≥2.5；

25、在设计固定组件过程中，要兼顾输电导线的线径及电磁取能需求，因此根据导线线径及取能需求选择取能线圈的半径，同时固定组件的半径也随之确定。联立上述公式(1)(2)(3)(4)及k≥2.5的约束条件，通过数据解析计算即可获得固定组件的结构参数r及a、b、c的解集ψn：

26、

27、进一步的，所述步骤五中，构建固定组件结构参数评估模型，从n组固定组件结构设计参数集中优化计算提取出满足要求的结构参数最优组合的具体过程如下：

28、根据实际应用场景，固定组件的结构参数数值应满足一定的函数关系，构建固定组件结构参数评估模型如下：

29、

30、其中，与ψ是固定组件结构参数相对导线本体结构的比例系数，其数值由经验获取，当该函数值p∈[1.89，1.90]时，该固定组件的结构参数满足最优比例关系，即找到了结构参数的最优组合；若有多组参数均能满足p∈[1.89，1.90]条件时，遵循降低成本节约资源的理念，选择相对成本较小的结合参数作为最优组合。

31、有益效果：

32、1、本发明提供了一种输电线路在线取能装置防滑动移位固定组件的结构设计参数优化提取方法，针对在线取能装置在导线上出现滑动移位的问题，设计在线取能装置固定组件的三维结构模型，在外观上美观简洁，实用功能上能够最大限度降低风力等外部环境载荷的影响，结构简单，安装方便。

33、2、本发明在固定组件内置的导线通道表面均布置有vhb胶咬合胶层，能够很好抵御由于导线自身发热、紫外线辐射以及环境酸碱污染所引起的对通道结构的物理化学侵蚀破坏，适用于架空输电线路恶劣的户外环境，可延长使用寿命。

34、3、本发明在结构力学设计上考虑到装置本身重力、固定组件集中载荷、导线张力等影响因子，建立固定组件的力学模型以及固定组件的结构参数与集中载荷的函数关联模型，为固定组件的结构力学稳性、可靠性设计提供了理论支撑，并为固定组件的结构参数提取提供了设计输入依据。

35、4、本发明通过设计导线安全系数约束策略，确定满足要求的固定组件结构参数组合集；在此基础上构建固定组件结构参数评估模型，优化计算提取出满足要求的结构参数最优组合。从而确保了设计出既能紧固取能装置，又对输电导线不会产生影响的防滑移固定组件。