一种考虑微地形影响的输电塔振动响应自适应控制装置及方法与流程

本发明专利涉及输电塔减振，具体涉及一种考虑微地形影响的输电塔振动响应自适应控制装置及方法。

背景技术：

1、目前，输电塔是电力传输的重要设施，其稳定运行是电力系统安全稳定运行的重要保障。在强风等恶劣天气条件下，输电塔受到的风荷载显著增加，振动幅度也随之增大。如果输电塔因振动而损坏或倒塌，将导致电力中断，给社会生产和人民生活带来严重影响。因此保障输电塔结构安全稳定至关重要。

2、微地形是指用地规模相对较小，在一定范围内承载树木、花草、水体和园林构筑物等物体的地面及地面起伏状态。在输电塔的建设和运营中，微地形可能包括山丘、沟壑、峡谷、风口等地形特征，这些特征会显著影响局部风速、风向和气流稳定性，尤其风力对输电塔的影响较大：1.动力响应增大：在微地形影响下，风速可能因狭管效应、紊流效应等而显著增大，导致输电塔受到的风荷载增大，进而产生更大的动力响应，如振动、摇晃等；2.结构稳定性降低：输电塔在风荷载、地震等自然力作用下会产生振动，长期累积的振动可能使输电塔的结构稳定性降低，也可能导致结构疲劳、裂纹扩展甚至结构失效，增加倒塌的风险；3.影响供电安全：输电塔作为电力输送的重要支撑结构，其稳定性直接关系到电力系统的安全稳定运行，一旦输电塔因风振而倒塌或损坏，将严重影响供电安全，造成大面积停电等严重后果。

3、综上所述，风致荷载引起的输电塔振动对其影响不容忽视。然而，当前的输电塔运营维护多侧重于防锈蚀处理，对于振动对它的影响，一般在建造之初对其刚度进行调整从而控制其振幅，而在后期运营中极少考虑振幅的影响。

4、因此，为解决上述问题，本发明提供了一种考虑微地形影响的输电塔振动响应自适应控制装置及方法。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，解决微地形风致荷载引起的输电塔振动易造成动力响应增大、结构稳定性降低的问题。本发明提供了一种考虑微地形影响的输电塔振动响应自适应控制装置及方法，具体技术方案如下：

2、一种考虑微地形影响的输电塔振动响应自适应控制装置，包括控制器、供能系统、振动控制系统以及温度调节系统；所述供能系统包括太阳能板、锂电池和驱动装置；所述太阳能板通过驱动装置进行角度调节；所述振动控制系统包括储水箱和若干设置在输电塔各振型转折点的分水箱；所述储水箱内配备有水泵；每个所述分水箱箱体上均设置有振动传感器；所述温度调节系统包括若干组温度传感器和加热器；每个所述分水箱内均设置有一组温度传感器和加热器；所述控制器、供能系统和储水箱均安装在输电塔底座上。

3、优选地，每个所述分水箱底部的出水口处均设置有电动阀门且每个分水箱内均设置有水位计。

4、优选地，所述太阳能板通过连接室安装在底座顶部；所述连接室底部通过万向铰与底座顶部铰接；所述底座侧壁设置有电机安装架；所述驱动装置包括固定在电机安装架上的第一电机，所述第一电机的输出轴设置有涡轮杆；所述连接室靠近涡轮杆一侧的外侧壁水平设置有第一连接杆，所述第一连接杆套设有第一传动齿轮；所述第一传动齿轮与涡轮杆啮合，实现太阳能板竖直方向上的翻转；所述连接座内设置有锂电池和第二电机；所述第二电机的输出轴套设有第二传动齿轮；所述连接室顶壁设置有通孔；所述太阳能板底部设置有轴承座和第三连接杆，所述第三连接杆的一端与轴承座内的轴承转动连接，所述第三连接杆的另一端贯穿通孔进入连接室内且第三连接杆对应于第二传动齿轮的位置套设有第三传动齿轮；所述第三传动齿轮与第二传动齿轮啮合，实现太阳能板水平方向上的转动。

5、优选地，所述供电系统、振动传感器、温度传感器、水泵、电动阀门、加热器和水位计均与控制器电控连接。

6、优选地，所述储水箱与若干分水箱之间通过水管依次串连；所述水管安装在输电塔构件角铁的内部；所述储水箱的容量大于若干所述分水箱容量之和的两倍。

7、还优选地，当夏季或环境温度高于30℃时，各个分水箱内的温度传感器向控制器发送信号并通过间歇向各个分水箱注水或排空，使水流沿着水管流动，为输电塔构件降温；

8、当冬季或环境温度低于0℃时，各个分水箱内的温度传感器向控制器发送信号，控制器控制各个分水箱内的加热器加热并将水温维持在10℃以上，使各个分水箱所在区域的覆冰融化，利用重力作用和热传导效应，带动各个分水箱所在区域下方的覆冰融化，清除输电塔构件表面的覆冰。

9、一种考虑微地形影响的输电塔振动响应自适应控制方法，采用权利要求1至6任一项所述的考虑微地形影响的输电塔振动响应自适应控制装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

10、s1.供电系统采集电量；

11、s2.确定输电塔各振型的转折点并在各个转折点处设置分水箱；

12、s3.测算分水箱全部为空载时，各个分水箱的振幅值；

13、s4.分别根据环境激励作用或风致激励作用向分水箱内注入不同体积的水量，以减小各个分水箱所在位置的振幅值；

14、s5.测量注水后各个分水箱的振幅值是否较原振幅值减小20％以上，若符合，则维持当前状态；若不符合，继续注水，重复s4直至各个分水箱所在位置的振幅值符合减振要求为止。

15、进一步优选地，所述s1具体包括以下子步骤：

16、s1.1太阳能板的初始位置朝东，在初始位置采集15分钟太阳能，测量初始位置太阳能板转换的电流及电压强度；

17、s1.2将太阳能电池板朝西转动2°并采集1分钟的太阳能，若当前位置采集的电流及电压强度弱于调整角度前1分钟内的电流及电压平均值，则将太阳能板转回调整角度之前的位置继续采集15分钟的太阳能；

18、若当前位置采集的电流及电压强度强于调整角度前1分钟内的电流及电压平均值，则在当前位置采集15分钟的太阳能；

19、s1.3每间隔15分钟将太阳能板向西转动2°并重复s1.2。

20、还进一步优选地，所述s2具体包括以下子步骤：

21、s2.1通过有限元软件及振动传感器检测数据，建立输电塔的数值模型；

22、s2.2.采用s2.1中的数值模型进行模态分析，得出输电塔的振型；

23、s2.3.根据输电塔的振型确定各振型的转折点并在各转折点处设置分水箱。

24、更进一步优选地，所述s4中在环境激励作用下各个分水箱注水子步骤如下：

25、s4.1.1将储水箱内的水通过水泵泵送至位于输电塔最顶部的分水箱内同时打开各个分水箱底部的电动阀门；

26、s4.1.2然后由位于输电塔最顶部的分水箱从上至下依次向下方的各分水箱内注水，直至各个分水箱内的注水量占箱体体积的20％，关闭各个分水箱底部的电动阀门并维持当前状态即可；

27、所述s4中在风致激励作用下各个分水箱注水子步骤如下：

28、s4.2.1将底部储水箱泵送水至输电塔最顶部的分水箱内，根据s3测得的各个分水箱的振幅值，通过位于输电塔最顶部的分水箱从上至下依次向下方的各分水箱内注水；其中，振幅值最大处的分水箱注水量占该箱体体积的90％，振幅值最小处的分水箱注水量占该箱体体积的20％，其他分水箱以振动幅值为依据，采用线性插值确定其注水量；

29、s4.2.2再次测量s4.2.1完成注水后各个分水箱的振幅值，若振幅值较注水前减小幅度大于20％，则维持当前状态；否则，继续向各个分水箱内注水，每次注水量增加5％，再次测量各个分水箱的振幅值，直至振幅值较注水前减小幅度大于20％，结束注水并保持当前状态。

30、本发明的有益效果是：

31、1.本发明结构简单、施工成本低，通过在输电塔各振型的转折点处设置分水箱，通过调整各分水箱内的储水量，能够很好的分散和吸收振动能量，减少振动对塔体的直接冲击，有效控制输电塔在风致激励或环境激励下的振动幅度，降低因振动过大导致的结构损伤风险；

32、2.本发明通过在分水箱内设置水位计，可实时监测各分水箱的水位变化，为控制器提供准确的数据支持，确保振动控制效果的准确性和可靠性，结合水泵、电动阀门等组件，实现水流的自动化控制和调节，无需人工干预即可根据实时振动情况进行动态调整；

33、3.本发明通过在分水箱内设置温度传感器和加热器，有效解决夏季或冬季特殊环境下，环境温度对输电塔构件的影响，一方面可以为输电塔构件实现降温效果，另一方面在低温环境下加热器可对箱内水进行加温，避免输电塔构件表面的覆冰，进而影响输电塔的结构性能，有效降低了输电塔损坏的风险，进而满足其更加稳定的服役状态。