導線運動狀態識別和導線傾角參量采樣策略技術研究

殷蔚翎 何思陽 王帥 黃力 陳浩 尹學兵 郭莉薩 朱彬

摘?要：在輸電線路覆冰監測中，為保證傳感器測量的精確性，故引入導線運動狀態識別概念，實現在穩定狀態下對輸電線路力學參數進行采樣的目的。本文通過模擬導線運動狀態試驗，分析導線運動狀態，判斷導線運動狀態是否滿足傳感器的采樣條件，并提出相應的導線傾角參量采樣策略，從而保證采樣數據的準確性。

關鍵詞：導線運動;傾斜角度;覆冰;采樣

由于輸電線路導線極易受風荷載的影響，為了達到在穩定狀態下實現對輸電線路力學參數進行采樣的目的，故提出輸電線路導線運動狀態識別概念。[1-3]導線在運動過程中會在風偏方向呈現一定幅度的擺角，依據其擺角變化的幅度我們對其運動狀態進行分析，判斷導線是否滿足準確采樣的條件。當導線處于大幅度運動狀態時（風偏方向角度擺角過大），對采樣數據進行合理性分析，依次對數據進行篩選處理，最后上傳合理性的數據。為保證采樣數據的準確性，不滿足條件的采樣需要進行重新采樣并且上報采樣故障編碼。

1 導線運動狀態識別分析

導線運動狀態識別技術的主要目的是通過對導線風偏角的測量將導線運動狀態分為靜態和動態兩種狀態。由于導線的運動狀態會影響傾角傳感器傾角數據采樣的準確性，為保證能夠采集到相對準確的角度數據，需要對傳感器進行動態試驗分析，并且評估傳感器在動態條件下所測角度數據的準確性。在采樣過程中，傾角傳感器也會受到外界環境因素的干擾，故在硬件設計上使用4階濾波放大電路，過濾傳感器的輸出數據，保證數據輸出的穩定性。

2 傾角傳感器動態角度采樣性能測試

在上部分內容中提出，在導線運動狀態時需要對傳感器進行動態試驗分析，故在此使用一種自由單擺簡諧運動對導線的運動狀態進行模擬試驗，在大擺幅角度下檢測傾角傳感器輸出數據的準確性。

試驗條件：采樣頻率4Hz，被測量物擺幅角度15°，常溫（25℃）環境，測量風偏方向的擺幅角度，試驗數據得出曲線如圖1。實驗結果分析：在15°大擺幅角度下所測量得到的傳感器角度變化曲線可以看出，傳感器輸出角度隨被測量物擺幅角度變化而呈現出有規律的衰減變化。擺幅角度越大，所測量得到的角度值偏離靜態角度值也就越大;傾斜方向擺幅變化曲線衰減較為快速。

根據上述數據可知，自由單擺運動狀態下的傳感器所測量得到的角度值在靜態運動狀態下所測量得到的角度值范圍進行上下波動變化，可以使用角度去極值平均算法對采樣數據進行處理。為保證在運動狀態下測量數據的有效性，取15s采樣數據為樣本進行角度數據滑動平均處理，滑動均值角度變化曲線圖如圖2所示。

采用去極值平均值算法后所得到的角度變化曲線如圖3所示，從動態角度變化曲線圖中可以看出風偏角取均值后波動偏差范圍保持在0.025°范圍以內，傾斜角度波動跳變范圍保持在0.035°范圍以內。根據上述數據我們可知，傾角傳感器通過硬件增加濾波電路，并且將數據經過軟件處理后，可以將動態的被測物進行相對準確的角度測量，同時也符合實際測量導線運動角度的要求。

為保證試驗數據的有效和準確性，動態角度測量試驗進行多次用于避免試驗的偶然性，重復試驗數據表格如下表所示。從模擬導線運動狀態試驗數據分析得出，傳感器在測量15°擺幅范圍的動態被測物時能夠輸出相對準確的角度數據。在實際中導線運動產生的擺幅范圍比模擬選定的15°擺幅范圍要小很多，但是由于導線運動狀態不能完全理想的比作自由單擺簡諧運動，因而在導線運動狀態下所測量得到的真實角度差略大于理論測量的偏差值。

3 導線傾角參量采樣策略

在實際運行環境中，導線運動狀態不能完全比作自由單擺簡諧運動，為了提高數據處理的精確度，需要完善導線傾角參量采樣策略，同時對所需的采樣數據進行合理干預。

3.1 數據采樣過程

1）連續采樣，在15s采樣時間里，保證采樣頻率4Hz不變的條件下，連續采集60組角度樣本數據。

2）如果在15s的采樣時間里，傳感器采集角度數據的數量不足60組，則設定傳感器采樣故障，并且上傳故障編碼，準備重新采樣，如連續三次采樣失敗，則上報傳感器故障編碼。

3.2 采樣數據處理

1）對樣本數據進行合理性分析，對數據按大小排序，剔除4組（幾組數據可設定）極大極小值共8個數據，檢查剩余采樣值的極差范圍。

2）在上述條件滿足的情況下，對剩余風偏角采樣值進行求算數平均值處理，對比風偏角度動靜態角度差值，若在門檻值范圍之內則對剩余的風偏以及傾斜角度求算數平均值作為最終采樣值進行上送。

若上述兩條采樣條件任意一條都不滿足，則需要上報采樣故障編碼并且重新開始采樣。

總的來說，導線傾角參量采樣策略上通過連續角度采樣消除角度瞬時值偏差;后續在軟件上對角度樣本數據進行分析處理，分析采集到的風偏角樣本數據得到導線的運動狀態，判斷本次采樣是否滿足測量條件的要求，在滿足要求的情況下對風偏角度以及傾斜角度進行求算數平均值處理，最終上傳平均值角度數據，否則上報采樣失敗編碼，并且重新采樣。

4 結論

本文通過引入導線運動狀態識別概念，實現在穩定狀態下對輸電線路力學參數進行采樣的目的。經過模擬導線運動狀態試驗可知，傾角傳感器測量15°擺幅角度變化的被測量物能夠得到相對準確的角度值。在實際中，導線運動狀態受環境因素干擾較大，為使傳感器滿足動態角度測量要求，需要對傳感器的采樣數據進行合理性分析和處理。最后通過實施導線傾角參量采樣策略在特定的條件下，采集數據并經過數據處理得到合理準確的風偏角度值。

參考文獻：

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