高压输电工程具有电压等级高、传输容量大、传输距离远特点,随着传感器技术、电子技术和无线通信技术的发展,应用传感器在线监测技术对线路状态进行实时监控,可以及早发现事故隐患并及时予以排除,使线路始终以良好的状态运行。
输电导线的舞动是导线在风激励下产生的一种低频,大振幅自激振荡。近年来,架空输电线舞动的现象频繁发生,涉及几乎所有电压等级的输电线。导线舞动一旦形成,持续时间一般可达数小时,对高压输电线路具有极大的破坏作用,直接威协输电线路的安全运行。因此,基于传感器技术的导线舞动在线监测在高压输电线路在线监测中占有重要地位,它对输电线的安全起到非常关键的作用,能够在输电线路发生舞动事故前,及时发现并发出预警,避免造成重大损失。
目前国内对导线舞动监测多采用视频图像采集和运动加速度测量两种主要技术方案。前者在野外高温、高湿、严寒、浓雾、沙尘等天气条件下,不仅对视频设备的可靠性、稳定性要求很高,而且拍摄的视频图像的效果也会受到影响,在实际使用中只能作为辅助监测手段,无法定量分析导线运动参数;而采用加速度传感器监测导线舞动情况,虽可定量分析输电导线某一点上下振动和左右摆动的情况,但只能测出导线直线运动的振幅和频率,而对于复杂的圆周运动,则无法准确测量。
西安中星测控有限公司专业致力于MEMS技术的惯性传感器的研究与开发,利用MEMS三轴陀螺仪和三轴加速度计组合测量技术,成功解决了导线舞动椭圆运动轨迹测量的难点问题。
CS-IMU-09惯性测量单元是西安中星测控有限公司专门针对高压输电线路导线舞动测量而自主研发的基于MEMS技术的惯性传感器,该产品由三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计构成,内置高性能微处理器,采用捷联惯性姿态算法,可以精确测量导线在三维空间的舞动幅度和频率,以及运动加速度、速度和姿态角度等运动参数,从而为准确描绘出导线检测点的舞动轨迹提供必要数据。该产品具有体积小、功耗低、可靠性高等特点,特别适用于高压输电线路在线监测系统。CS-IMU-09惯性测量单元具体性能指标如下:
1 技术指标
1.1输入电压(VDC) 3.3 1.2输入电流(mA) 23 1.3角度测量精度 (°) <2 1.4加速度测量精度 (g) <0.005 1.5角速率量程(°/s) ±250 1.6角速率带宽(Hz) 50 1.7角速率非线性(﹪FS) <0.2 1.8加速度计量程(g) ±2 1.9加速度计带宽(Hz) 50 1.10加速度计非线性(﹪FS) <0.5 1.11工作温度(℃) -40~+70 2.通信协议 2.1通讯接口类型 USART(电平3V) 2.2数据传送波特率(kbps) 115.2 2.3数据传输方式 串行异步通讯(1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验位) 2.4数据帧格式 输出数据有两类数据帧,舞动轨迹数据帧和舞动特征数据帧。舞动轨迹数据帧同步头为十六进制数7F80,每一帧数据由27个字节构成;舞动特征数据帧同步头为十六进制数807F,每一帧数据由27个字节构成。各输出量分别采用两字节十六进制数补码表示。数据帧格式见表1、表2。 表1 舞动轨迹数据帧格式
字节序号 |
字节类型 |
取值范围 |
1 |
同步字节1 |
7FH(固定值) |
2 |
同步字节2 |
80H(固定值) |
3 |
水平(纵向)加速度(X轴)低8位 |
-32511~32511 |
4 |
水平(纵向)加速度(X轴)高8位 |
5 |
水平(纵向)速度(X轴)低8位 |
-32511~32511 |
6 |
水平(纵向)速度(X轴)高8位 |
7 |
水平(纵向)位移(X轴)低8位 |
-32511~32511 |
8 |
水平(纵向)位移(X轴)高8位 |
9 |
水平(横向)加速度(Y轴)低8位 |
-32511~32511 |
10 |
水平(横向)加速度(Y轴)高8位 |
11 |
水平(横向)速度(Y轴)低8位 |
-32511~32511 |
12 |
水平(横向)速度(Y轴)高8位 |
13 |
水平(横向)位移(Y轴)低8位 |
-32511~32511 |
14 |
水平(横向)位移(Y轴)高8位 |
15 |
垂直加速度(Z轴)低8位 |
-32511~32511 |
16 |
垂直加速度(Z轴)高8位 |
17 |
垂直速度(Z轴)低8位 |
-32511~32511 |
18 |
垂直速度(Z轴)高8位 |
19 |
垂直位移(Z轴)低8位 |
-32511~32511 |
20 |
垂直位移(Z轴)高8位 |
21 |
横滚角低8位 |
-32511~32511 |
22 |
横滚角高8位 |
|
23 |
俯仰角低8位 |
-32511~32511 |
24 |
俯仰角高8位 |
|
25 |
方位角低8位 |
-32511~32511 |
26 |
方位角高8位 |
|
27 |
校验和 |
除同步字外其余字节(3~26字节)累加和的反码 |
表2 舞动特征数据帧格式
字节序号 |
字节类型 |
取值范围 |
1 |
同步字节1 |
80H(固定值) |
2 |
同步字节2 |
7FH(固定值) |
3 |
舞动频率低8位 |
-32511~32511 |
4 |
舞动频率高8位 |
5 |
传感器横向倾斜角低8位 |
-32511~32511 |
6 |
传感器横向倾斜角高8位 |
7 |
传感器纵向倾斜角低8位 |
-32511~32511 |
8 |
传感器纵向倾斜角高8位 |
9 |
传感器方位角低8位 |
-32511~32511 |
10 |
传感器方位角高8位 |
11 |
水平(纵向)舞动振幅低8位 |
-32511~32511 |
12 |
水平(纵向)舞动振幅高8位 |
13 |
水平(横向)舞动振幅低8位 |
-32511~32511 |
14 |
水平(横向)舞动振幅高8位 |
15 |
垂直舞动振幅低8位 |
-32511~32511 |
16 |
垂直舞动振幅高8位 |
17 |
传感器温度低8位 |
-32511~32511 |
18 |
传感器温度高8位 |
19 |
不用 |
0 |
20 |
不用 |
0 |
21 |
不用 |
0 |
22 |
不用 |
0 |
23 |
不用 |
0 |
24 |
不用 |
0 |
25 |
不用 |
0 |
26 |
不用 |
0 |
27 |
校验和 |
除同步字外其余字节(3~12字节)累加和的反码 |
|