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输电线路多缆除冰子机器人与覆冰检测系统研究

作　者: 刘风坤
导　师: 王茁
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 架空输电线路覆冰载荷除冰机器人监测系统
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来全国各地冰雪灾害不断，尤其是南方的覆冰天气给当地的电力输送系统带来了严重的破坏。针对这一情况，提出了本课题“输电线路多缆除冰子机器人与覆冰检测系统研究”，以用于对架空输电线上的覆冰载荷进行检测和预报，并通过机器人技术实现除冰作业。本文介绍了现有的输电线路覆冰载荷检测系统和除冰机器人的发展现状。提出了除冰机器人机械结构的新方案，并对除冰子机器人的结构进行了详细的研究，主要包括臂上行走机器人的结构设计和伸缩臂的研究。在对输电线路受力分析的基础上，提出了线路覆冰载荷检测算法。确定了输电线路覆冰载荷检测系统的设计方案，并对其上位机系统进行了详细的设计。针对架空输电线路一般采用多线对称布置的特征，除冰机器人采取主从且对称的结构方案。除冰机器人中摩擦伸缩臂机构的设计使得其作业空间从一根输电线缆扩展到了三根，从而大大提高了除冰工作的效率。利用相应的分析软件，分别对伸缩臂工作状态时做出了模态分析和运动学仿真。研究了架空输电线路的覆冰机理；对电线的受力做出详细的分析从而推导出架空输电线路的状态方程及弧垂、线长、应力的计算方法；并在此基础之上结合实测的气候参数、坐标数据以及导线参数等提出了架空输电线路覆冰载荷检测系统所使用的算法。根据所提出的架空输电线路覆冰载荷算法，对线路覆冰载荷检测及危害预报的上位机系统进行了设计。并结合实测的输电线路坐标数据和气候参数进行了仿真实验，验证了检测系统的可行性。用架空钢丝绳模拟架空输电导线进行试验，来验证该算法的精度，找出精度的影响因素为后续的算法改进提供依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-21
  1.1 选题的背景和意义  9-11
    1.1.1 选题背景  9-10
    1.1.2 选题意义  10-11
  1.2 国内外发展概况  11-19
    1.2.1 输电线路覆冰载荷检测系统的国内外发展概况  11-17
    1.2.2 输电线路除冰机器人的国内外发展概况  17-19
  1.3 本文的主要工作  19-21
第2章除冰子机器人结构研究  21-38
  2.1 除冰机器人机械结构方案  21-24
    2.1.1 总体结构方案的确定  21-22
    2.1.2 子除冰机器人结构方案研究  22-23
    2.1.3 除冰方案研究  23-24
  2.2 臂上行走机器人机械结构设计  24-27
    2.2.1 臂上行走机构研究  25-26
    2.2.2 线上行走机构和除冰机构研究  26-27
  2.3 伸缩臂机械结构的研究  27-29
    2.3.1 伸缩原理研究  27-28
    2.3.2 调俯角机构和加持机构研究  28-29
  2.4 伸缩臂工作状态下模态分析和运动学仿真  29-37
    2.4.1 模态分析理论基础  30-31
    2.4.2 基于 ANSYS Workbench 模态分析  31-33
    2.4.3 基于 ADAMS 的运动学仿真  33-37
  2.5 本章小结  37-38
第3章输电线路的覆冰机理与受力研究  38-55
  3.1 覆冰形成机理与雨凇覆冰模型  38-43
    3.1.1 输电线路覆冰的成因和机理  38-41
    3.1.2 输电线路导线的覆冰模型  41-43
  3.2 导线的力学分析  43-48
    3.2.1 悬链线方程  43-46
    3.2.2 抛物线方程  46-48
  3.3 抛物线方程下的弧垂、应力及线长  48-54
    3.3.1 抛物线方程下的弧垂  48
    3.3.2 抛物线方程下的导线应力  48-50
    3.3.3 抛物线方程下的导线长度  50-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章输电线路覆冰载荷的算法研究  55-71
  4.1 输电线路的应力变化状态方程  55-62
    4.1.1 输电线的弹性和温度伸长  55-57
    4.1.2 悬链线状态方程  57-58
    4.1.3 斜抛物线近似状态方程  58-62
  4.2 冰载荷相关量的计算  62-65
    4.2.1 厚度的换算方法  62-63
    4.2.2 比载的定义及计算  63-65
  4.3 线路载荷算法的研究  65-69
    4.3.1 由坐标点求线路载荷  65-68
    4.3.2 由冰厚求线路载荷  68-69
  4.4 本章小结  69-71
第5章输电线路覆冰载荷监测系统研究  71-95
  5.1 基于 LABVIEW 的覆冰载荷监测系统整体架构  71-76
    5.1.1 虚拟仪器的基本组成及构建方法  71-74
    5.1.2 覆冰载荷监测系统框架的构建  74-76
  5.2 覆冰载荷监测系统的上位机设计  76-88
    5.2.1 系统端口设置与串口通信  76-78
    5.2.2 系统数据采集与历史记录  78-81
    5.2.3 系统动态监测与危害预报  81-88
  5.3 覆冰载荷监测系统仿真实验与线路模拟实验  88-93
    5.3.1 上位机仿真实验  88-91
    5.3.2 输电线路空载悬垂模拟实验  91-93
  5.4 本章小结  93-95
结论  95-96
参考文献  96-101
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  101-102
致谢  102

输电线路多缆除冰子机器人与覆冰检测系统研究

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