[发明专利]一种非接触测量GIS设备位移反演应力的方法

说明书

本发明公开了一种非接触测量GIS设备位移反演应力的方法。GIS设备的高电压特点使得要通过常规的接触式测量来精确测量GIS设备的位移有一定的难度，且容易损坏测量设备。本发明通过非接触式位移摄影测量技术测量GIS设备位移，然后通过位移反演应力方法求解出GIS设备的应力状态和关键部位的受力大小，克服了常规的接触式装置测量GIS设备有一定的难度且容易损坏测量装置的缺陷，从而方便进一步对GIS设备进行实时在线监测和安全评估。

技术领域

本发明所属电力高压配电设备位移测量和应力分析技术领域，特别是一种非接触GIS设备位移测量和位移反演应力的方法。

背景技术

气体绝缘组合电器设备GIS被广泛应用于国内外的电力系统中，一般采用长距离、多段分段拼接架空安装。GIS分段的连接处常常加装波纹管膨胀节，用于对GIS热胀冷缩、基础伸缩等位移进行补偿。GIS设备的尺寸变化方向一般都是沿轴线，GIS设备尺寸变化主要是因温度变化引起的热胀冷缩。在环境温度变化情况下，波纹管膨胀节频繁承受拉伸、压缩和扭曲作用，容易引起疲劳破坏。GIS设备运行中膨胀节时常出现故障，一旦失效将不能有效补偿温度变化引起热胀冷缩位移，致使设备出现壳体焊缝拉裂、支架焊缝开裂、法兰面漏气、波纹管变形失效等问题，严重影响电网设备安全。

GIS设备主体及膨胀节波纹管、法兰、支撑架的受力大小及应力状态直接影响GIS设备的安全和使用寿命，但是GIS设备的应力状态在带电运行状态下不能直接测量。GIS设备的宏观位移是GIS设备应力作用结果的外在表现。GIS设备的高电压特点使得要通过常规的接触式测量来精确测量GIS设备的位移有一定的难度，且容易损坏测量设备。

因此，寻求一种非接触测量GIS设备位移反演应力的方法具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种非接触测量GIS设备位移反演应力的方法，其用于计算GIS设备的应力大小和应力分布，以方便进一步对GIS设备进行实时在线监测和安全评估。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种非接触测量GIS设备位移反演应力的方法，其包括：

步骤一：在GIS设备需要测量位移处安装移动目标靶，距离移动目标靶合适位置处安装用于非接触位移测量的工业相机，位于工业相机视场范围内的基础或固定钢结构支撑上安装固定目标靶；

步骤二：初始化工业相机，将用户需要设定的参数发送给工业相机，实现工业相机的参数设置；

步骤三：将工业相机拍摄到目标靶的图像传输到图像处理系统中；在图像处理系统中，对图像进行预处理，降低图像噪声，减少工业相机标定的误差以及目标靶的误判率；

步骤四：对图像进行图像数据采集与图像降噪处理后，对目标靶图像识别和准确定位，计算出目标靶的圆心；

步骤五：通过对比移动目标靶圆心和固定目标靶的圆心相对位置以及在不同帧之间的变化，计算出移动目标靶的位移量，即GIS设备位移数据；

步骤六：在有限元分析软件中分别建立参数化的固定支撑杆+管母线分析模块、滑动支撑杆+管母线分析模块、普通膨胀节分析模块和自平衡式膨胀节分析模块；

步骤七：根据膨胀节、固定支撑杆、滑动支撑杆及管母线的材料属性，在有限元分析软件中设置材料的相关参数，包括弹性模量、泊松比、密度及热膨胀系数；

步骤八：根据分析对象的类型，法兰盘采用三维实体单元，波纹管和管母线筒体采用二维板壳单元，拉杆、滑动支撑杆和固定支撑杆采用一维梁单元，划分网格，对模型中应力集中部位进行网格细化；

步骤九：对普通膨胀节分析模块和自平衡膨胀节分析模块，膨胀节分析模块的两端创建刚性区域作为接口节点，拉杆和法兰盘的连接点区域根据实际情况进行节点自由度耦合处理，波纹管与法兰盘的连接区域根据实际情况采用多点约束方法（MPC）进行节点自由度连接；