Ocena stanu technicznego konstrukcji wsporczych linii
elektroenergetycznych
Rozprawa doktorska podejmuje problematykę detekcji oraz lokalizacji uszkodzeń konstrukcji wsporczych linii elektroenergetycznych przy wykorzystaniu zjawisk drganiowych. Potrzeba monitoringu infrastruktury przesyłowej jest zagadnieniem niezmiernie ważnym dla gospodarki zarówno danego regionu jak i całego państwa. Dlatego też zastosowanie systemów monitorujących pozwala uniknąć przerw w dostawach prądu jak również zaplanować konieczne prace remontowe pozwalające zapewnić ciągłość dostaw energii elektrycznej.
W pracy zaproponowany został algorytm detekcji oraz lokalizacji uszkodzeń przy wykorzystaniu metody elementów skończonych (MES). Rozwiązuje on uproszczone zadanie odwrotne, pozwalające na zidentyfikowanie stanu badanego obiektu na podstawie pomiarów jego parametrów dynamicznych, a także umożliwia on optymalizowanie konstrukcji. Jego poprawne działanie zostało zweryfikowane zarówno w badaniach symulacyjnych jak również w badaniach laboratoryjnych modelu słupa elektroenergetycznego, który umożliwiał symulowanie uszkodzeń poszczególnych elementów ustroju kratowego.
Sformułowano także model dyskretno-ciągły konstrukcji wsporczej z dołączonymi przewodami uwzględniający zmiany własności badanego układu z zastosowaniem teorii dystrybucji. Na podstawie opracowanego opisu matematycznego przyjętego modelu wyznaczono zagadnienie własne i rozwiązano problem początkowo-brzegowy, uwzględniający oddziaływanie sił zewnętrznych powodujących drgania poprzeczne badanego układu.
Omówiono metodę wydzielenie przebiegu drgań swobodnych z sygnału, który jest sumą drgań swobodnych oraz losowych, a następnie zastosowano ją do identyfikacji parametrów modalnych rzeczywistego obiektu poddanego obciążeniu wiatrem. W pracy przedstawione zostały także teoretyczne podstawy identyfikacji układów nieliniowych z wykorzystaniem transformaty Hilberta. Opracowany aparat matematyczny zastosowano do analizy odpowiedzi dynamicznych obiektów rzeczywistych: modelu laboratoryjnego (fizycznego) słupa oraz przemysłowej konstrukcji wsporczej znajdującej się w ciągłej eksploatacji. Dokonano identyfikacji parametrów modalnych na podstawie odpowiedzi układu. W przypadku modelu laboratoryjnego możliwe było symulowanie uszkodzeń poszczególnych elementów kratownicy i ich wpływu na zmianę wyznaczanych wielkości dynamicznych.
The doctoral dissertation concerns the issues related to vibration-based damage detection and localization in overhead power lines supporting structures. Monitoring the condition of transmission infrastructure is of key importance not only for certain regions but also for the entire countries. Therefore application of monitoring systems makes it possible to avoid power blackouts and to plan necessary maintenance ensuring a continuous supply of electrical power.
The Author proposed novel algorithm for fault detection and localization with the application of the finite element method (FEM). The algorithm solves the simplified inverse problem, making it possible to assess the technical state of the considered system on the basis of its dynamic parameters and optimize its construction. Correctness of the algorithm performance was verified in the course of the numerical simulations and experimental research carried out for a laboratory model of the power tower.
The further part of dissertation concerns formulation of the discrete-continuous model of power tower with the cables attached taking the advantage of the theory of distribution. On the basis of the development mathematical description of the assumed model, the eigen problem was formulated and the initial-boundary problem was solved taking into account the influence of external forces exciting lateral vibration of the considered system.
Finally, the theoretical background of nonlinear system identification with the application of Hilbert transform was presented. Developed mathematical formulation was used for the purpose of analyzing dynamic responses of real object: a laboratory (physical) model of power tower and industrial supporting structure under continuous exploitation. Modal parameters were identified on the basis of measured system responses. In case of the laboratory model it was possible to simulate damages of individual truss elements and assess their impact on changes in the system dynamic parameters.
