一種電力線重力衝擊除冰裝置及其應用的製作方法
2023-05-15 02:21:11
專利名稱：一種電力線重力衝擊除冰裝置及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電カ線除冰裝置及應用。
背景技術：
我國電能的需求和使用主要集中在東部沿海地區，而發電等能源基地卻遠離用戶地區，主要集中在中西部地區，這樣的能源分布決定了我國需要大電網長距離的輸送電力能源，未來5年國家電網計劃投資2500億美元，建設聯接中國大型能源基地和主要用電負荷中心的「三縱三橫」結構的特高壓骨幹網架。架空線高壓輸電是電カ能源輸送的最主要方式，我國架空高壓輸電網遍布全國各地，架空輸電線路長，氣候條件複雜，線路覆冰嚴重影響電網安全和國民經濟發展和人民生活水平，2005年2月7日到16日，華北電網遭遇了ー場十分罕見的冰凍災害，造成500KV和220KV等電壓等級多條輸電線路嚴重損壞，造成長時間大面積停電事故，嚴重影響了エ農業生產和人民生活。2008年初，我國南方連續冰凍災害，使大面積高壓輸電線路覆冰，覆冰導致大量杆塔損毀、輸電線斷線，輸電線路覆冰不均勻和脫冰不同期引起輸電線路舞動現象，造成大量輸電線路杆塔倒塌，給全國エ農業生產和人民生活造成了嚴重影響，直接損失1516億；僅南方電網斷線倒塔27萬座，直接損失200多億，斷電搶修ー個多月，三名職エ犧牲，電氣化鉄路交通停運，數百萬人受困路途，傷痛記憶猶新。輸電線路覆冰會造成十分嚴重的災難，大面積輸電設施的損毀修復難度大且周期長，輸電線路大面積覆冰後，除冰工作十分艱苦甚至危險，進度十分緩慢。輸電線路除冰一直是全世界的一大技術難題，98年美國雪災，僅新英格蘭ー個地區電網損失50億美元。國內外目前已經應用的除冰方法有三十多種，但歸納起來主要有ニ類，一類是熱力除冰，另ー類是機械除冰。熱カ除冰主要利用熱源加熱除冰，最常用的是電流加熱電カ線路除冰，電流加熱除冰主要有改變潮流分配加熱電カ線除冰、施加直流電流加熱電カ線除冰、施加高頻電流加熱電カ線除冰、利用短路電流加熱電カ線除冰等，這類除冰方法的缺點是要停電除冰影響正常供電，除冰需要消耗大量能源。機械除冰主要利用機械カ破碎電カ線上的覆冰除冰，其中之ー是人工器械敲擊電力線除冰，除冰工作十分艱苦甚至危險，進度十分緩慢；第二是利用各種機械設備除冰，如電カ線振動除冰、在線機器人除冰等，電カ線振動除冰在兩個杆塔之間的電カ線上安裝機電振動器振動電カ線除冰，振動器發出的機械振動由電カ線向兩端傳送，由於電カ線路比較長，振動傳送的距離有限，所以這種振動除冰方法的除冰效果並不理想，而且振動除冰所需要的連續電力能源供給比較困難。目前國內外都在研究在線機器人除冰技術，機器人除冰技術存在跨越電カ線路障礙困難，價格昂貴，供能供電不足影響除冰效果等除冰技術難題，由於技術和造價等方面的影響目前還沒有實用化。
發明內容
由於電カ線除冰仍然是一個困擾全世界的技術難題，針對以上背景技術所列除冰技術存在的各種問題，本發明提供了ー種電カ線重力衝擊除冰裝置及應用，可利用電カ線、工作電流電磁感應獲取能量並儲能供電，間歇性的控制電磁重力衝擊器向上提升或者向下釋放重物對電カ線產生重力衝擊，電カ線受到重力衝擊後就會發生形變，擠壓和彈振其上的覆冰，完成除冰任務。為達到以上目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的ー種電カ線重力衝擊除冰裝置，其特徵在於，包括一個掛接在兩桿塔之間電カ線上電磁重力衝擊器、ー個利用電カ線電流電磁感應獲得能量的電磁感應線圈,所述電磁感應線圈連接有儲能電源，該儲能電源的輸出分為兩路，一路連接電磁重力衝擊器，另一路連接控制器、傳感器模塊和無線通信模塊；所述控制器的輸入連接傳感器模塊和無線通信模塊，控制器依據從傳感器獲得的氣象信息和電カ線狀態信息或從無線通信模塊獲得的聯網通信信息和控制命令向儲能電源發送控制信號，控制儲能電源對電磁重力衝擊器中電磁驅動器的電磁部分供電和斷電，間歇性的控制電磁重力衝擊器對電カ線產生重力衝擊，彈振、擠壓電力線上的覆冰或者/和彈振、甩振電カ線上的凍雨水分。
上述方案中，所述的電磁重力衝擊器包括一個重物、一個防凍外殼、一個由靜止部分和運動部分牽引端構成的電磁驅動器，所述電磁驅動器的靜止部分與防凍外殼相連並掛接在電カ線上，電磁驅動器的運動部分牽引端連接重物，所述電磁驅動器的電磁部分置於靜止部分中並與儲能電源電連接，由儲能電源控制對該電磁部分供電或者斷電，控制電磁驅動器的運動部分牽引端向上提升重物或者向下釋放重物對電カ線產生重力衝擊。所述的儲能電源包括連接電磁感應線圈輸出的整流濾波單元，整流濾波單元的輸出連接DC/DC變換器和電容器，DC/DC變換器的輸出與控制器、傳感器模塊和無線通信模塊相連；電容器連接控制開關，控制開關的輸出連接電磁重力衝擊器中電磁驅動器的電磁部分，控制開關的輸入與控制器的輸出相連以獲取控制信號；所述的儲能電源還可包括連接電磁感應線圈輸出的固態繼電器開關電路，固態繼電器開關電路連接感應能量控制單元，感應能量控制單元連接整流濾波單元，感應能量控制単元通過整流濾波單元判斷感應能量大小，使固態繼電器開關電路導通或者關斷，控制電磁感應線圈輸出電能或者停止輸出電能給儲能電源。所述的儲能電源還可包括連接電磁感應線圈輸出的保護電路。所述的傳感器模塊至少包括有溫度傳感器、溼度傳感器、電カ線覆冰量或覆冰厚度傳感器。ー種前述的電カ線重力衝擊除冰裝置的應用，其特徵在於，在容易發生覆冰的輸電線路的每兩個杆塔之間的電カ線上至少安裝ー個重力衝擊除冰裝置，每個重力衝擊除冰裝置都有一個無線通信模塊，相鄰之間可以進行無線通信，整條輸電線路上的這些重力衝擊除冰裝置通過相鄰之間的無線通信相互轉接組成一個無線通信網絡，沿電カ線可以進行長距離無線網絡互聯通信。本發明與現有技術相比，具有以下優點I)可以在不影響電カ線供電的情況下進行除冰，避免了停電除冰造成的重大經濟損失和影響エ農業生產和人們生活。2)除冰消耗的能源很少，既節能又環保。3)價格低廉，容易大面積推廣應用。4)不受地理環境條件限制，適用性強。
此外，本發明重力衝擊除冰裝置在凍雨和冰雪天氣時可以用來降低電カ線結冰速度，延緩和防止電カ線結冰。該裝置可以用來控制和防止輸電線路的風擺和舞動。
圖I為本發明電カ線重力衝擊除冰裝置的結構原理示意圖。圖2為圖I中的儲能電源的結構原理示意圖。圖3為圖I中的電磁重力衝擊器的結構原理示意圖。圖4為電カ線重力衝擊除冰裝置在電カ線路安裝和無線通信組網結構原理示意圖。圖I至圖4中1、電カ線；2、電磁感應線圈；3、靜止部分；4、防凍外殼；5、電磁驅動器；6、運動部分牽引端；7、重物；8、重力衝擊除冰裝置；9、杆塔；10、無線通信、②電源 輸出；③控制信號。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進ー步的詳細說明。如圖I所示，ー種電カ線重力衝擊除冰裝置，包括ー個電磁感應線圈2、一個儲能電源、一個電磁重力衝擊器、一個控制器、一個傳感器模塊和一個無線通信模塊。電磁感應線圈2利用電カ線I電流電磁感應獲得能量，電磁感應線圈連接儲能電源，儲能電源儲存電能，儲能電源的電源輸出①連接電磁重力衝擊器中的電磁驅動器的電磁部分，儲能電源另一個電源輸出②與控制器、傳感器模塊和無線通信模塊相連，為他們提供工作電能。控制器與儲能電源、傳感器模塊和無線通信模塊相連。控制器通過傳感器模塊獲得氣象信息或電力線狀態信息(氣象信息包括環境溫度、溼度；電カ線狀態信息包括電カ線力學、形變、覆冰量和覆冰厚度等)；通過無線通信網絡獲得聯網通信信息和控制命令，控制器依據獲得的傳感器信息或者無線通信控制命令向儲能電源發送控制信號③，控制儲能電源對電磁重力衝擊器中的電磁驅動器電磁部分供電和斷電。電磁重力衝擊器機械連接(掛接)在兩個杆塔之間的電カ線I上。通過對電磁重力衝擊器中的電磁驅動器電磁部分供電和斷電，間歇性的控制電磁重力衝擊器向上提升和向下釋放重物對電カ線產生重力衝擊，電カ線受到重力衝擊後發生形變，就會擠壓和彈振其上的覆冰，達到除冰目的。圖I中的傳感器模塊可包括氣象環境溫度和溼度傳感器、電カ線應カ和形變傳感器、電カ線覆冰量和覆冰厚度傳感器。傳感器把感測到的氣象環境溫度、溼度、線路力學、形變、覆冰量和覆冰厚度等信息輸出給控制器，控制器進行處理，向儲能電源發出控制要求，控制儲能電源對電磁重力衝擊器中的電磁驅動器的電磁部分供電和斷電，控制重力衝擊除冰裝置自動進行除冰工作。如圖2所示，儲能電源由保護電路、固態繼電器開關電路、感應能量控制、整流濾波、電容儲能、控制開關等電路、以及DC/DC變換器組成。電磁感應線圈的輸出連接整流濾波，整流濾波連接電容器和DC/DC變換器，DC/DC變換器的輸出連接控制器、傳感器模塊和無線通信模塊，為它們提供工作電能；電容器連接控制開關，控制開關的輸出(電源輸出①)連接電磁重力衝擊器中的電磁驅動器電磁部分。控制開關的輸入與控制器的輸出相連以獲取控制信號③。電磁感應線圈2為穿心式電流互感器結構，電カ線I為一次穿心母線，二次線圈的輸出經過整流濾波變成直流，由電容器儲存電能，控制開關按照控制器(如圖I所示)發送給儲能電源的控制信號③對電磁重力衝擊器中的電磁驅動器電磁部分(如圖3所示)進行控制供電或者斷電，控制電磁重力衝擊器向上提升重物或者向下釋放重物對電力線產生重力衝擊。電磁感應線圈的輸出還連接有保護電路和固態繼電器開關電路。固態繼電器開關電路連接感應能量控制，感應能量控制連接整流濾波。感應能量控制通過整流濾波電壓大小判斷感應能量大小，控制固態繼電器開關電路導通或者關斷，控制電磁感應線圈輸出電能或者停止輸出電能給儲能電源，達到控制儲能能量大小。保護電路用於防止和消除感應脈衝衝擊，保護後續電路安全。如圖3所示，電磁重力衝擊器由電磁驅動器5、重物7和防凍外殼4組成。電磁驅動器的電磁部分連接儲能電源，電磁驅動器的運動部分牽引端6連接重物7，電磁驅動器的靜止部分3與防凍外殼相連接並和電カ線I相連接(掛接)。由儲能電源控制對電磁驅動器的電磁部分供電或者斷電，控制電磁重力衝擊器中的電磁驅動的運動部分向上提升重物或者向下釋放重物對電カ線產生重力衝擊，達到除冰目的。防凍外殼把電磁驅動器和重物密封防止冰凍阻礙電磁驅動器的運動部分牽引重物運動。電磁驅動器可以用長行程牽引電磁鐵實現，或者用直線電動機實現，或者用電磁操作的機械機構實現。如圖4所示，在容易發生覆冰的輸電線路的每兩個杆塔9之間的電カ線I上至少安裝ー個重力衝擊除冰裝置8，每個重力衝擊除冰裝置都有一個無線通信模塊，相鄰之間可以進行無線通信，整條輸電線路上的這些重力衝擊除冰裝置8通過相鄰之間的無線通信10相互轉接組成一個無線通信網絡，沿電カ線可以進行長距離無線網絡互聯通信。無線通信網絡可以對輸電線路上的重力衝擊除冰裝置提供無線通信，也可以對輸電線路上的其它在線檢測設備提供無線通信。重力衝擊除冰裝置通過無線通信網絡的控制進行除冰工作，或者依據自身的傳感器獲得的氣象環境溫度、溼度、電カ線力學、形變、覆冰量和覆冰厚度等信息自動控制進行除冰工作。本發明的除冰原理是，在重力作用下兩個杆塔9之間的電カ線I和其上的覆冰形成一個弧線(弧垂)，當重力衝擊電力線時就會向下拉動電カ線改變已經形成的弧線(弧垂)形狀，就會對覆冰在衝擊受力點產生向下擠壓，在受力點兩邊的電カ線會對覆冰產生向上彈振，電カ線上的脆性覆冰就會破碎和甩振脫離電カ線。電カ線可以把衝擊カ傳送到離受カ點比較遠的地方，所以這種除冰方法的除冰效果比較好。本發明還可以用來延緩電力線結冰速度，在重力衝擊向下拉動電力線改變已經形成的弧線形狀時對下落在電カ線上的凍雨水分和冰雪進行彈振和甩振，使凍雨水分和冰雪脫離電カ線，降低電カ線結冰速度，達到延緩和防止電カ線結冰的目的。本發明還可以用來控制和防止輸電線路的風擺和舞動。權利要求
1.一種電力線重力衝擊除冰裝置，其特徵在於，包括一個掛接在兩桿塔之間電力線上的電磁重力衝擊器、一個利用電力線電流電磁感應獲得能量的電磁感應線圈，所述電磁感應線圈連接有儲能電源，該儲能電源的輸出分為兩路，一路連接電磁重力衝擊器，另一路連接控制器、傳感器模塊和無線通信模塊；所述控制器的輸入連接傳感器模塊和無線通信模塊，控制器依據從傳感器獲得的氣象信息和電力線狀態信息或從無線通信模塊獲得的聯網通信信息和控制命令向儲能電源發送控制信號，控制儲能電源對電磁重力衝擊器中電磁驅動器的電磁部分供電和斷電，間歇性的控制電磁重力衝擊器對電力線產生重力衝擊，彈振、擠壓電力線上的覆冰或者/和彈振、甩振電力線上的凍雨水分。
2.如權利要求I所述的電力線重力衝擊除冰裝置，其特徵在於，所述的電磁重力衝擊器包括一個重物、一個防凍外殼、一個由靜止部分和運動部分牽引端構成的電磁驅動器，所述電磁驅動器的靜止部分與防凍外殼相連並掛接在電力線上，電磁驅動器的運動部分牽引端連接重物，所述電磁驅動器的電磁部分置於靜止部分中並與儲能電源電連接，由儲能電源控制對該電磁部分供電或者斷電，控制電磁驅動器的運動部分牽引端向上提升重物或者向下釋放重物對電力線產生重力衝擊。
3.如權利要求I所述的電力線重力衝擊除冰裝置，其特徵在於，所述的儲能電源包括連接電磁感應線圈輸出的整流濾波單元，整流濾波單元的輸出連接DC/DC變換器和電容器，DC/DC變換器的輸出與控制器、傳感器模塊和無線通信模塊相連；電容器連接控制開關，控制開關的輸出連接電磁重力衝擊器中電磁驅動器的電磁部分，控制開關的輸入與控制器的輸出相連以獲取控制信號。
4.如權利要求3所述的電力線重力衝擊除冰裝置，其特徵在於，所述的儲能電源包括連接電磁感應線圈輸出的固態繼電器開關電路，固態繼電器開關電路連接感應能量控制單元，感應能量控制單元連接整流濾波單元，感應能量控制單元通過整流濾波單元判斷感應能量大小，使固態繼電器開關電路導通或者關斷，控制電磁感應線圈輸出電能或者停止輸出電能給儲能電源。
5.如權利要求3或4所述的電力線重力衝擊除冰裝置，其特徵在於，所述的儲能電源包括連接電磁感應線圈輸出的保護電路。
6.如權利要求I所述的電力線重力衝擊除冰裝置，其特徵在於，所述的傳感器模塊至少包括有溫度傳感器、溼度傳感器、電力線覆冰量或覆冰厚度傳感器。
7.—種權利要求I所述的電力線重力衝擊除冰裝置的應用，其特徵在於，在容易發生覆冰的輸電線路的每兩個杆塔之間的電力線上至少安裝一個重力衝擊除冰裝置，每個重力衝擊除冰裝置都有一個無線通信模塊，相鄰之間可以進行無線通信，整條輸電線路上的這些重力衝擊除冰裝置通過相鄰之間的無線通信相互轉接組成一個無線通信網絡，沿電力線可以進行長距離無線網絡互聯通信。
全文摘要
本發明公開了一種電力線重力衝擊除冰裝置，包括掛接在兩桿塔之間電力線上電磁重力衝擊器、利用電力線電流電磁感應獲得能量的電磁感應線圈，電磁感應線圈連接有儲能電源，該儲能電源的輸出分為兩路，一路連接電磁重力衝擊器，另一路連接控制器、傳感器模塊和無線通信模塊；控制器的輸入連接傳感器模塊和無線通信模塊，控制器依據從傳感器獲得的氣象信息和電力線狀態信息或從無線通信模塊獲得的聯網通信信息和控制命令向儲能電源發送控制信號，控制儲能電源對電磁重力衝擊器中電磁驅動器的電磁部分供電和斷電，間歇性的控制電磁重力衝擊器對電力線產生重力衝擊，彈振、擠壓電力線上的覆冰或者和彈振、甩振電力線上的凍雨水分。
文檔編號H02G7/16GK102638021SQ20121010325
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者何文林, 何月, 劉曉暉 申請人:西安交通大學