CN102638021A - 一种电力线重力冲击除冰装置及其应用 - Google Patents

一种电力线重力冲击除冰装置及其应用 Download PDF

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本发明公开了一种电力线重力冲击除冰装置，包括挂接在两杆塔之间电力线上电磁重力冲击器、利用电力线电流电磁感应获得能量的电磁感应线圈，电磁感应线圈连接有储能电源，该储能电源的输出分为两路，一路连接电磁重力冲击器，另一路连接控制器、传感器模块和无线通信模块；控制器的输入连接传感器模块和无线通信模块，控制器依据从传感器获得的气象信息和电力线状态信息或从无线通信模块获得的联网通信信息和控制命令向储能电源发送控制信号，控制储能电源对电磁重力冲击器中电磁驱动器的电磁部分供电和断电，间歇性的控制电磁重力冲击器对电力线产生重力冲击，弹振、挤压电力线上的覆冰或者和弹振、甩振电力线上的冻雨水分。

Description

一种电力线重力冲击除冰装置及其应用
技术领域
本发明涉及一种电力线除冰装置及应用。
背景技术
我国电能的需求和使用主要集中在东部沿海地区，而发电等能源基地却远离用户地区，主要集中在中西部地区，这样的能源分布决定了我国需要大电网长距离的输送电力能源，未来5年国家电网计划投资2500亿美元，建设联接中国大型能源基地和主要用电负荷中心的“三纵三横”结构的特高压骨干网架。架空线高压输电是电力能源输送的最主要方式，我国架空高压输电网遍布全国各地，架空输电线路长，气候条件复杂，线路覆冰严重影响电网安全和国民经济发展和人民生活水平，2005年2月7日到16日，华北电网遭遇了一场十分罕见的冰冻灾害，造成500KV和220KV等电压等级多条输电线路严重损坏，造成长时间大面积停电事故，严重影响了工农业生产和人民生活。2008年初，我国南方连续冰冻灾害，使大面积高压输电线路覆冰，覆冰导致大量杆塔损毁、输电线断线，输电线路覆冰不均匀和脱冰不同期引起输电线路舞动现象，造成大量输电线路杆塔倒塌，给全国工农业生产和人民生活造成了严重影响，直接损失1516亿；仅南方电网断线倒塔27万座，直接损失200多亿，断电抢修一个多月，三名职工牺牲，电气化铁路交通停运，数百万人受困路途，伤痛记忆犹新。输电线路覆冰会造成十分严重的灾难，大面积输电设施的损毁修复难度大且周期长，输电线路大面积覆冰后，除冰工作十分艰苦甚至危险，进度十分缓慢。输电线路除冰一直是全世界的一大技术难题，98年美国雪灾，仅新英格兰一个地区电网损失50亿美元。国内外目前已经应用的除冰方法有三十多种，但归纳起来主要有二类，一类是热力除冰，另一类是机械除冰。热力除冰主要利用热源加热除冰，最常用的是电流加热电力线路除冰，电流加热除冰主要有：改变潮流分配加热电力线除冰、施加直流电流加热电力线除冰、施加高频电流加热电力线除冰、利用短路电流加热电力线除冰等，这类除冰方法的缺点是要停电除冰影响正常供电，除冰需要消耗大量能源。机械除冰主要利用机械力破碎电力线上的覆冰除冰，其中之一是人工器械敲击电力线除冰，除冰工作十分艰苦甚至危险，进度十分缓慢；第二是利用各种机械设备除冰，如电力线振动除冰、在线机器人除冰等，电力线振动除冰在两个杆塔之间的电力线上安装机电振动器振动电力线除冰，振动器发出的机械振动由电力线向两端传送，由于电力线路比较长，振动传送的距离有限，所以这种振动除冰方法的除冰效果并不理想，而且振动除冰所需要的连续电力能源供给比较困难。目前国内外都在研究在线机器人除冰技术，机器人除冰技术存在跨越电力线路障碍困难，价格昂贵，供能供电不足影响除冰效果等除冰技术难题，由于技术和造价等方面的影响目前还没有实用化。
发明内容
由于电力线除冰仍然是一个困扰全世界的技术难题，针对以上背景技术所列除冰技术存在的各种问题，本发明提供了一种电力线重力冲击除冰装置及应用，可利用电力线工作电流电磁感应获取能量并储能供电，间歇性的控制电磁重力冲击器向上提升或者向下释放重物对电力线产生重力冲击，电力线受到重力冲击后就会发生形变，挤压和弹振其上的覆冰，完成除冰任务。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种电力线重力冲击除冰装置，其特征在于，包括一个挂接在两杆塔之间电力线上电磁重力冲击器、一个利用电力线电流电磁感应获得能量的电磁感应线圈，所述电磁感应线圈连接有储能电源，该储能电源的输出分为两路，一路连接电磁重力冲击器，另一路连接控制器、传感器模块和无线通信模块；所述控制器的输入连接传感器模块和无线通信模块，控制器依据从传感器获得的气象信息和电力线状态信息或从无线通信模块获得的联网通信信息和控制命令向储能电源发送控制信号，控制储能电源对电磁重力冲击器中电磁驱动器的电磁部分供电和断电，间歇性的控制电磁重力冲击器对电力线产生重力冲击，弹振、挤压电力线上的覆冰或者/和弹振、甩振电力线上的冻雨水分。
上述方案中，所述的电磁重力冲击器包括一个重物、一个防冻外壳、一个由静止部分和运动部分牵引端构成的电磁驱动器，所述电磁驱动器的静止部分与防冻外壳相连并挂接在电力线上，电磁驱动器的运动部分牵引端连接重物，所述电磁驱动器的电磁部分置于静止部分中并与储能电源电连接，由储能电源控制对该电磁部分供电或者断电，控制电磁驱动器的运动部分牵引端向上提升重物或者向下释放重物对电力线产生重力冲击。
所述的储能电源包括连接电磁感应线圈输出的整流滤波单元，整流滤波单元的输出连接DC/DC变换器和电容器，DC/DC变换器的输出与控制器、传感器模块和无线通信模块相连；电容器连接控制开关，控制开关的输出连接电磁重力冲击器中电磁驱动器的电磁部分，控制开关的输入与控制器的输出相连以获取控制信号；
所述的储能电源还可包括连接电磁感应线圈输出的固态继电器开关电路，固态继电器开关电路连接感应能量控制单元，感应能量控制单元连接整流滤波单元，感应能量控制单元通过整流滤波单元判断感应能量大小，使固态继电器开关电路导通或者关断，控制电磁感应线圈输出电能或者停止输出电能给储能电源。
所述的储能电源还可包括连接电磁感应线圈输出的保护电路。
所述的传感器模块至少包括有温度传感器、湿度传感器、电力线覆冰量或覆冰厚度传感器。
一种前述的电力线重力冲击除冰装置的应用，其特征在于，在容易发生覆冰的输电线路的每两个杆塔之间的电力线上至少安装一个重力冲击除冰装置，每个重力冲击除冰装置都有一个无线通信模块，相邻之间可以进行无线通信，整条输电线路上的这些重力冲击除冰装置通过相邻之间的无线通信相互转接组成一个无线通信网络，沿电力线可以进行长距离无线网络互联通信。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)可以在不影响电力线供电的情况下进行除冰，避免了停电除冰造成的重大经济损失和影响工农业生产和人们生活。
2)除冰消耗的能源很少，既节能又环保。
3)价格低廉，容易大面积推广应用。
4)不受地理环境条件限制，适用性强。
此外，本发明重力冲击除冰装置在冻雨和冰雪天气时可以用来降低电力线结冰速度，延缓和防止电力线结冰。该装置可以用来控制和防止输电线路的风摆和舞动。
附图说明
图1为本发明电力线重力冲击除冰装置的结构原理示意图。
图2为图1中的储能电源的结构原理示意图。
图3为图1中的电磁重力冲击器的结构原理示意图。
图4为电力线重力冲击除冰装置在电力线路安装和无线通信组网结构原理示意图。
图1至图4中：1、电力线；2、电磁感应线圈；3、静止部分；4、防冻外壳；5、电磁驱动器；6、运动部分牵引端；7、重物；8、重力冲击除冰装置；9、杆塔；10、无线通信；①、②电源输出；③控制信号。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种电力线重力冲击除冰装置，包括一个电磁感应线圈2、一个储能电源、一个电磁重力冲击器、一个控制器、一个传感器模块和一个无线通信模块。电磁感应线圈2利用电力线1电流电磁感应获得能量，电磁感应线圈连接储能电源，储能电源储存电能，储能电源的电源输出①连接电磁重力冲击器中的电磁驱动器的电磁部分，储能电源另一个电源输出②与控制器、传感器模块和无线通信模块相连，为他们提供工作电能。控制器与储能电源、传感器模块和无线通信模块相连。控制器通过传感器模块获得气象信息或电力线状态信息(气象信息包括环境温度、湿度；电力线状态信息包括电力线力学、形变、覆冰量和覆冰厚度等)；通过无线通信网络获得联网通信信息和控制命令，控制器依据获得的传感器信息或者无线通信控制命令向储能电源发送控制信号③，控制储能电源对电磁重力冲击器中的电磁驱动器电磁部分供电和断电。电磁重力冲击器机械连接(挂接)在两个杆塔之间的电力线1上。通过对电磁重力冲击器中的电磁驱动器电磁部分供电和断电，间歇性的控制电磁重力冲击器向上提升和向下释放重物对电力线产生重力冲击，电力线受到重力冲击后发生形变，就会挤压和弹振其上的覆冰，达到除冰目的。
图1中的传感器模块可包括气象环境温度和湿度传感器、电力线应力和形变传感器、电力线覆冰量和覆冰厚度传感器。传感器把感测到的气象环境温度、湿度、线路力学、形变、覆冰量和覆冰厚度等信息输出给控制器，控制器进行处理，向储能电源发出控制要求，控制储能电源对电磁重力冲击器中的电磁驱动器的电磁部分供电和断电，控制重力冲击除冰装置自动进行除冰工作。
如图2所示，储能电源由保护电路、固态继电器开关电路、感应能量控制、整流滤波、电容储能、控制开关等电路、以及DC/DC变换器组成。电磁感应线圈的输出连接整流滤波，整流滤波连接电容器和DC/DC变换器，DC/DC变换器的输出连接控制器、传感器模块和无线通信模块，为它们提供工作电能；电容器连接控制开关，控制开关的输出(电源输出①)连接电磁重力冲击器中的电磁驱动器电磁部分。控制开关的输入与控制器的输出相连以获取控制信号③。电磁感应线圈2为穿心式电流互感器结构，电力线1为一次穿心母线，二次线圈的输出经过整流滤波变成直流，由电容器储存电能，控制开关按照控制器(如图1所示)发送给储能电源的控制信号③对电磁重力冲击器中的电磁驱动器电磁部分(如图3所示)进行控制供电或者断电，控制电磁重力冲击器向上提升重物或者向下释放重物对电力线产生重力冲击。电磁感应线圈的输出还连接有保护电路和固态继电器开关电路。固态继电器开关电路连接感应能量控制，感应能量控制连接整流滤波。感应能量控制通过整流滤波电压大小判断感应能量大小，控制固态继电器开关电路导通或者关断，控制电磁感应线圈输出电能或者停止输出电能给储能电源，达到控制储能能量大小。保护电路用于防止和消除感应脉冲冲击，保护后续电路安全。
如图3所示，电磁重力冲击器由电磁驱动器5、重物7和防冻外壳4组成。电磁驱动器的电磁部分连接储能电源，电磁驱动器的运动部分牵引端6连接重物7，电磁驱动器的静止部分3与防冻外壳相连接并和电力线1相连接(挂接)。由储能电源控制对电磁驱动器的电磁部分供电或者断电，控制电磁重力冲击器中的电磁驱动的运动部分向上提升重物或者向下释放重物对电力线产生重力冲击，达到除冰目的。防冻外壳把电磁驱动器和重物密封防止冰冻阻碍电磁驱动器的运动部分牵引重物运动。电磁驱动器可以用长行程牵引电磁铁实现，或者用直线电动机实现，或者用电磁操作的机械机构实现。
如图4所示，在容易发生覆冰的输电线路的每两个杆塔9之间的电力线1上至少安装一个重力冲击除冰装置8，每个重力冲击除冰装置都有一个无线通信模块，相邻之间可以进行无线通信，整条输电线路上的这些重力冲击除冰装置8通过相邻之间的无线通信10相互转接组成一个无线通信网络，沿电力线可以进行长距离无线网络互联通信。无线通信网络可以对输电线路上的重力冲击除冰装置提供无线通信，也可以对输电线路上的其它在线检测设备提供无线通信。重力冲击除冰装置通过无线通信网络的控制进行除冰工作，或者依据自身的传感器获得的气象环境温度、湿度、电力线力学、形变、覆冰量和覆冰厚度等信息自动控制进行除冰工作。
本发明的除冰原理是，在重力作用下两个杆塔9之间的电力线1和其上的覆冰形成一个弧线(弧垂)，当重力冲击电力线时就会向下拉动电力线改变已经形成的弧线(弧垂)形状，就会对覆冰在冲击受力点产生向下挤压，在受力点两边的电力线会对覆冰产生向上弹振，电力线上的脆性覆冰就会破碎和甩振脱离电力线。电力线可以把冲击力传送到离受力点比较远的地方，所以这种除冰方法的除冰效果比较好。
本发明还可以用来延缓电力线结冰速度，在重力冲击向下拉动电力线改变已经形成的弧线形状时对下落在电力线上的冻雨水分和冰雪进行弹振和甩振，使冻雨水分和冰雪脱离电力线，降低电力线结冰速度，达到延缓和防止电力线结冰的目的。
本发明还可以用来控制和防止输电线路的风摆和舞动。

Claims (7)

1.一种电力线重力冲击除冰装置，其特征在于，包括一个挂接在两杆塔之间电力线上的电磁重力冲击器、一个利用电力线电流电磁感应获得能量的电磁感应线圈，所述电磁感应线圈连接有储能电源，该储能电源的输出分为两路，一路连接电磁重力冲击器，另一路连接控制器、传感器模块和无线通信模块；所述控制器的输入连接传感器模块和无线通信模块，控制器依据从传感器获得的气象信息和电力线状态信息或从无线通信模块获得的联网通信信息和控制命令向储能电源发送控制信号，控制储能电源对电磁重力冲击器中电磁驱动器的电磁部分供电和断电，间歇性的控制电磁重力冲击器对电力线产生重力冲击，弹振、挤压电力线上的覆冰或者/和弹振、甩振电力线上的冻雨水分。
2.如权利要求1所述的电力线重力冲击除冰装置，其特征在于，所述的电磁重力冲击器包括一个重物、一个防冻外壳、一个由静止部分和运动部分牵引端构成的电磁驱动器，所述电磁驱动器的静止部分与防冻外壳相连并挂接在电力线上，电磁驱动器的运动部分牵引端连接重物，所述电磁驱动器的电磁部分置于静止部分中并与储能电源电连接，由储能电源控制对该电磁部分供电或者断电，控制电磁驱动器的运动部分牵引端向上提升重物或者向下释放重物对电力线产生重力冲击。
3.如权利要求1所述的电力线重力冲击除冰装置，其特征在于，所述的储能电源包括连接电磁感应线圈输出的整流滤波单元，整流滤波单元的输出连接DC/DC变换器和电容器，DC/DC变换器的输出与控制器、传感器模块和无线通信模块相连；电容器连接控制开关，控制开关的输出连接电磁重力冲击器中电磁驱动器的电磁部分，控制开关的输入与控制器的输出相连以获取控制信号。
4.如权利要求3所述的电力线重力冲击除冰装置，其特征在于，所述的储能电源包括连接电磁感应线圈输出的固态继电器开关电路，固态继电器开关电路连接感应能量控制单元，感应能量控制单元连接整流滤波单元，感应能量控制单元通过整流滤波单元判断感应能量大小，使固态继电器开关电路导通或者关断，控制电磁感应线圈输出电能或者停止输出电能给储能电源。
5.如权利要求3或4所述的电力线重力冲击除冰装置，其特征在于，所述的储能电源包括连接电磁感应线圈输出的保护电路。
6.如权利要求1所述的电力线重力冲击除冰装置，其特征在于，所述的传感器模块至少包括有温度传感器、湿度传感器、电力线覆冰量或覆冰厚度传感器。
7.一种权利要求1所述的电力线重力冲击除冰装置的应用，其特征在于，在容易发生覆冰的输电线路的每两个杆塔之间的电力线上至少安装一个重力冲击除冰装置，每个重力冲击除冰装置都有一个无线通信模块，相邻之间可以进行无线通信，整条输电线路上的这些重力冲击除冰装置通过相邻之间的无线通信相互转接组成一个无线通信网络，沿电力线可以进行长距离无线网络互联通信。
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