CN103490339A - 一种基于输电线路线缆除冰机器人的除冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于输电线路线缆除冰机器人的除冰方法，除冰时除冰机器人在输电线路线缆上移动除冰，包括以下步骤：对输电线路内各档的线缆水平张力进行计算，得出覆冰时各档水平张力值；将得到的各档水平张力值进行比较，得出水平张力值最大的一档，除冰机器人移动至水平张力值最大一档的线缆处，启动除冰机器人的除冰电机，清除掉该水平张力值最大一档一半的冰；采用冒泡法得出剩余档水平张力值中最大的一档，除冰机器人移动至剩余档中水平张力值最大一档的线缆处，启动除冰机器人的除冰电机，清除掉该水平张力值最大一档一半的冰，直至各档导线的覆冰被全部除掉。本除冰方法安全、减小除冰过程中杆塔不平衡张力。

Description

一种基于输电线路线缆除冰机器人的除冰方法

技术领域

本发明涉及的是一种除冰方法，具体地说是一种适用于输电线路机器人除冰的方法。

背景技术

输电线路上的覆冰和积雪，常引起线路跳闸、断线，倒杆、绝缘子闪络等事故。在2008年，我国南方地区发生了极端冰雪灾害，共造成超过36000条10kV及以上输电线、2000多座35kV及以上变电站的停运，对我国电网和国民经济造成了极大的损失。

自20世纪50年代以来，世界各国持续对输电线路覆冰进行研究，探索覆冰机理、覆冰形成条件、覆冰灾害的防御方法等。目前的除冰方法主要分为热力除冰方式和机械除冰方式，其中机械除冰方法以机器人除冰方法发展为代表，有着成本低，操作简单，耗能少，效率高的特点。

哈尔滨工程大学在2012年发明的输电线路线缆除冰机器人，其采用主体越障装置、除冰小车、伸缩臂，除冰小车和伸缩臂均有两个，两个伸缩臂分别安装在主体越障装置的两端，两个除冰小车分别安装在两个伸缩臂上。主体越障装置和两伸缩臂以及伸缩臂上除冰小车相互配合从而能够实现3根线缆同时除冰，可应用于35kV、66kV、110kV等高压线路上2根线缆水平布置的线路上进行自动除冰作业，能实现一个机器人一次同时对3根线缆进行除冰，不仅可以跨越线缆上的障碍，而且可以越过杆塔，实现多档线路上的连续作业，避免了线路工人每到一个杆塔就需要反复登杆、塔安装和卸载机器人。

但是在该线路机器人除冰的研究中，还未注意到线路机器人除冰所带来的负效应。在对2008年覆冰灾害中倒塔线路的分析中，发现杆塔两端的不平衡力引起杆塔直接倒塔以及牵引倒塔是导致大范围倒塔的重要原因。在覆冰比较严重时，杆塔两侧的不平衡力会超过其设计强度，导致倒塔故障。在采用线路机器人除冰时，即使输电线路覆冰不是很严重，杆塔上也可能出现超过其设计强度的不平衡力，这将导致机械除冰的负效应。因此，为了保证线路机器人除冰的有效应用，需要对该线路机器人除冰的方法进行研究。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种安全除冰、减小除冰过程中杆塔不平衡张力的基于输电线路线缆除冰机器人的除冰方法，为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于输电线路线缆除冰机器人的除冰方法，除冰时除冰机器人在输电线路线缆上移动除冰，包括以下步骤：

A、对输电线路上各档的线缆水平张力进行计算，得出覆冰时各档水平张力值，包括步骤：A1、现场获取导线型号，查表得导线型号对应的弹性系数E、截面积A、单位长度质量q，各档档距l_i0，各档高差、高差角β_i0，各基直线塔上悬垂绝缘子串的长度λ_i(m)及由悬垂绝缘子串型号查表得垂向荷载G_i(N)，现场温度计测量得到除冰时的温度t、导线覆冰厚度b，架线时温度t_o，架线气温下各档水平应力σ₀；

A2、步骤1、列出档距变化与电线应力间的关系：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{l}_i\≈\frac{l_{\mathrm{io}}}{\cos {{\mathrm{\β}}_{i0}}^2(1+\frac{{{\mathrm{\γ}}_i}^2{l_{i0}}^2}{8{{\mathrm{\σ}}_{i0}}^2})}\\ \×\left\{\frac{{l_{i0}}^2\cos {{\mathrm{\β}}_{i0}}^2}{24}\right[{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{{\mathrm{\σ}}_0}\right)}^2-{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_i}{{\mathrm{\σ}}_{i0}}\right)}^2]+\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{i0}-{\mathrm{\σ}}_0}{\mathrm{Ecso}{\mathrm{\β}}_{i0}}\right)+\mathrm{\α}(t-t_0+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_j}{\mathrm{\α}})-\frac{\mathrm{\Δ}{h}_i}{2l_{i0}}\cos {{\mathrm{\β}}_{i0}}^2\}\end{array}$     (式1)

式中σ_i0——待求值，为第i档在气温为t、比载为γ_i下的电线水平应力(N/mm²)；

σ₀——架线气温下各档水平应力，可通过架线设计图纸查得或公式计算得到；

l_i0——各档档距；

γ₀、γ_i-导线覆冰前比载和导线覆冰后比载，γ₀为q*g/A，γ_i为q*g/A+0.027728(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径；

Δl_i——为第i档档距比架线情况悬垂绝缘子串处于中垂位置时档距的增长量，单位为m；

Δh_i——为第i档两端悬垂绝缘子串偏斜后悬挂点间高差h_i0的变化量，单位m，右悬挂点高于左悬挂点时高差角β_i0为正值；

t、t₀——分别为现场测得的除冰时气温和架线时气温，t₀一般取25℃；

α——导线膨胀系数，单位为1/℃，根据导线型号查表得；

步骤2、列出第i档高差变化与第i基塔悬挂点偏移间的关系式：

${\mathrm{\Δh}}_i=(\mathrm{\λ}-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2})-(\mathrm{\λ}-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_{i-1}}^2})=\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_{i-1}}^2}-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2}\left(m\right)$     (式2)

式中Δh_i——待求值，第i档高差h_i0的增量

δ_i、δ_i-1——待求值，与档距的增长量值一样，分别为第i档及第i-1档上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔上悬挂点偏移的水平距离δ为0；

λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串长度，其中两端耐张塔上也假定有悬垂绝缘子串其长度也为λ；

步骤3、列出悬垂绝缘子串偏斜与电线应力间的关系方程：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_{(i+1)o}=\{(\frac{G_i}{2A}+\frac{{\mathrm{\γ}}_i{l}_{i0}}{2\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}+\frac{{\mathrm{\γ}}_{(i+1)}{l}_{(i+1)0}}{2\cos {\mathrm{\β}}_{(i+1)0}}+\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{io}}{h}_{i0}}{l_{i0}})+\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{io}}}{{\mathrm{\δ}}_i}\sqrt{{{\mathrm{\λ}}_i}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2}\}\\ \÷(\frac{1}{{\mathrm{\δ}}_i}\sqrt{{{\mathrm{\λ}}_i}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2}+\frac{h_{(i+1)0}}{l_{(i+1)0}})(N/{\mathrm{mm}}^2)\end{array}$         (式3)

式中δ_i——δ_i=δ_i-1+Δl_i，单位为m；

A——导线弹性系数和截面积，根据导线型号查表得；

γ_i——导线覆冰后比载，γ_i为q*g/A+0.027728(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径；

δ_i——待求值，与档距的增长量值一样，第i档两端基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为0；

Gi、λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串的垂向荷载及长度，其中两端耐张塔上也假定有悬垂绝缘子串其长度也为λ；

l_i0——各档档距；

h_i0、h_(i+1)0——悬垂绝缘子串均处于中垂位置时，分别为第i基直线塔上电线悬挂点对邻塔第i-1和第i+1基悬挂点间的高差，单位为m，大号比小号塔高者h本身值为正值，反之为负值；

β_i0——各档高差角；

步骤4、将式1式2式3组成一个方程组，共有3n个方程，有Δl_i、Δ_hi、σ_i0共3n个未知数，编制计算程序求解，将得出的各档水平应力σ_i0乘以导线截面积即为所求各档水平张力；

B、将步骤A中得到的各档水平张力值进行比较，得出水平张力值最大的一档，除冰机器人移动至水平张力值最大一档的线缆处，启动除冰机器人的除冰电机，清除掉该水平张力值最大一档一半长度的冰，跳转至步骤C；

C、采用冒泡法得出剩余档水平张力值中最大的一档，除冰机器人移动至剩余档中水平张力值最大一档的线缆处，启动除冰机器人的除冰电机，清除掉该水平张力值最大一档一半长度的冰，重复步骤C，直至各档导线的覆冰被全部除掉。

进一步的，所述除冰机器人包括主体樾障装置、除冰小车、伸缩臂，除冰小车和伸缩臂均有两个，两个伸缩臂分别安装在主体樾障装置的两端，两个樾障装置分别安装在两个伸缩臂上，所述的主体樾障装置包括除冰机构、驱动机构、夹紧机构、支撑机构、樾障机构，驱动机构包括驱动电机和电机座，除冰机构和夹紧机构与电机座固定，支撑机构的上端连接电机座，支撑机构固定在樾障机构上；所述的除冰机构，驱动机构、夹紧机构、支撑机构有两组且对称相向布置，除冰机器人为市售产品。

进一步的，所述输电线路为连续档线路。

本发明的优点及有益效果如下：

通过调整除冰顺序，避免因线路机器人除冰只能一部分一部分除冰而造成的杆塔不平衡张力过大的问题。先除去档间电线应力相对大的，即档间电线水平张力大的，有效降低除冰过程中杆塔遇到的最大水平张力，避免除冰不当带来倒杆等后果。

附图说明

图1本发明优选实施例除冰方法流程图；

图2是本发明中电线线路水平应力计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定性的实施例对发明作进一步的阐述。

工程中，使用线路除冰机器人对连续档线路进行除冰是未来除冰技术发展的趋势，但因为使用线路除冰机器人除冰时，各档线路不能同时除冰，连续档的各档之间将会产生很大的不平衡张力差，不平衡张力差过大以至于达到杆塔的设计极限时，将会使杆塔倒塌扭曲，不仅不能有效除冰，还会造成二次事故。因此，发明人针对此除冰机器人可以一档线路分多次除冰的特征，提出了相应的除冰方法。

其除冰方法包括下列步骤：

A、对输电线路内各档的线缆水平张力进行计算，得出覆冰时各档水平张力值；

B、将步骤A中得到的各档水平张力值进行比较，得出水平张力值最大的一档，除冰机器人移动至水平张力值最大一档的线缆处，启动除冰机器人的除冰电机，清除掉该水平张力值最大一档一半的冰，跳转至步骤C；

C、采用冒泡法得出剩余档水平张力值中最大的一档，除冰机器人移动至剩余档中水平张力值最大一档的线缆处，启动除冰机器人的除冰电机，清除掉该水平张力值最大一档一半的冰，重复步骤C，直至各档导线的覆冰被全部除掉。

在本实施例中，优选的除冰机器人包括主体樾障装置、除冰小车、伸缩臂，除冰小车和伸缩臂均有两个，两个伸缩臂分别安装在主体樾障装置的两端，两个樾障装置分别安装在两个伸缩臂上，所述的主体樾障装置包括除冰机构、驱动机构、夹紧机构、支撑机构、樾障机构，驱动机构包括驱动电机和电机座，除冰机构和夹紧机构与电机座固定，支撑机构的上端连接电机座，支撑机构固定在樾障机构上；所述的除冰机构，驱动机构、夹紧机构、支撑机构有两组且对称相向布置。

所述输电线路为连续档线路。

其中第一步需要对架空线路进行线路力学计算，计算出覆冰时各档水平张力的大小，第三步需要计算出某一档除过冰之后的各档线路水平张力的大小。而当连续档的档距及高差角相差悬殊或档间电线比载不同即各档覆冰不均匀时，各档间电线的水平应力可能有显著的差别，此时就不能采用常用的代表档距法去近似计算各档的电线应力。为了检查直线型杆塔上可能出现的不平衡张力或悬垂绝缘子串的偏角以及档内弧垂等，需要采用精确的计算方法求解耐张段内各档不同的电线应力值。

1、档距变化与电线应力间的关系式

在架设连续档电线时，各档水平应力设为σ₀，并设垂向比载为γ₀、架线气温为t₀、悬垂绝缘子串处于中垂位置、第i档的电线垂向比载变为γ_i或附加有其他不均匀荷载时，电线水平应力变为σ_i0，档距比架线情况下的l_i0增长Δl_i(即l_i=l_i0+△l_i)，高差角变为β_i，假定初伸长ε_j全部放出。写出该状态下第i档的原始线长(σ_i0=0，t=0℃，ε_j=0时)为

$\begin{array}{c}{L}_{i0}=[\frac{l_{i0}}{\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}+\mathrm{\Δ}{l}_i\cos {\mathrm{\β}}_{i0}+\mathrm{\Δ}{h}_i\sin {\mathrm{\β}}_{i0}+\frac{{{\mathrm{\γ}}_i}^2{l_{i0}}^3\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}{{{24\mathrm{\σ}}_{i0}}^2}(1+\frac{3\mathrm{\Δ}{l}_i}{l_{i0}})]\\ -\frac{l_{i0}}{\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{i0}}{E\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}\right)-\frac{l_{i0}}{\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}(\mathrm{\αt}+{\mathrm{\ϵ}}_j)\end{array}$         (式4)

第i档架线时的原始线长为

$L_{i0}\≈(\frac{l_{i0}}{\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}+\frac{{{\mathrm{\γ}}_0}^2{l_{i0}}^3\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}{{{24\mathrm{\σ}}_0}^2})-\frac{l_{i0}}{\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{i0}}{E\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}\right)-\frac{l_{i0}{\mathrm{\αt}}_0}{\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}$           (式5)

利用以上两种状态原始线长相同的原则，可写出第i档档距增量△l_i的方程为

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{l}_i\≈\frac{l_{\mathrm{io}}}{{{\cos \mathrm{\β}}_{i0}}^2(1+\frac{{{\mathrm{\γ}}_i}^2{l_{i0}}^2}{8{{\mathrm{\σ}}_{i0}}^2})}\\ \×\left\{\frac{{l_{i0}}^2{{\cos \mathrm{\β}}_{i0}}^2}{24}\right[{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{{\mathrm{\σ}}_0}\right)}^2-{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_i}{{\mathrm{\σ}}_{i0}}\right)}^2]+\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{i0}-{\mathrm{\σ}}_0}{E\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}\right)+\mathrm{\α}(t-t_0+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_j}{\mathrm{\α}})-\frac{{\mathrm{\Δh}}_i}{{2l}_{i0}}{{\cos \mathrm{\β}}_{i0}}^2\}\end{array}$        (式6)

式中

σ_i0——为第i档在气温为t、比载为γ_i下的电线水平应力(N／mm²)；

Δl_i——为第i档档距比架线情况悬垂绝缘子串处于中垂位置时档距的增长量(m)，当档距缩短时Δl_i本身为负值；

Δh_i——为第i档两端悬垂绝缘子串偏斜后悬挂点间高差h_i0及β_i0为正值。

利用上式可列出n档数的n个方程，其中σ_i0、Δl_i、Δh_i共有3n个未知数。尚需再列2n个方程，其中有∑Δl_i=0和n个高差变化量Δh_i与两端悬挂点偏移间的关系方程以及n-1基直线杆塔悬挂点偏移与两侧应力的关系方程。共有3n个方程。

2、第i档高差变化与第i基塔悬挂点偏移间的关系式

可以写出第i档高差变化Δh_i与两端杆塔上悬挂点偏移δ间的关系为

${\mathrm{\Δh}}_{i0}=(\mathrm{\λ}-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2})-(\mathrm{\λ}-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_{i-1}}^2})=\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_{i-1}}^2}-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2}\left(m\right)$           (式7)

式中Δh_i0——第i档高差h_i0的增量

δ_i、δ_i-1——第i档两端第i-1基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为0；

λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串长度(m)，其中两端耐张塔上也假定有λ，但δ为0。

利用上式可列出n个方程。

3、悬垂绝缘子串偏斜与电线应力间的关系方程

由于待求状态下各档电线水平应力可能不同而在悬垂绝缘子串两侧出现不平衡水平张力差，它使悬垂绝缘子串产生偏斜。

假定悬垂绝缘子串绝缘子串为均布荷载的刚性直棒，第i基直线塔上悬垂绝缘子串的垂向荷载为G_i(N)、长度为λ_i(m)，下端作用着电线的垂向荷载W_i(N)及水平不平衡张力差A(σ_(i+1)0-σ_io)，其中A为电线截面积，σ_(i+1)0及σ_io分别为第i+1档及第i档内的电线水平应力。根据悬垂绝缘子串受力平衡条件可写出第i基直线塔上悬垂绝缘子串末端偏距与两侧电线水平应力间的关系式为(N／mm²)。根据作用力平衡条件可写出第i基直线塔上悬垂绝缘子串末端偏距δ_i(m)与两侧电线水平应力间的关系式为

          (式8)

$\frac{W_i}{A}\≈(\frac{{\mathrm{\γ}}_i{l}_{i0}}{2\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}+\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{io}}{h}_{i0}}{l_{i0}})+(\frac{{\mathrm{\γ}}_{(i+1)}{l}_{(i+1)0}}{2\cos {\mathrm{\β}}_{(i+1)0}}+\frac{{\mathrm{\σ}}_{(i+1)o}{h}_{(i+1)0}}{l_{(i+1)0}})(N/{\mathrm{mm}}^2)$           (式9)

将式9带入式8，整理得到显函数式：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_{(i+1)o}=\{(\frac{G_i}{2A}+\frac{{\mathrm{\γ}}_i{l}_{i0}}{2{\cos \mathrm{\β}}_{i0}}+\frac{{\mathrm{\γ}}_{(i+1)}{l}_{(i+1)0}}{2{\cos \mathrm{\β}}_{(i+1)0}}+\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{io}}{h}_{i0}}{l_{i0}})+\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{io}}}{{\mathrm{\δ}}_i}\sqrt{{{\mathrm{\λ}}_i}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2}\}\\ \÷(\frac{1}{{\mathrm{\δ}}_i}\sqrt{{{\mathrm{\λ}}_i}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2}+\frac{h_{(i+1)0}}{l_{(i+1)0}})(N/{\mathrm{mm}}^2)\end{array}$       (式10)

式中δ_i＝δ_i-1+Δl_i(m)                    (式11)

h_i0、h_(i+1)0——悬垂绝缘子串均处于中垂位置时，分别为第i基直线塔上电线悬挂点对邻塔第i-1和第i+1基悬挂点间的高差(m)，大号比小号塔高者h本身值为正值，反之为负值。

4、运算

耐张段内若有n档，则有n-1基直线塔，利用式7可列出n-1个悬垂绝缘子串偏移与两侧应力的关系方程。

由上述一到三共列出3n个方程，其中Δl_i、Δh_i、σ_i0共3n个未知数可以得到求解。较为直接的求解方法是利用上述式6、式7、式10编制程序试凑求解。自编号的第1档开始，按如下顺序运算：

(1)设Δl₁＝δ₁、δ₀＝0代入式7得Δh₁，又由Δh₁、Δl₁代入式6得σ₁₀

(2)由σ₁₀、δ₁代入式7得σ₂₀

(3)由σ₂₀、设Δh₂＝0代入式6得Δl₂′，又由Δl₂′、Δl₁再代入式10得δ₂′，又由δ₂′、δ₁再代入式7得Δh₂′

(4)由σ₂₀、Δh₂′再代入式6得Δl₂″，又由Δl₂″、Δl₁再代入式10得δ₂″，又由δ₂″、δ₁再代入式7得Δh₂″

步骤(4)反复迭代直至Δl₂、δ₂、Δh₂无明显变化即为所求(也可采用更有效的便捷法迭代)。

(5)由δ_i0、Δh_i＝0代入式6，得Δl_i′，又由Δl_i′、δ_i-1代入式10得δ_i′，又由δ_i′、δ_i-1代入式7得Δh_i′

(6)由步骤(5)开始的设Δh_i＝0换为Δh_i＝Δh_i′重复步骤(5)反复迭代直至Δl_i、Δh_i、δ_i无明显变化即为所求。要注意迭代中避免出现死循环。

(7)由δ_n-1、

代入式10得σ_n0，又由δ_n-1、δ_n＝0代入式7得Δh_n，又由Δh_n、σ_n0代入式6得Δl_n，再由Δl_n、V_n-1代入式11得δ_n≈0

即为所求解，否则应重新开始设Δl₁等重复运算。计算得到的δ_i即为各档的电线水平应力。

下面结合附图，对优选实例作详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

对一条山区针式绝缘子线路，导线采用LGJ-240/30型钢芯铝绞线，截面积为275.96mm2，弹性系数E＝73000N/mm2，导线某个耐张段长度为1.26km，共七档，档距从左到右分别为50m，200m，150m，300m，200m，250m，110m。高差从左到右分别为10m，30m，35m，60m，0m，50m，20m，各基直线塔上悬垂绝缘子串的垂向荷载为G_i(N)＝2800N、长度为λ_i(m)＝4.8m，导线自重力比载γ₀＝0.03277N/(mm²·m)，忽略导线初伸长率。

耐张段内采用等张力方法架线，在架线气象条件下直线杆两侧无不平衡张力，当异于架线气象条件时，若档距不同会出现不平衡张力差。设导线覆冰10mm厚、风速为10m/s，温度为-5℃，架线气温为15℃，架线气温下各档水平应力为41.38N/mm²。

一、用线路机器人除冰，不使用本除冰方法，直接顺序除冰的步骤如下：

第一步，计算覆冰时各档水平张力的大小；

应用上述覆冰应力精确计算法，用matlab按上述计算和迭代步骤编制程序反复迭代，计算出覆冰10mm时，未曾除冰时的各档水平应力，各档水平张力，以及各直线杆塔上的不平衡张力差。得出结果如表1所示。

覆冰10mm时，直线杆塔上的初始不平衡张力差最大为5684.8N。

第二步，除去第一档，第一档比载变为电线自重力比载，计算直线杆塔上的最大不平衡张力差为8000.1N；

第三步，除去第二档，第二档比载变为电线自重力比载，计算直线杆塔上的最大不平衡张力差为6774.8N；

第四步，除去第三档，第三档比载变为电线自重力比载，计算直线杆塔上的最大不平衡张力差为9415.8N；

第五步，除去第四档，第四档比载变为电线自重力比载，计算直线杆塔上的最大不平衡张力差为8000.1N；

第六步，除去第五档，第五档比载变为电线自重力比载，计算直线杆塔上的最大不平衡张力差为8833.5N；

第七步，除去第六档，第六档比载变为电线自重力比载，计算直线杆塔上的最大不平衡张力差为5378.5N；

第八步，除去第七档，第七档比载变为电线自重力比载，计算直线杆塔上的最大不平衡张力差为0N；

顺序除冰过程中，各阶段直线杆塔上的不平衡张力差为9415.8N，如表2所示。

表2

二、使用机器人除冰，各档线路可以只除一部分，使用本除冰方法，其除冰步骤如下：

第一步，应用上述精确计算法计算覆冰时各档水平张力的大小，得各档水平张力从第1档到第七档分别是13734.5N、19419.3N、18194.0N、20835.0N、19419.3N、20252.7N、16797.7N：

第二步，最大水平张力为20835.0N，是第4档，除去第4档的1／2冰，第4档的比载 ${{\mathrm{\γ}}_4}^{\′}=\frac{{\mathrm{\γ}}_4-{\mathrm{\γ}}_0}{2}+{\mathrm{\γ}}_0;$

第三步，代入精确计算法重新计算各档水平张力的大小；

第四步，重复第二步和第三步，直至各档导线的覆冰被全部除掉，若除去某一档剩下的1／2冰，则该档比载变为原始比载即γ_i=γ₀。

以上各步骤各档水平张力如表3所示，

表3

各杆塔不平衡力如表4所示，

表4

由表4可知，针对各档线路可以只除一部分的机械除冰方法使用本方法除冰时，除冰过程中杆塔最大不平衡力为仅为5684.8N，与未曾除冰的初始最大不平衡力一致，没有造成任何二次事故的危害性，故此除冰方法为一档线路可以部分除冰时的最优方法。

以上实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种基于输电线路线缆除冰机器人的除冰方法，除冰时除冰机器人在输电线路线缆上移动除冰，其特征在于包括以下步骤：

A、对输电线路上各档的线缆水平张力进行计算，得出覆冰时各档水平张力值，包括步骤：A1、现场获取导线型号，查表得导线型号对应的弹性系数E、截面积A、单位长度质量q，各档档距l_i0，各档高差、高差角β_i0，各基直线塔上悬垂绝缘子串的长度λ_i(m)及由悬垂绝缘子串型号查表得垂向荷载G_i(N)，现场温度计测量得到除冰时的温度t、导线覆冰厚度b，架线时温度t₀，架线气温下各档水平应力σ₀；

A2、步骤1、列出档距变化与电线应力间的关系：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{l}_i\≈\frac{l_{\mathrm{io}}}{\cos {{\mathrm{\β}}_{i0}}^2(1+\frac{{{\mathrm{\γ}}_i}^2{l_{i0}}^2}{8{{\mathrm{\σ}}_{i0}}^2})}\\ \×\left\{\frac{{l_{i0}}^2\cos {{\mathrm{\β}}_{i0}}^2}{24}\right[{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{{\mathrm{\σ}}_0}\right)}^2-{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_i}{{\mathrm{\σ}}_{i0}}\right)}^2]+\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{i0}-{\mathrm{\σ}}_0}{\mathrm{Ecso}{\mathrm{\β}}_{i0}}\right)+\mathrm{\α}(t-t_0+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_j}{\mathrm{\α}})-\frac{\mathrm{\Δ}{h}_i}{2l_{i0}}\cos {{\mathrm{\β}}_{i0}}^2\}\end{array}$ (式1)

式中σ_i0——待求值，为第i档在气温为t、比载为γ_i下的电线水平应力(N/mm²)；

σ₀——架线气温下各档水平应力，可通过架线设计图纸查得或公式计算得到；

1_i0——各档档距；

γ₀、γ_i—导线覆冰前比载和导线覆冰后比载，γ₀为q*g/A，γ_i为q*g/A+0.027728(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径；

Δl_i——为第i档档距比架线情况悬垂绝缘子串处于中垂位置时档距的增长量，单位为m；

Δh_i——为第i档两端悬垂绝缘子串偏斜后悬挂点间高差h_i0的变化量，单位m，右悬挂点高于左悬挂点时高差角β_i0为正值；

t、t₀——分别为现场测得的除冰时气温和架线时气温，t₀一般取25℃；

α——导线膨胀系数，单位为1/℃，根据导线型号查表得；

步骤2、列出第i档高差变化与第i基塔悬挂点偏移间的关系式：

$\mathrm{\Δ}{h}_i=(\mathrm{\λ}-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2})-(\mathrm{\λ}-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_{i-1}}^2})=\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\λ}}_{i-1}}^2}-\sqrt{{\mathrm{\λ}}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2}\left(m\right)$            (式2)

式中Δh_i——待求值，第i档高差h_i0的增量

δ_i、δ_i-1——待求值，与档距的增长量值一样，分别为第i档及第i-1档上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔上悬挂点偏移的水平距离δ为0；

λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串长度，其中两端耐张塔上也假定有悬垂绝缘子串其长度也为λ；

步骤3、列出悬垂绝缘子串偏斜与电线应力间的关系方程：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_{(i+1)o}=\{(\frac{G_i}{2A}+\frac{{\mathrm{\γ}}_i{l}_{i0}}{2\cos {\mathrm{\β}}_{i0}}+\frac{{\mathrm{\γ}}_{(i+1)}{l}_{(i+1)0}}{2\cos {\mathrm{\β}}_{(i+1)0}}+\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{io}}{h}_{i0}}{l_{i0}})+\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{io}}}{{\mathrm{\δ}}_i}\sqrt{{{\mathrm{\λ}}_i}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2}\}\\ \÷(\frac{1}{{\mathrm{\δ}}_i}\sqrt{{{\mathrm{\λ}}_i}^2-{{\mathrm{\δ}}_i}^2}+\frac{h_{(i+1)0}}{l_{(i+1)0}})(N/{\mathrm{mm}}^2)\end{array}$        (式3)

式中δ_i——δ_i＝δ_i-1+Δl_i，单位为m；

A——导线弹性系数和截面积，根据导线型号查表得；

γ_i——导线覆冰后比载，γ_i为q*g/A+0.027728(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径；

δ_i——待求值，与档距的增长量值一样，第i档两端基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为0；

Gi、λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串的垂向荷载及长度，其中两端耐张塔上也假定有悬垂绝缘子串其长度也为λ；

l_i0——各档档距；

h_i0、h_(i+1)0——悬垂绝缘子串均处于中垂位置时，分别为第i基直线塔上电线悬挂点对邻塔第i-1和第i+1基悬挂点间的高差，单位为m，大号比小号塔高者h本身值为正值，反之为负值；

β_i0——各档高差角；

步骤4、将式1式2式3组成一个方程组，共有3n个方程，有Δl_i、Δh_i、σ_i0共3n个未知数，编制计算程序求解，将得出的各档水平应力σ_i0乘以导线截面积即为所求各档水平张力；

B、将步骤A中得到的各档水平张力值进行比较，得出水平张力值最大的一档，除冰机器人移动至水平张力值最大一档的线缆处，启动除冰机器人的除冰电机，清除掉该水平张力值最大一档一半长度的冰，跳转至步骤c；

c、采用冒泡法得出剩余档水平张力值中最大的一档，除冰机器人移动至剩余档中水平张力值最大一档的线缆处，启动除冰机器人的除冰电机，清除掉该水平张力值最大一档一半长度的冰，重复步骤c，直至各档导线的覆冰被全部除掉。

2.根据权利要求1所述的基于输电线路线缆除冰机器人的除冰方法，其特征在于：所述除冰机器人包括主体樾障装置、除冰小车、伸缩臂，除冰小车和伸缩臂均有两个，两个伸缩臂分别安装在主体樾障装置的两端，两个樾障装置分别安装在两个伸缩臂上，所述的主体樾障装置包括除冰机构、驱动机构、夹紧机构、支撑机构、樾障机构，驱动机构包括驱动电机和电机座，除冰机构和夹紧机构与电机座固定，支撑机构的上端连接电机座，支撑机构固定在樾障机构上；所述的除冰机构，驱动机构、夹紧机构、支撑机构有两组且对称相向布置。

3.根据权利要求1所述的基于输电线路线缆除冰机器人的除冰方法，其特征在于：所述输电线路为连续档线路。