CN104868426A - 一种供电线缆除冰装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供电线缆除冰装置及方法，包括振动器、温湿度传感器、通信模块、电源模块以及控制器。振动器设置在供电线缆与杆塔连接处，能够带动供电线缆产生振动，以消除挂在供电线缆上的水滴或冰滴；温湿度传感器用于检测空气的温度和相对湿度，通信模块用于接收远程发送的控制指令，和远程发送的气象信息用来修正所述温湿度传感器的测量值；控制器通过接收处理温湿度传感器和通信模块传来的数据，控制振动器工作状态。本发明结构简单，可根据不同的温湿度情况，控制振动电机的开启频率和相邻两次的开启时间，避免长时间的振动对供电线缆的破坏，同时在振动电机最少的工作时间内最大程度的消除供电线缆上的水滴或冰滴。

Description

一种供电线缆除冰装置及方法

技术领域

本发明涉及供电传输技术领域，特别涉及一种供电线缆除冰装置及方法。

背景技术

在低温潮湿天气，供电线路会凝结大量的水滴甚至结冰，随着输电线路上凝结的冰重量越来越大，电线变成粗粗的冰条并随着重力的拖拽导致电线崩断，为供电线路的修复造成很大的困难。

目前，消除供电线路结冰对供电系统的影响的方法主要是改进供电线，申请号为200910134538.0的专利提供了一种通风法防冻雨输电导线，其在现有的导线(钢芯铝绞线)中加入一根通风管道，管道缠绕在绞线内，架设时管道与导线一起被固定在铁塔上。管道上分布有气孔，管道的一端连接在设在输变站的压风机上，另一端封死。当得到冻雨将形成信号时，开启压风机向管道送风，风在整个管道内通过气孔从导线空隙吹向外界，此时，落在绞线上的水滴随风吹走，无残留雨水的绞线表面就难以成冰了。但上述消除供电线路结冰的方法存在以下不足：1、绞线的空隙易堵塞问题；2、其方法实施时需撤换掉现有的电线，浪费大量的国家财产。

发明内容

本发明的目的是提供一种供电线缆除冰装置及方法，在低温潮湿环境中防止水蒸气凝结在供电线缆上对供电线缆造成破坏。

本发明提供的技术方案为：

一种供电线缆除冰装置，包括

振动器，其设置在供电线缆与杆塔连接处，所述振动器能够使带动供电线缆产生振动，以消除挂在供电线缆上的水滴或冰滴；

温湿度传感器，其用于检测空气的温度和相对湿度；

通信模块，其用于接收远程发送的控制指令，和远程发送的气象信息用来修正所述温湿度传感器的测量值；

电源模块，其为所述除冰装置提供电能；

控制器，其与所述温湿度传感器和通信模块连接，接收所述温湿度传感器的测量值和通信模块接收的控制指令和气象信息，并根据接收的数据来控制所述振动器工作状态。

优选的是，所述电源模块包括风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池，所述风力发电机和太阳能电池板产生的电能储存在所述蓄电池中。

优选的是，所述除冰装置还包括风速计和风向传感器，用于检测风速和风向。

优选的是，所述风向传感器设置于所述风力发电机底部，通过检测所述风力发电机的位置来检测风速。

优选的是，其特征在于，所述振动器为连接有偏心块的直流电机。

一种供电线缆除冰方法，包括以下步骤：

步骤一、通过温湿度传感器实时采集空气的温度值T₀和相对湿度值RH₀，其中，温度值T₀的单位为开尔文，相对湿度值RH₀的单位为百分之一；

步骤二、给定第一临界温度值T₁和第一临界相对湿度值RH₁，即当空气温度低于第一临界温度值T₁并且相对湿度度大于第一临界相对湿度值RH₁时，空气中的水蒸气容易凝结在供电线缆上并且会迅速结冰；

步骤三、根据采集到的空气的温度值T₀和相对湿度值RH₀，判断是否处于开启区域；

当RH₀≥RH₁且T₀≤T₁时，则判断处于第一开启区域；

当80％≤RH₀＜RH₁且T₀≤T₁时，判断当如下公式成立时，则处于第二开启区域

$R{H}_0\≥\frac{R{H}_1-80}{e^{T_1}-1}\·e^{T_0}+80-\frac{R{H}_1-80}{e^{T_1}-1};$

当RH₀≥RH₁且T₁＜T₀≤273时，判断当如下公式成立时，则处于第三开启区域

$R{H}_0\≥\frac{100-R{H}_1}{e^{273}-e^{T_1}}\·e^{T_0}+\frac{e^{273-T_1}\·R{H}_1-100}{e^{273-T_1}-1};$

步骤四、当处于第一开启区域或第二开启区域或第三开启区域时，控制器控制振动器工作使供电线缆产生振动以消除挂在供电线缆上的水滴或冰滴。

优选的是，步骤四中，振动器的工作频率f与空气的相对湿度RH₀满足如下关系式

f＝5(RH₀-79)，

其中振动器的工作频率f的单位为赫兹。

优选的是，当处于开启区域时，控制器控制振动器单次连续工作3秒；

当处于第一开启区域、第二开启区域或第三开启区域时，振动器相邻两次工作的间隔时间分别为10秒、20秒、30秒。

优选的是，通过风速计和风向传感器检测风速和风向，以得到风速的矢量值，并将所述风速的矢量值分解得到垂直于供电线缆的风速的大小，当垂直于供电线缆的风速的大小大于5m/s时，则等同于振动器工作一次，控制器减少一次控制振动器的工作。

优选的是，其特征在于，远程控制端能够根据实际情况通过无线通信方式发送控制指令，以控制振动器的工作，并且远程端时时传送气象信息用以修正温湿度传感器的测量值。

本发明的有益效果是：

1)采用直流振动电机电机作为振动源，使供电线缆产生晃动以消除凝结在其上的水滴或冰滴，这种设置结构简单，并且可通过调节振动电机的转速来调节振动频率；

2)可根据不同的温湿度情况，控制振动电机的开启频率和相邻两次的开启时间，避免长时间的振动对供电线缆的破坏，同时也能够在振动电机最少的工作时间内最大程度的消除挂在供电线缆上的水滴或冰滴，从而减少能源的浪费；

3)采用风力发电机和太阳能电池板作为动力来源，整个装置不需要外界供电，减少了额外供电的麻烦并且节约了能源。

4)通过风速计和风向传感器检测风速风向，充分利用风力消除挂在供电线缆上的水滴或冰滴，减少了振动电机的工作时间。

附图说明

图1为本发明所述的供电线缆除冰装置安装位置示意图。

图2为本发明所述的供电线缆除冰装置结构示意图。

图3为本发明所述的电源模块结构示意图。

图4为本发明所述的风速计结构示意图。

图5为本发明所述的振动器结构示意图。

图6为本发明所述的供电线缆除冰方法总体流程图。

图7为本发明所述开启区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1和图2所示，本发明提供了一种供电线缆除冰装置100，包括振动器110、温湿度传感器120、通信模块130、电源模块140以及控制器150。振动器110设置在供电线缆200与杆塔300的连接处，振动器110工作时能产生振动从而带动供电线缆200摆动，以消除挂在供电线缆200上的水滴或冰滴。温湿度传感器120用于检测空气的温度和相对湿度。通信模块130用于接收远程发送的控制指令，和远程发送的气象信息用来修正所述温湿度传感器120的测量值。电源模块140为除冰装置100提供电能。控制器150与温湿度传感器120和通信模130块连接，接收所述温湿度传感器120的测量值和通信模块130接收的控制指令和气象信息，并根据接收的数据来控制所述振动器110工作状态。

如图3所示，在另一实施方式中，所述电源模块140包括风力发电机141、太阳能电池板142以及蓄电池143，所述风力发电机141和太阳能电池板142产生的电能储存在所述蓄电池143中，通过蓄电池143为供电线缆除冰装置100供电。

如图3所示，在另一实施方式中，所述除冰装置100还包括风速计160和风向传感器170，用于检测风速和风向。

在上述技术方案中，所述风向传感器170设置于所述风力发电机141的底部，风力发电机141能够随着风向进行偏转，风向传感器170通过检测风力发电机141的偏转方向就能够测量出风向。

如图4所示，在另一实施方式中，所述振动器110为连接有偏心块111的直流电机112。在直流电机112的轴两端各连接有一个偏心块111，直流电机112高速旋转带动偏心块111旋转产生的离心力得到激振力，从而产生振动。直流电机112的转动频率等于振动频率，因此，通过调节直流电机112的转速就可以调节振动的频率。振动频率可通过调整转速的办法进行大范围的调整，并且能按照不同的用途任意选择振动频率和振幅。

如图5所示，利用本发明所述的供电线缆除冰装置实现为供电线缆除冰的方法，包括如下步骤：

步骤一S₁、通过温湿度传感器实时采集空气的温度值T₀和相对湿度值RH₀。在本发明所述的供电线缆除冰的方法中，所有的温度值均采用开氏温度，即单位为开尔文，表示为K，所有的相对湿度值单位均为百分之一，表示为％。

步骤二S₂、给定第一临界温度值T₁和第一临界相对湿度值RH₁，即当空气温度低于第一临界温度值T₁并且相对湿度度大于第一临界相对湿度值RH₁时，空气中的水蒸气容易凝结在供电线缆上并且会迅速结冰。

步骤三S₃、根据采集到的空气的温度值T₀和相对湿度值RH₀，判断是否处于开启区域。

如图6所示的温湿度坐标图，其中横轴为温度T，纵轴为相对湿度RH。开启区域显示在温湿度坐标图上。将开启区域分为三部分，即第一开启区域D₁、第二开启区域D₂和第三开启区域D₃。

其中，第一开启区域D₁满足RH₀≥RH₁且T₀≤T₁，即第一开启区域D₁为一个的方形区域，在第一开启区域D₁，空气的温度值T₀低于第一临界温度值T₁，并且相对湿度值RH₀大于第一临界相对湿度值RH₁，因此在第一开启区域D₁内，由于温度低湿度大，空气中的水蒸气就容易析出凝结在供电线缆上，并且会迅速形成冰滴，从而对供电线缆造成破坏。

第二开启区域D₂位于第一开启区域D₁的下方，第二开启区域D₂为曲线L₁与直线T＝0K和RH＝RH₁三者围城的区域，其中，曲线L₁成指数分布并且曲线L₁满足方程

$\mathrm{RH}=\frac{R{H}_1-80}{e^{T_1}-1}\·e^T+80-\frac{R{H}_1-80}{e^{T_1}-1},$

由于第二开启区域D₂包括曲线L₁以及其上方的部分，因此第二开启区域D₂需满足的关系为

80％≤RH₀＜RH₁，且

T₀≤T₁，且

$R{H}_0\≥\frac{R{H}_1-80}{e^{T_1}-1}\·e^{T_0}+80-\frac{R{H}_1-80}{e^{T_1}-1}.$

在该第二开启区域D₂内，虽然空气的相对湿度低于第一临界相对湿度值RH₁，但是温度值大大低于第一临界温度值T₁，并且空气的相对湿度始终不低于80％，因此在第二开启区域D₂内，空气中的水蒸气较容易析出凝结在供电线缆上，并且会迅速形成冰滴，从而对供电线缆造成破坏。

第三开启区域D₃位于第一开启区域D₁的右侧，第三开启区域D₃为曲线L₂与直线T＝T₁和RH＝100％三者围城的区域，其中，曲线L₂成指数分布并且曲线L₂满足方程

$RH\≥\frac{100-R{H}_1}{e^{273}-e^{T_1}}\·e^T+\frac{e^{273-T_1}\·R{H}_1-100}{e^{273-T_1}-1},$

由于第三开启区域D₃包括曲线L₂以及其上方的部分，因此第三开启区域D₃需满足的关系为

RH₀≥RH₁，且

T₁＜T₀≤273，且

$R{H}_0\≥\frac{100-R{H}_1}{e^{273}-e^{T_1}}\·e^{T_0}+\frac{e^{273-T_1}\·R{H}_1-100}{e^{273-T_1}-1}.$

在该第三开启区域D₃内，虽然空气的温度高于第一临界温度值T₁，但是相对湿度大大高于第一临界相对湿度值RH₁，并且空气的温度始终不大于273K，也就是空气的温度始终处于水的冰点以下，因此在第三开启区域D₃内，空气中的水蒸气较容易析出凝结在供电线缆上，并且会迅速形成冰滴，从而对供电线缆造成破坏。

步骤四S₄、当处于第一开启区域或第二开启区域或第三开启区域时，控制器控制振动器工作使供电线缆产生振动以消除挂在供电线缆上的水滴或冰滴。

作为一种优选的，第一临界相对湿度值RH₁＝90％，第一临界温度值T₁＝263K。

在另一实施方式中，上述技术方案步骤四中，振动器的工作频率f与空气的相对湿度RH₀满足如下关系式

f＝5(RH₀-79)，

其中振动器的工作频率f的单位为赫兹，即振动器的工作频率f与空气的相对湿度RH₀成正比。空气的相对湿度RH₀越大，在供电线缆上凝结的水滴也会越大，因此需要增大振动器的工作频率以甩掉水滴。在空气的相对湿度RH₀的范围80％-100％内，振动器的工作频率f的范围在5Hz-105Hz。

在另一实施方式中，当处于开启区域时，控制器控制振动器单次连续工作3秒；当处于第一开启区域、第二开启区域或第三开启区域时，相邻两次振动器的间隔时间分别为10秒、20秒、30秒。

在另一实施方式中，通过风速计和风向传感器检测风速和风向并将检测值传输给控制器，控制器根据风速和风向数据得到风速的矢量值，并将所述风速的矢量值分解得到垂直于供电线缆的风速的大小，当垂直于供电线缆的风速的大小大于5m/s时，风力足以将供电线缆上的水滴吹落，即不再需要开启振动器，即控制器可以减少一次控制振动器的工作，而将此时风的动作认为是振动器的一次工作。

在上述的供电线缆除冰的方法中，远程控制端还能够根据实际情况通过无线通信方式发送控制指令，以控制振动器的工作，并且远程端时时传送气象信息用以修正温湿度传感器的测量值。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种供电线缆除冰装置，其特征在于，包括

振动器，其设置在供电线缆与杆塔连接处，所述振动器能够使带动供电线缆产生振动，以消除挂在供电线缆上的水滴或冰滴；

温湿度传感器，其用于检测空气的温度和相对湿度；

通信模块，其用于接收远程发送的控制指令，和远程发送的气象信息用来修正所述温湿度传感器的测量值；

电源模块，其为所述除冰装置提供电能；

控制器，其与所述温湿度传感器和通信模块连接，接收所述温湿度传感器的测量值和通信模块接收的控制指令和气象信息，并根据接收的数据来控制所述振动器工作状态。

2.根据权利要求1所述的供电线缆除冰装置，其特征在于，所述电源模块包括风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池，所述风力发电机和太阳能电池板产生的电能储存在所述蓄电池中。

3.根据权利要求2所述的供电线缆除冰装置，其特征在于，所述除冰装置还包括风速计和风向传感器，用于检测风速和风向。

4.根据权利要求3所述的供电线缆除冰装置，其特征在于，所述风向传感器设置于所述风力发电机底部，通过检测所述风力发电机的位置来检测风速。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的供电线缆除冰装置，其特征在于，所述振动器为连接有偏心块的直流电机。

6.一种供电线缆除冰方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过温湿度传感器实时采集空气的温度值T₀和相对湿度值RH₀，其中，温度值T₀的单位为开尔文，相对湿度值RH₀的单位为百分之一；

步骤二、给定第一临界温度值T₁和第一临界相对湿度值RH₁，即当空气温度低于第一临界温度值T₁并且相对湿度度大于第一临界相对湿度值RH₁时，空气中的水蒸气容易凝结在供电线缆上并且会迅速结冰；

步骤三、根据采集到的空气的温度值T₀和相对湿度值RH₀，判断是否处 于开启区域；

当RH₀≥RH₁且T₀≤T₁时，则判断处于第一开启区域；

当80％≤RH₀＜RH₁且T₀≤T₁时，判断当如下公式成立时，则处于第二开启区域

当RH₀≥RH₁且T₁＜T₀≤273时，判断当如下公式成立时，则处于第三开启区域

步骤四、当处于第一开启区域或第二开启区域或第三开启区域时，控制器控制振动器工作使供电线缆产生振动以消除挂在供电线缆上的水滴或冰滴。

7.根据权利要求6所述的供电线缆除冰方法，其特征在于，步骤四中，振动器的工作频率f与空气的相对湿度RH₀满足如下关系式

f＝5(RH₀-79)，

其中振动器的工作频率f的单位为赫兹。

8.根据权利要求7所述的供电线缆除冰方法，其特征在于，当处于开启区域时，控制器控制振动器单次连续工作3秒；

当处于第一开启区域、第二开启区域或第三开启区域时，振动器相邻两次工作的间隔时间分别为10秒、20秒、30秒。

9.根据权利要求8所述的供电线缆除冰方法，其特征在于，通过风速计和风向传感器检测风速和风向，以得到风速的矢量值，并将所述风速的矢量值分解得到垂直于供电线缆的风速的大小，当垂直于供电线缆的风速的大小大于5m/s时，则等同于振动器工作一次，控制器减少一次控制振动器的工作。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的供电线缆除冰方法，其特征在于，远程控制端能够根据实际情况通过无线通信方式发送控制指令，以控制振动器的工作，并且远程端时时传送气象信息用以修正温湿度传感器的测量值。