CN105449615A - 利用共振实现的高压电线的除冰系统 - Google Patents

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田野
蒲宇昕
王华宾
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Zhejiang University ZJU
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Henan Jingyu Electronic Technology Co Ltd
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    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G7/00—Overhead installations of electric lines or cables
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Abstract

本发明涉及高压电线除冰领域，具体涉及一种利用共振实现的高压电线的除冰系统，包括检测装置、无线通信装置、信号处理和主控模块、驱动装置、电源模块和人工监测站；所述检测装置将电线的温度信号、空气湿度信号、振幅信号、振动频率信号传送给信号处理和主控模块，信号处理和主控模块的信号输出端连接驱动装置，人工监测站通过无线通信装置与信号处理和主控模块相互通信；所述电源模块为整个除冰系统提供电源。本发明提供一种利用共振实现的高压电线的除冰系统，该系统可以实时监控电线的结冰状况和振动状况、有效避免二次结冰和除冰效率高。

Description

利用共振实现的高压电线的除冰系统
技术领域
本发明涉及高压电线除冰领域，具体涉及一种利用共振实现的高压电线的除冰系统。
背景技术
在极端冰雪低温天气条件下，高压电线上容易出现较厚的积雪、冰层、冰柱，可能会使电力线路造成断裂、垮塌等危险，给电网的稳定性与安全性造成巨大威胁。电线上产生冰层和积雪的主要过程是：1.出现低温天气、发生降雪或降雨过程；2.降雪或降水以低附着力附着于电线上；3.雪在电线上逐渐积累，产生冰层，新的降水不断凝固在原有冰层上，形成高附着力的较厚冰层。
现有的电线除冰技术主要都是在第三个阶段发生以后即高附着力冰层产生后进行除冰的，主要包括人工作业或者机械行走装置进行局部加热、敲击的方式。人工作业危险性高，工作效率低，而机械行走装置，如名称为：一种高压电线除冰装置，专利号为：CN103515910A和名称为：一种电线除冰器，专利号为：CN101588041，以上两篇专利采取的方法都是依靠在电线上行走的机器，通过检测到结冰位置，然后通过加热，敲击的方式除冰，这种方式存在以下几个问题：1.由于加热除冰和敲击除冰后，电线上仍会残留有雪水或碎冰，并且装置需要来回运行，在极端天气条件下，可能会出现刚刚除冰的位置，在机器离开后二次结冰的情况；2.对于较厚的冰层，除冰效率较低；3.若需要融化较厚的冰层，也需要消耗较大的能量；4.由于考虑的使用条件是极端天气条件，所以对机械行走装置本身的稳定性与可靠性的要求很高。
经过实验发现，采用振动的方式，可以有效地在雪水在电线上处于低附着力的阶段除冰，快速高效，起到了预防除冰的作用。并且该方式可以与现有的机械除冰装置进行互补，对于加热除冰的机械行走装置，在融化积雪后可以将融水振离电线，对于敲击除雪的行走装置，可以在敲击破冰后，将碎冰振离电线，避免二次结冰，提高已有方式的除冰效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中除冰技术危险系数大、二次结冰和效率低的问题，提供一种利用共振实现的高压电线的除冰系统，该系统可以实时监控电线的结冰状况和振动状况、有效避免二次结冰和除冰效率高。
本发明的技术方案是：
一种利用共振实现的高压电线的除冰系统，包括检测装置、无线通信装置、信号处理和主控模块、驱动装置、电源模块和人工监测站；所述检测装置将电线的温度信号、空气湿度信号、振幅信号、振动频率信号传送给信号处理和主控模块，信号处理和主控模块的信号输出端连接驱动装置，人工监测站通过无线通信装置与信号处理和主控模块相互通信；所述电源模块为整个除冰系统提供电源；所述检测装置、无线通信装置、信号处理和主控模块、驱动装置和电源模块安装在一个壳体内，壳体通过紧固件固定在电线上。
所述驱动装置包括步进电机和偏心轮。
所述电源模块包括无源感应取电装置和备用电池。
所述无源感应取电装置包括互感器、整流器和滤波器。
所述检测装置包括用来检测电线温度的无线温度传感器、用来检测空气湿度的无线湿度传感器、用来检测电线振幅的无线电涡流传感器和用来检测电线振动频率的无线加速度传感器。
所述无线通信装置使用免费的ISM频段或者专用频段。
所述免费的ISM频段为315MHZ、433MHZ和2.4GHZ。
所述信号处理和主控模块为单片机或者DSP。
所述紧固件为螺栓。
本发明的积极有益效果是：
1.经实验发现，采用振动的方式，采取小幅高频的振动，就可以有效地在雪水在电线上处于低附着力的阶段除冰，快速高效。该系统主要是在电线上产生冰层的过程中，即雪水低附着力阶段对电线进行除冰，因此起到了预防除冰的作用。
2.考虑到极端天气状况，该系统采用无源感应取电装置和备用电池供电的方式供电，可以减少维护次数，保证系统长时间稳定运行，并保证在极端天气条件下的可靠性。
3.该系统相对于机械行走装置，结构相对简单，机械稳定性高。
4.该系统可以实时将电线结冰状况发送给人工监测站，可以通过人工遥控和自动运行结合的方式实现控制，提高了系统的灵活性与可靠性。
5.该系统可以调节振动频率与振动幅度，从而根据具体的积雪结冰情况决定驱动装置的振动状态，耗能较低，灵活性较高，并且可以通过信号处理和主控模块中的通过实验数据得到的算法，在保证除冰效果的前提下，将电线的振幅减到最小。
6.对于已经产生厚的高附着力的冰层的电线，将该系统与现有的机械除冰装置进行互补，对于加热除冰的机械行走装置，在融化积雪后可以利用本系统将融水振离电线，对于敲击除雪的行走装置，可以在敲击破冰后，利用本系统将碎冰振离电线，避免二次结冰，提高已有方式的除冰效率。
7.避免人工攀爬电塔进行人工除冰，保护了工作人员的安全，同时能够实现快速、灵活、高效、低能耗的除冰。
8.本系统可以实时监控电线的结冰状况和振动状况，对于故障的预防和定位起到了快速高效可靠的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的原理框图；
图3为图1中壳体的垂直于电线方向的剖面示意图；
图4为图1中壳体的平行于电线方向的剖面示意图。
图中序号所代表的含义为：1.壳体，2.紧固件，3.电机，4.偏心轮，5.电线。
具体实施方式
参见图1至图3所示，利用共振实现的高压电线的除冰系统，包括检测装置、无线通信装置、信号处理和主控模块、驱动装置、电源模块和人工监测站；所述检测装置将电线5的温度信号、空气湿度信号、振幅信号、振动频率信号传送给信号处理和主控模块，信号处理和主控模块的信号输出端连接驱动装置，人工监测站通过无线通信装置与信号处理和主控模块相互通信；所述电源模块为整个除冰系统提供电源；所述检测装置、无线通信装置、信号处理和主控模块、驱动装置和电源模块安装在一个壳体1内，壳体1通过紧固件2固定在电线5上，所述紧固件2为螺栓。
所述驱动装置包括步进电机3和偏心轮4，步进电机3带动偏心轮4转动，达到振动的目的。
所述电源模块包括无源感应取电装置和备用电池，备用电池用来提供备用电能，在极端天气情况下，无源感应取电装置可能出现故障，可以采用备用电池为整个除冰系统供电，保证系统正常运行，提高了系统的可靠性。
所述无源感应取电装置包括互感器、整流器和滤波器；互感器通过所测量的电线5中的交变电流感应出感生电动势，整流电路和滤波电路将互感器感应出的交变电压进行处理得到稳定的直流电压；采用无源感应取电装置可以适应全天候可靠运行，并且受到的天气影响较小，免除了长期维护所带来的人力与物力成本。无源感应取电装置主要用于非极端环境下的供电。
所述检测装置包括用来检测电线5温度的无线温度传感器、用来检测空气湿度的无线湿度传感器、用来检测电线5振幅的无线电涡流传感器和用来检测电线5振动频率的无线加速度传感器；根据温度、湿度判断是否为电线5覆冰高发环境，同时对比当前电线5舞动和该线路常见舞动的频率与幅度，判断是否有覆冰发生；当有覆冰发生时，驱动装置使电线5振动，通过检测电线5的振动状况，防止电线5上产生较大幅度的振动，将振动控制在电线5可以接受的幅度和频率内。
所述无线通信装置用于向人工监测站实时发送电线5的温度、周围环境的天气状况、电线5的积雪状况和电线5的振动幅度的信息，无线通信装置使用免费的ISM频段或者专用频段。
所述免费的ISM频段为315MHZ、433MHZ和2.4GHZ。
所述信号处理和主控模块用于接收并分析电线5的结冰状况和天气状况信号SIG1、振动状况信号SIG2和无线通信装置发送的控制信号SIG3，若SIG1中温度低于水的凝固点且有降雪天气出现，或是空气湿度大、覆冰高发并且通过电线5舞动幅度频率发现电线5覆冰，则向驱动装置发出指令，启动振动。若通过无线电涡流传感器发送的振幅信号，发现电线5振动幅度过大，则可以向驱动装置发出指令令其停止运行，同时人工监测站发出的控制信号SIG3具有优先控制权，可以随时停止驱动装置的运行，用于避免电线5振动幅度过大。信号处理和主控模块可以根据天气和电线5上的积雪状况，通过实验数据设定算法，选择驱动装置振动的频率和幅度，在达到除冰效果的前提下，将振动幅度减到最小，将因振动而给电线5造成的危险降到最低。信号处理和主控模块为单片机或者DSP。
具体工作过程为：将检测装置、无线通信装置、信号处理和主控模块、驱动装置和电源模块安装在一个壳体1内，壳体1通过螺栓固定在电线5上。检测装置检测到的结冰状况和天气状况信号SIG1和电线5的振动状况信号SIG2发送给信号处理和主控模块。无线通信装置可以实时将电线5的结冰状况和天气状况信号SIG5、电线5的振动状况信号SIG6发送给人工监测站，人工监测站可以通过无线通信装置向信号处理和主控模块发送控制信号SIG3，信号处理和主控模块发送信号SIG4来控制停止或者调整驱动装置的运行。信号处理和主控模块可以根据温度、天气状况决定何时驱动装置开始运行，使电线5产生振动，同时可以根据实际情况调整驱动装置的工作状态，从而调整电线5的振动频率与振动幅度。根据电线5的振动状况，实时监测驱动装置的运行状况，保证电线5的振动幅度在安全的范围内，以避免影响电线5的稳定性。同时，人工监测站发出的控制信号SIG3具有相对于自动控制的优先控制权，可以实现人工优先控制驱动装置的运行和停止。

Claims (9)

1.一种利用共振实现的高压电线的除冰系统，其特征在于：包括检测装置、无线通信装置、信号处理和主控模块、驱动装置、电源模块和人工监测站；所述检测装置将电线的温度信号、空气湿度信号、振幅信号、振动频率信号传送给信号处理和主控模块，信号处理和主控模块的信号输出端连接驱动装置，人工监测站通过无线通信装置与信号处理和主控模块相互通信；所述电源模块为整个除冰系统提供电源；所述检测装置、无线通信装置、信号处理和主控模块、驱动装置和电源模块安装在一个壳体内，壳体通过紧固件固定在电线上。
2.根据权利要求1所述的利用共振实现的高压电线的除冰系统，其特征在于：所述驱动装置包括步进电机和偏心轮。
3.根据权利要求1所述的利用共振实现的高压电线的除冰系统，其特征在于：所述电源模块包括无源感应取电装置和备用电池。
4.根据权利要求3所述的利用共振实现的高压电线的除冰系统，其特征在于：所述无源感应取电装置包括互感器、整流器和滤波器。
5.根据权利要求1所述的利用共振实现的高压电线的除冰系统，其特征在于：所述检测装置包括用来检测电线温度的无线温度传感器、用来检测空气湿度的无线湿度传感器、用来检测电线振幅的无线电涡流传感器和用来检测电线振动频率的无线加速度传感器。
6.根据权利要求1所述的利用共振实现的高压电线的除冰系统，其特征在于：所述无线通信装置使用免费的ISM频段或者专用频段。
7.根据权利要求6所述的利用共振实现的高压电线的除冰系统，其特征在于：所述免费的ISM频段为315MHZ、433MHZ和2.4GHZ。
8.根据权利要求1所述的利用共振实现的高压电线的除冰系统，其特征在于：所述信号处理和主控模块为单片机或者DSP。
9.根据权利要求1所述的利用共振实现的高压电线的除冰系统，其特征在于：所述紧固件为螺栓。
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