CN106786298B - 一种高压输电线路自发热除冰系统 - Google Patents

Abstract

一种高压输电线路的自发热除冰系统，包括：直流除冰车，用于移动地接入到高压输电线路的一端为高压输电线路提供直流电；高压线路移动短接车，用于移动地接入高压输电线路的另一端将高压输电线路进行短接；多根高压输电线路，每根高压输电线路通过绝缘子吊在输电塔的下方，所述绝缘子一端通过支杆吊装在输电塔下方；还包括挂冰监测单元，所述挂冰监测单元包括配置在所述绝缘子的支杆上的应力传感器，所述应力传感器通过导线连接到挂冰监测单元的中央处理单元ECU上；当判断出现异常值时，所述中央处理单元ECU通过窄带物联网通信单元的物联网sim卡向基站发送异常信息。还公开了该自发热除冰系统的操作方法。本发明除冰效率高，自动化程度，节省能源。

Description

一种高压输电线路自发热除冰系统

技术领域

本发明涉及一种自发热除冰系统，尤其是涉及一种用于高压线路的自发热除冰系统。

背景技术

架空高压线路是电网系统中不可或缺的设备。其具有输电距离远，效率高，检修方便的特点，目前已经广泛应用架空高压输电线路进行输电。然而在冬季，当气温低于0度以下时，高压输电线路会产生挂冰现象，挂冰的重量通常可以为输电线路的几十倍到几百倍，由此高压输电塔和绝缘子将会承受巨大的重量，容易产生倒塌和断裂现象。08年雪灾时，湖南和贵州的影响尤其严重。

因此，高压输电线路的除冰是迫切需要解决的技术。常规的除冰方式主要有人工除冰、机械式除冰和自发热式除冰。

人工除冰只要是利用检修人员对挂冰进行敲打，使挂冰掉落的方式。这种方式不利于大面积挂冰的情形，除冰效果差，不适于再山区、野外进行作业。

机械式除冰是一种利用除冰机器人对高压线路进行机械除冰的方式，然而机器人的除冰速度慢，要想大面积的除冰则必须增加机器人的数量，由于安装机器人也需要人工进行，因此这种除冰效果也不是很理想。

自发热式除冰是一种利用高压线路短接发热的方式进行的除冰。这种方式可以大面积、高效、快速地对高压电线进行除冰。直流除冰技术就是一种典型的发热除冰技术，这种技术已经广泛应用，已被证明为较为高效地一种除冰方式。

图1为现有技术中的直流除冰系统的示意图。直流除冰设备在本站一端经过整流变压器、整流器、二相/三相转换器后接入三相高压输电线路。高压输电线路在对站进行人工短接三相短接，即A、B、C相短接。从而直流电接入到高压线路中。高压线路中的导线发热后，融化自身的挂冰。这种方式称为直流除冰方式。

然而，这种除冰方式，需要人工对输电线路进行监测，当发现有结冰现象时，再通知调度进行停电、线路短接，再通知检修人员在高压线路中加载直流融冰设备，从而实现对线路发热除冰。其效率仍然是较为低的。同时，由于发热除冰需要消耗电能，因此如何考虑节能，是直流除冰技术所要解决的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明由此提供了一种高压输电线路的自发热除冰系统，包括：直流除冰车，所述直流除冰车上设置有直流电源，整流变压器、整流器、二相/三相转换器，所述直流除冰车用于移动地接入到高压输电线路的一端为高压输电线路提供直流电；

高压线路移动短接车，所述高压线路移动短接车用于移动地接入高压输电线路的另一端将高压输电线路进行短接；

高压输电网络，所述高压输电网络包括多根高压输电线路，每根高压输电线路通过绝缘子吊在输电塔的下方，所述绝缘子的一端固定有高压输电线路，另一端通过支杆吊装在输电塔下方；

还包括挂冰监测单元，所述挂冰监测单元固定在输电塔上，所述挂冰监测单元包括配置在所述绝缘子的支杆上的应力传感器，所述应力传感器用于监测支杆的应力变化；所述应力传感器通过导线连接到挂冰监测单元的中央处理单元ECU上，所述挂冰监测单元还包括存储单元，用于记录和存储传感器的信号；

所述中央处理单元ECU调取所述存储单元存储的信息，并判断当出现异常值时，通过窄带物联网通信单元的物联网sim卡向基站发送异常信息；

当出现异常信息时，直流除冰车和高压线路移动短接车对输电线路动作进行直流融冰。

进一步的，所述挂冰监测单元还包括风力传感器，湿度传感器，温度传感器，上述传感器都连接到存储单元和中央处理单元ECU，所述中央处理单元ECU调节上述传感器的检测周期，所述存储单元将上述传感器检测到的信号记录并存储。

进一步的，每个输电塔上都设置挂冰监测单元或者间隔数个输电塔设置一个挂冰监测单元。

进一步的，当所述应力传感器监测到的应力增大时，所述中央处理单元ECU判断应力的增大是否超过第一值，如果超过第一值，则进一步监测，所述应力是否在第一范围内波动，所述第一范围为0到所述第一值之间，如果所述应力在第一范围内波动，则所述中央处理单元ECU判断所述应力不为异常值。

进一步的，所述中央处理单元ECU继续判断所述应力是否在第二范围内波动，该第二范围在第二值与第一值之间，其中所述第二值小于第一值但大于0，如果所述应力在所述第二范围内波动，则所述中央处理单元ECU向基站发送异常信息，所述异常信息至少包括：应力传感器监测的信号、风力传感器、湿度传感器和温度传感器监测的信号。

特别的，所述基站收集多个挂冰监测单元发来的异常信息，并向远程控制单元发送所有的异常信息；

所述控制单元接收多个基站发送的异常信息，并综合分析所述异常信息，判断所述高压送电线路是否挂冰，以及挂冰的范围；

如果多个异常信息均表示一定连续范围内的绝缘子的支杆上的应力明显增加，再结合温度传感器和湿度传感器的信息进行判断得出，出现挂冰现象，则远程控制单元根据挂冰监测单元的编号，确定高压输电线路的挂冰范围。

特别的，所述远程控制单元根据接收到的多个挂冰监测单元发送来的应力值、风力值，湿度值，温度值，以及挂冰范围的高压线路长度计算直流融冰所需的电流大小、通电时间长度并发送给直流除冰车。

进一步的，所述远程控制单元，包含数据库模块，在数据库模块中存储有每个挂冰监测单元的编号、地理位置信息，以及每辆直流除冰车和高压线路移动短接车的编号、地理位置信息；

所述远程控制单元为挂冰范围的高压线路中的两个端点的挂冰监测单元所在的输电塔分别选择距离最近的直流除冰车或高压线路移动短接车；当所述直流除冰车、高压线路移动短接车分别驾驶到预定挂冰监测单元所在的输电塔时，远程控制单元对该线路范围进行停电处理，直流除冰车、高压线路移动短接车分别进行线路对接，对接完毕后，直流除冰车1启动，按照预定的电流、电压和通电时间对高压线路进行融冰处理。

此外，本发明还提供了一种高压输电线路的自发热除冰系统的操作方法，包括如下步骤：

利用应力传感器监测绝缘子支杆上的应力变化，所述绝缘子的一端固定有高压输电线路，另一端通过支杆吊装在输电塔下方；

利用挂冰监测单元的存储单元存储所述应力变化，利用挂冰监测单元的中央处理单元ECU，调取所述存储单元存储的信息，并判断当出现异常值时，通过窄带物联网通信单元的物联网sim卡向基站发送异常信息；

当出现异常信息时，利用直流除冰车移动地接入到高压输电线路的一端为高压输电线路提供直流电；利用高压线路移动短接车，所述高压线路移动短接车用于移动地接入高压输电线路的另一端将高压输电线路进行短接。

进一步的，当所述应力传感器监测到的应力增大时，所述中央处理单元ECU判断应力的增大是否超过第一值，如果超过第一值，则进一步监测，所述应力是否在第一范围内波动，所述第一范围为0到所述第一值之间，如果所述应力在第一范围内波动，则所述中央处理单元ECU判断所述应力不为异常值；

所述中央处理单元ECU继续判断所述应力是否在第二范围内波动，该第二范围在第二值与第一值之间，其中所述第二值小于第一值但大于0，如果所述应力在所述第二范围内波动，则所述中央处理单元ECU向基站发送异常信息，所述异常信息至少包括：应力传感器监测的信号、风力传感器、湿度传感器和温度传感器监测的信号。

本发明可以自动地、实时地监测电网的挂冰情况，自动地向直流除冰设备发送除冰请求。自动化程度高，能够高效快速地进行除冰，并且防止了不必要的除冰，节约了能源。

附图说明

当结合附图考虑时，参考下面的描述能够很好的理解本发明的结构、原理、工作特点和优点，但此处说明的附图用来对本发明的进一步解释，所附示意图只是为了更好的对本发明进行说明，并不对本发明构成不当限定，其中：

图1是现有技术中直流融冰系统的示意图；

图2是本发明的自发热除冰系统的示意图；

图3是本发明的自发热除冰系统的挂冰监测单元6的结构示意图；

图4是本发明的自发热除冰系统的远程控制示意图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步的描述，应当指出的是，以下实施例仅仅为示意性的，其并非意图限制本发明。

本发明的自发热除冰系统如图2所示，包括直流除冰车1，该直流除冰车上设置有直流电源，如直流发电机，整流变压器、整流器、二相/三相转换器等。直流除冰车1用于移动地接入到高压输电线路的三相输电线中。

本发明的自发热除冰系统还包括高压线路移动短接车10，该高压线路移动短接车10包含有导航模块和信息接收模块。高压线路移动短接车10用于在高压线的一端将高压线路进行短接，为直流融冰做准备。

高压输电网络2，高压输电网络2包括多根高压输电线路3，每根高压输电线路3通过绝缘子4吊在输电塔5的下方。绝缘子4的一端固定有高压输电线路3，另一端通过支杆41吊装在输电塔5下方。这样绝缘子4将起到承担高压输电线路3的重量的作用。

如图2-3所示，还包括挂冰监测单元6，该挂冰监测单元6固定在输电塔5上。挂冰监测单元6包括配置在绝缘子4的支杆41上的应力传感器61，该应力传感器61用于监测支杆41的应力变化。应力传感器61通过导线连接到挂冰监测单元6的中央处理单元ECU60上。还包括存储单元62，用于记录和存储传感器的信号。

还包括风力传感器62，湿度传感器63，温度传感器64，上述传感器都连接到存储单元65和中央处理单元ECU60。中央处理单元ECU60可以调节上述传感器的检测周期，例如，每10秒检测一次。存储单元65将上述传感器检测到的信号记录并存储。

中央处理单元ECU60调取存储单元65存储的信息，当出现异常值时，通过窄带物联网通信单元66的物联网sim卡向基站7发送异常信息。

基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)是一种新兴的物联网。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，因此，一个基站可以同时进行大量的物联网sim卡信息收发。具备有低功耗、广覆盖、低成本、大容量的优点。

由于NB-IoT的优点，可以使得在广大山区实现物联网，将每个输电塔5上的挂冰监测单元6连接起来形成一个窄带物联网系统。由此可以实现对每个输电塔5的监控。在窄带物联网技术未能有效利用的过去，是无法对每个输电塔的状况进行监测的，因为如果利用常规通信设备对输电塔进行监测，将会导致成本急剧上升。

由于大气环境的变化在小范围是相同的，因此，不必在每个输电塔5上都设置挂冰监测单元6，例如可以每隔1-2个输电塔5设置一个挂冰监测单元6。

当应力传感器61监测到的应力增大时，中央处理单元ECU60，判断应力的增大是否超过第一值，如果超过第一值，则进一步监测，所述应力是否在第一范围内波动。设在不挂冰，无风，无露的情况下的应力值为0，则监测所述应力是否在0到第一值之间波动，中央处理单元ECU60则认为高压线路没有挂冰，不会向基站发送异常信号。此时高压线路是受到风力的影响进行的正常波动。

中央处理单元ECU60继续判断所述应力是否在第二范围内波动，该第二范围在第二值与第一值之间，其中第二值小于第一值但大于0。如果所述应力是否在第二范围内波动，则说明，高压线路上至少积压了一定量的挂冰。此时，中央处理单元ECU60向基站7发送异常信息，所述异常信息至少包括：应力传感器61监测的信号、风力传感器63、湿度传感器64和温度传感器65监测的信号。

所述第二值表征应力已经具有一定大小，此时才作为异常信息提供。这尤其是有利于节约电能。众所周知，高压线本身是具有一定的发热的，因此，当挂冰重量不大时，不需要对高压线路进行直流融冰，而仅依靠高压线本身的热量和自然界的热量缓慢融冰即可。因为，挂冰重量不大时，将不会导致输电塔或高压线本身受到损害。如果一旦具有挂冰就对进行直流融冰，不仅浪费电能，而且效率低下。

如图4所示，基站7收集多个挂冰监测单元6发来的异常信息，并向远程控制单元8发送所有的异常信息。

远程控制单元8接收多个基站7发送的异常信息，并综合分析所述异常信息，判断所述高压送电线路是否挂冰，以及挂冰的范围。例如，如果所述异常信息的数量小于一定数值，如只有数个异常信息，此时再结合温度传感器和湿度传感器来进行判断，如果温度较高，湿度较低，则可能不会是挂冰情形，绝缘子4的支杆41上的应力增加，有可能是因为高压线缆挂有异物，如树枝等。此时远程控制单元8将向检修人员发送包含该异常信息的输电塔的检修通知。

如果多个异常信息均表示一定连续范围内的绝缘子4的支杆41上的应力明显增加，再结合温度传感器和湿度传感器的信息进行判断得出，出现挂冰现象，则远程控制单元8根据挂冰监测单元6的编号，确定高压输电线路的挂冰范围。例如，第0001号与第0855号挂冰监测单元6之间存在多个异常信号点，则认为第0001号与第0855号挂冰监测单元6的输电线路之间存在挂冰。

远程控制单元8将根据接收到的多个挂冰监测单元6发送来的应力值、风力值，湿度值，温度值，以及挂冰范围的高压线路长度计算直流融冰所需的电流大小、通电时间长度并发送给直流除冰车1。

远程控制单元8，包含数据库模块81，在数据库模块中存储有每个挂冰监测单元6的编号、地理位置信息，以及每辆直流除冰车1和高压线路移动短接车10的编号、地理位置信息。

远程控制单元8为挂冰范围的高压线路中的两个端点的挂冰监测单元6所在的输电塔分别选择距离最近的直流除冰车1或高压线路移动短接车10。例如第0001号挂冰监测单元6所在的输电塔与编号为003的直流除冰车1最近则将该直流除冰车派往该第0001号挂冰监测单元6所在的输电塔，第0855号挂冰监测单元6所在的输电塔与编号为008的高压线路移动短接车10最近，则将该高压线路移动短接车10派往第0855号挂冰监测单元6所在的输电塔。远程控制单元8根据同时将输电塔与直流除冰车1、高压线路移动短接车10的路线规划一起发送给直流除冰车1、高压线路移动短接车10。

值得一提的是，如果需要除冰的高压线位于山上等不利于车辆驶入的区域，则可以选择临近的、且靠近公路的输电塔作为直流除冰车1或高压线路移动短接车10的接入点。

如果高压输电线路存在大范围的挂冰现象，可以对高压输电线路进行分段处理，分别选择多个点作为直流除冰车1或高压线路移动短接车10的接入点。此时，只需计算不同段内每两个点之间的高压线路所需的融冰电流、电压等参数，并发送给相应的直流除冰车1。

当直流除冰车1、高压线路移动短接车10分别驾驶到预定挂冰监测单元6所在的输电塔5时，远程控制单元8对该线路范围进行停电处理。直流除冰车1、高压线路移动短接车10分别进行线路对接，对接完毕后，直流除冰车1启动，按照预定的电流、电压和通电时间对高压线路进行融冰处理。

远程控制单元8可以跟挂冰监测单元6传送来的信号，判断挂冰的清除效果，例如挂冰监测单元6传来的应力信号显示，应力已明显降低，则说明融冰的效果较为理想。

最后，直流除冰车1、高压线路移动短接车10分别解除与高压线路的连接。远程控制单元8对电网恢复供电。

本发明可以高效快速地除冰，节约电能。

尽管已经结合实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解地是，本发明并非仅限于特定实施例，相反，在没有超出本申请精神和实质的各种修正，变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高压输电线路的自发热除冰系统，其特征在于包括：直流除冰车，所述直流除冰车上设置有直流电源，整流变压器、整流器、二相/三相转换器，所述直流除冰车用于移动地接入到高压输电线路的一端为高压输电线路提供直流电；

高压线路移动短接车，所述高压线路移动短接车用于移动地接入高压输电线路的另一端将高压输电线路进行短接；

高压输电网络，所述高压输电网络包括多根高压输电线路，每根高压输电线路通过绝缘子吊在输电塔的下方，所述绝缘子的一端固定有高压输电线路，另一端通过支杆吊装在输电塔下方；

还包括挂冰监测单元，所述挂冰监测单元固定在输电塔上，所述挂冰监测单元包括配置在所述绝缘子的支杆上的应力传感器，所述应力传感器用于监测支杆的应力变化；所述应力传感器通过导线连接到挂冰监测单元的中央处理单元ECU上，所述挂冰监测单元还包括存储单元，用于记录和存储传感器的信号；

所述挂冰监测单元还包括风力传感器，湿度传感器，温度传感器，上述传感器都连接到存储单元和中央处理单元ECU；

所述中央处理单元ECU调取所述存储单元存储的信息，并判断当出现异常值时，通过窄带物联网通信单元的物联网sim卡向基站发送异常信息；当出现异常信息时，如果所述异常信息的数量小于一定数值，且结合温度传感器和湿度传感器判断不出现挂冰情形，则向检修人员发送包含该异常信息的输电塔的检修通知；

如果多个异常信息均表示一定连续范围内的绝缘子的支杆上的应力明显增加，且结合温度传感器和湿度传感器的信息进行判断得出，出现挂冰现象，则根据挂冰监测单元的编号，确定高压输电线路的挂冰范围，利用直流除冰车和高压线路移动短接车对该挂冰范围的高压输电线路动作进行直流融冰。

2.根据权利要求1所述的高压输电线路的自发热除冰系统，其特征在于：

所述中央处理单元ECU调节上述传感器的检测周期，所述存储单元将上述传感器检测到的信号记录并存储。

3.根据权利要求2所述的高压输电线路的自发热除冰系统，其特征在于：

每个输电塔上都设置挂冰监测单元或者间隔数个输电塔设置一个挂冰监测单元。

4.根据权利要求3所述的高压输电线路的自发热除冰系统，其特征在于：

当所述应力传感器监测到的应力增大时，所述中央处理单元ECU判断应力的增大是否超过第一值，如果超过第一值，则进一步监测，所述应力是否在第一范围内波动，所述第一范围为0到所述第一值之间，如果所述应力在第一范围内波动，则所述中央处理单元ECU判断所述应力不为异常值。

5.根据权利要求4所述的高压输电线路的自发热除冰系统，其特征在于：

所述中央处理单元ECU继续判断所述应力是否在第二范围内波动，该第二范围在第二值与第一值之间，其中所述第二值小于第一值但大于0，如果所述应力在所述第二范围内波动，则所述中央处理单元ECU向基站发送异常信息，所述异常信息至少包括：应力传感器监测的信号、风力传感器、湿度传感器和温度传感器监测的信号。

6.根据权利要求5所 述的高压输电线路的自发热除冰系统，其特征在于：

所述基站收集多个挂冰监测单元发来的异常信息，并向远程控制单元发送所有的异常信息；

所述控制单元接收多个基站发送的异常信息，并综合分析所述异常信息，判断所述高压送电线路是否挂冰，以及挂冰的范围；

如果多个异常信息均表示一定连续范围内的绝缘子的支杆上的应力明显增加，再结合温度传感器和湿度传感器的信息进行判断得出，出现挂冰现象，则远程控制单元根据挂冰监测单元的编号，确定高压输电线路的挂冰范围。

7.根据权利要求6的高压输电线路的自发热除冰系统，其特征在于：

所述远程控制单元根据接收到的多个挂冰监测单元发送来的应力值、风力值，湿度值，温度值，以及挂冰范围的高压线路长度计算直流融冰所需的电流大小、通电时间长度并发送给直流除冰车。

8.根据权利要求7的高压输电线路的自发热除冰系统，其特征在于：

所述远程控制单元，包含数据库模块，在数据库模块中存储有每个挂冰监测单元的编号、地理位置信息，以及每辆直流除冰车和高压线路移动短接车的编号、地理位置信息；

所述远程控制单元为挂冰范围的高压线路中的两个端点的挂冰监测单元所在的输电塔分别选择距离最近的直流除冰车或高压线路移动短接车；当所述直流除冰车、高压线路移动短接车分别驾驶到预定挂冰监测单元所在的输电塔时，远程控制单元对该线路范围进行停电处理，直流除冰车、高压线路移动短接车分别进行线路对接，对接完毕后，直流除冰车（ 1） 启动，按照预定的电流、电压和通电时间对高压线路进行融冰处理。

9.一种高压输电线路的自发热除冰系统的操作方法，其特征在于包括如下步骤：

利用应力传感器监测绝缘子支杆上的应力变化，所述绝缘子的一端固定有高压输电线路，另一端通过支杆吊装在输电塔下方；

将风力传感器、湿度传感器、温度传感器连接到存储单元和中央处理单元ECU；

利用挂冰监测单元的存储单元存储所述应力变化，利用挂冰监测单元的中央处理单元ECU，调取所述存储单元存储的信息，并判断当出现异常值时，通过窄带物联网通信单元的物联网sim卡向基站发送异常信息；

如果所述异常信息的数量小于一定数值，且结合温度传感器和湿度传感器判断不出现挂冰情形，则向检修人员发送包含该异常信息的输电塔的检修通知；

如果多个异常信息均表示一定连续范围内的绝缘子的支杆上的应力明显增加，且结合温度传感器和湿度传感器的信息进行判断得出，出现挂冰现象，则根据挂冰监测单元的编号，确定高压输电线路的挂冰范围，利用直流除冰车移动地接入到高压输电线路的一端为高压输电线路提供直流电；利用高压线路移动短接车，所述高压线路移动短接车用于移动地接入高压输电线路的另一端将高压输电线路进行短接。

10.根据权利要求9所述的高压输电线路的自发热除冰系统的操作方法，其特征在于：

当所述应力传感器监测到的应力增大时，所述中央处理单元ECU判断应力的增大是否超过第一值，如果超过第一值，则进一步监测，所述应力是否在第一范围内波动，所述第一范围为0到所述第一值之间，如果所述应力在第一范围内波动，则所述中央处理单元ECU判断所述应力不为异常值；

所述中央处理单元ECU继续判断所述应力是否在第二范围内波动，该第二范围在第二值与第一值之间，其中所述第二值小于第一值但大于0，如果所述应力在所述第二范围内波动，则所述中央处理单元ECU向基站发送异常信息，所述异常信息至少包括：应力传感器监测的信号、风力传感器、湿度传感器和温度传感器监测的信号。