CN109888710B - 一种电力设备用除冰方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统防灾减灾技术，公开了一种电力设备用除冰方法及系统，以提高电力设备带电除冰效率，同时避免设备损坏；本发明的方法包括获取待除冰电力设备的待作业面的大小，并测量激光头与待除冰电力设备表面的第一距离；设定除冰必备条件，根据电力设备大小、第一距离以及除冰必备条件计算除冰初始路径信息；实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，根据实时表面温度和除冰初始路径信息计算得到除冰轨迹；控制激光头按照除冰轨迹进行除冰。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统防灾减灾技术，尤其涉及一种电力设备用除冰方法及系统。
背景技术
冰灾是电网安全运行的天敌，在发生冰灾时，易发生线路倒塔断线，变电站失压停运等情况，严重影响国民经济和国家安全。若发生大范围冰灾，则容易造成绝缘子覆冰桥接，引发线路冰闪跳闸。在以往发生的实际冰灾跳闸事故中，因绝缘子覆冰闪络造成的跳闸次数频繁，时常有线路紧急降压运行的状况发生，威胁了大部分用户的供电安全。给人民正常生产生活构成了严重影响。在发生冰灾时，由于无法施加电流除冰，当前绝缘子、隔离开关、刀闸等电力设备必须停电除冰。为了有效防止输变电设备覆冰闪络，现有防冰措施中通过增加线路绝缘子长度进行除冰，但是这种方法需增大铁塔尺寸，成本巨大；此外，国内外的航空、国防部门提出热风除冰、热蒸汽除冰方法，但输变电设备带电除冰对绝缘性要求高，远距离热量传输损耗大，除冰效率低。在传统的除冰方法中，还可以利用远距离激光加热可实现电力设备带电除冰，但现有技术只能手动控制激光除冰路径，激光轨迹移动随意，有如下缺点：易造成设备表面温度过高，导致永久性设备损伤；此外，该种方法主要依靠冰块融化除冰，而激光光斑面积小，冰层沿着激光走向成线条融化，效率及其低下。
因此，如何提高电力设备带电除冰效率，同时避免设备损坏成为一个急需解决的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种电力设备用除冰方法及装置，以提高电力设备带电除冰效率，同时避免设备损坏。
为实现上述目的，本发明提供了一种电力设备用除冰方法，包括以下步骤：
S1：获取待除冰电力设备的待作业面的大小，并测量激光头与待除冰电力设备表面的第一距离；
S2：设定除冰必备条件，根据所述电力设备大小、所述第一距离以及所述除冰必备条件计算除冰初始路径信息；
S3：实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，根据所述实时表面温度和所述除冰初始路径信息计算得到除冰轨迹；
S4：控制激光头按照所述除冰轨迹进行除冰。
优选地，所述S2具体包括以下步骤：
S21：根据待除冰电力设备的待作业面的大小设定激光头在垂直方向轨迹半径初始值，根据垂直方向轨迹半径初始值与第一距离计算激光头垂直摆动角度初始值；
S22：设定激光头垂直摆动角速度初始值；
S23：获取激光水平方向移动初始速度，根据所述水平方向移动初始速度和第一距离计算激光头水平转动角速度初始值；
S24：根据所述激光头垂直摆动角速度初始值、所述激光头水平转动角速度初始值、以及除冰必备条件计算除冰初始路径，启动除冰。
优选地，S3中，实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，并根据检测结果调整激光头功率；
其中，当除冰时的实际脱冰点温度高于电力设备的温度阈值时，减小激光头的功率至最低设定值，若冰层未脱落，增加激光头的功率至最高设定值。
优选地，所述除冰必备条件为：待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度低于电力设备的温度阈值。
优选地，所述除冰轨迹为曲线型，所述曲线型除冰轨迹为螺旋形状的除冰轨迹；
其中，所述螺旋形状的除冰轨迹的计算方程为：
式中，x为除冰轨迹在垂直坐标系下的横坐标，y为除冰轨迹在垂直坐标系下的纵坐标，t为除冰时间，R为激光头在垂直方向上的轨迹半径，ω为激光头垂直摆动的角速度，v为激光水平方向移动速度。
优选地，计算激光水平方向移动速度时，采用计算公式v为：
v＝Rω/3；
式中，R为激光头在垂直方向上的轨迹半径，ω为激光头垂直摆动的角速度。
优选地，还包括步骤，设定第一可选条件和第二可选条件，根据所述第一可选条件或所述第二可选条件确定除冰可选条件，根据所述除冰可选条件优化所述除冰轨迹；
其中，所述第一可选条件为：控制电力设备的表面温度小于零，且能使冰层脱落；
所述第二可选条件为：当设备表面温度大于零时，增加激光头的功率。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种电力设备用除冰系统，包括：
激光头、与所述激光头相连的轨迹控制模块和距离测算模块、分别与所述轨迹控制模块和所述距离测算模块相连的主控中心、以及与所述主控中心相连的温度检测模块；
所述激光头用于产生激光束作用于待除冰电力设备的作业面，所述距离测算模块用于测量激光头与待测电力设备之间的第一距离，并发送给所述主控中心；所述温度检测模块用于实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，并将检测结果发送给主控中心；所述主控中心用于根据所述第一距离、所述电力设备的待作业面大小、以及所述实时表面温度计算得到除冰轨迹，并发送给所述轨迹控制模块，所述轨迹控制模块用于接收来自主控中心的除冰轨迹并控制激光头按照除冰轨迹进行除冰。
优选地，所述轨迹控制模块包括用于调节激光头在垂直方向移动的第一伺服电机和用于调节激光头在水平方向移动的第二伺服电机，所述第一伺服电机与所述第二伺服电机都与所述主控中心相连。
优选地，还包括用于瞄准待除冰电力设备的瞄准模块，所述瞄准模块与激光头同轴安装。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种电力设备用除冰方法及装置，根据待测电力设备的大小、激光头与电力设备之间的第一距离、以及除冰必备条件计算除冰轨迹，由主控中心通过轨迹控制模块控制激光头根据除冰轨迹对待除冰电力设备进行自动除冰；能提高电力设备带电除冰效率，同时避免设备损坏，实施成本低，使用方便。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的电力设备用除冰方法流程图；
图2是本发明优选实施例的螺旋形状的除冰轨迹示意图；
图3是本发明优选实施例的除冰轨迹在直角坐标系中的示意图；
图4是本发明优选实施例的轨迹螺旋曲线重叠情况示意图；
图5是本发明优选实施例的轨迹无交叉点趋近于直线情况示意图；
图6是本发明优选实施例的电力设备用除冰系统结构示意图。
附图标记：
1、激光头；2、第一伺服电机；3、第二伺服电机；4、温度检测模块；5、瞄准模块；6、底座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“两侧”、“外侧”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种电力设备用除冰方法，包括以下步骤：
S1：获取待除冰电力设备的待作业面的大小，并测量激光头1与待除冰电力设备表面的第一距离；
S2：设定除冰必备条件，根据电力设备大小、第一距离以及除冰必备条件计算除冰初始路径信息；
S3：实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，根据实时表面温度和除冰初始路径信息计算得到除冰轨迹；
S4：控制激光头1按照除冰轨迹进行除冰。
上述的电力设备用除冰方法，能提高电力设备带电除冰效率，同时避免设备损坏，实施成本低，使用方便。
作为本实施例优选的实施方式，S2具体包括以下步骤：
S21：根据待除冰电力设备的待作业面的大小设定激光头1在垂直方向轨迹半径初始值，根据垂直方向轨迹半径初始值与第一距离计算激光头1垂直摆动角度初始值；
S22：设定激光头1垂直摆动角速度初始值；
S23：获取激光水平方向移动初始速度，根据水平方向移动初始速度和第一距离计算激光头1水平转动角速度初始值；
S24：根据激光头1垂直摆动角速度初始值、激光头1水平转动角速度初始值、以及除冰必备条件计算除冰初始路径，启动除冰。
作为本实施例优选的实施方式，S3中，实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，并根据检测结果调整激光头1功率；其中，当除冰时的实际脱冰点温度高于电力设备的温度阈值时，减小激光头1的功率至最低设定值，若冰层未脱落，增加激光头1的功率至最高设定值。
作为本实施例优选的实施方式，除冰必备条件为：待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度低于电力设备的温度阈值。
本实施例中，除冰必备条件包括：待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度低于电力设备的温度阈值。需要说明的是，为方便调整温度，本实施例中，将能使冰层开始融化脱落的温度设为脱冰点温度，由于每种不同的待除冰电力设备能承受的温度不一样，故，作为可变换的实施方式，根据待除冰电力设备的种类设置除冰时的脱冰点温度，在除冰过程中，根据脱冰点温度调整激光头1的功率，但是，在调整过程中，始终保持待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度低于电力设备的温度阈值以避免对设备本身造成损害。
若除冰时的实际脱冰点温度高于电力设备能承受的温度阈值时，减小激光头1的功率至最低设定值，若冰层未脱落，增加激光头1的功率，增加激光头1的功率至最高设定值。本实施例中的激光头1的功率的最低设定值为在该功率的作用下产生的最低温度能融化冰层，最高设定值为在该功率的作用下产生的最高温度不对电力设备表面造成损坏，其具体取值大小根据不同的电力设备种类确定，只需满足上述限定即可。
作为本实施例优选的实施方式，除冰轨迹为曲线型，优选地，曲线型除冰轨迹为螺旋形状的除冰轨迹。如下图2所示。螺旋形状除冰轨迹增大了除冰路径的纵向宽度，且螺旋轨迹的交叉点因经过2次激光束的作用，温度较高，形成脱冰点，冰层从脱冰点开始成片脱落，无需完全融化，融冰速度快。
具体地，以某220KV瓷支柱绝缘子除冰为例进行说明。其中，该绝缘子直径约为0.45m，根据该绝缘子的大小，设定除冰轨迹的初始轨迹垂直方向半径R0＝0.03m，采用距离测算模块测得激光头1与待除冰电力设备之间的第一距离，即除冰距离为d＝15m，需要说明的是，根据几何关系得到除冰轨迹的3个参数(轨迹垂直方向半径、轨迹垂直方向角速度、轨迹水平方向移动速度)的计算公式为：
式中，R为轨迹垂直方向半径，单位为m，ω为轨迹垂直方向角速度，单位为rad/s；v为轨迹水平方向移动速度，单位为m/s，α为激光头1摆动角度。
则本实施例中，激光头1摆动角度的初始值为α0＝arctan(R0/d)＝arctan(0.002)＝0.002rad。
进一步地，如图3所示，计算除冰轨迹在直角坐标系下的方程为：
式中，t为除冰时间，单位为s。
根据上述方程式可知，若轨迹水平方向移动速度v太小，则轨迹螺旋曲线重叠，如下图4所示，易导致重复除冰，不仅除冰效率低下，还易损伤设备；若v太大，则轨迹无交叉点，甚至趋近于直线，如下图5所示，不利于冰层脱落。因此，取垂直摆动角度初始值ω0＝π。优选地，通过实践与计算，建立最优的计算轨迹水平方向移动速度公式为：
v＝Rω/3；
则，根据上述公式计算得到除冰轨迹水平方向移动速度初始值v0＝ω0R0/3＝0.0314m/s，则激光头水平转动角速度为：ωl0＝v0/d＝6.67×10-4rad。并在轨迹控制模块中设置上述参数α0、ωv0、ωl0。
然后将激光头1瞄准待除冰电力设备，启动除冰。需要说明的是，通过计算激光头1垂直摆动角度初始值、激光头1垂直摆动角速度初始值、激光头1水平转动角速度初始值即可启动除冰，然后根据除冰必备条件不停地调整激光头1在垂直及水平方向的角速度值，得到除冰轨迹，可以得到实时地，与实际除冰情况非常吻合的除冰轨迹。优选地，本实施例还包括步骤：设定第一可选条件和第二可选条件，根据第一可选条件或第二可选条件确定除冰可选条件，根据除冰可选条件优化除冰轨迹；
其中，第一可选条件为：控制电力设备的表面温度小于零，且能使冰层脱落；从而达到减少能耗的效果。
第二可选条件为：当设备表面温度大于零时，增加激光头1的功率。可以加快除冰速度，避免重复照射已经脱掉冰块的设备，达到减少能耗的目的。
本实施例中，瓷绝缘子的不被高温损坏的温度阈值为Th＝60℃。若当设备表面的温度大于该温度阈值时，减小激光的移动速率，避免对设备造成损伤。则，本实施例中，除冰必备条件为T脱<60且冰层脱落。
在实际操作中，在初始轨迹参数R0＝0.03m、ω0＝π、v0＝0.0314m/s下，测得T脱＝43℃，轨迹线上冰层融化，但未脱落。于是ω减小至2π/3，测得T脱＝54℃，轨迹线上冰层融化，且冰层成块脱落。则取ω＝2π/3直至融冰结束。
实施例2
与上述方法实施例相对应地，本实施例提供一种电力设备用除冰系统，如图6所示，包括激光头1、与激光头1相连的轨迹控制模块和距离测算模块、分别与轨迹控制模块和距离测算模块相连的主控中心、以及与主控中心相连的温度检测模块4；其中，轨迹控制模块安装在底座6上。
激光头1用于产生激光束作用于待除冰电力设备的作业面，距离测算模块用于测量激光头1与待测电力设备之间的第一距离，并发送给主控中心；温度检测模块4用于实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，并将检测结果发送给主控中心；主控中心用于根据第一距离、电力设备的待作业面大小、以及实时表面温度计算得到除冰轨迹，并发送给轨迹控制模块，轨迹控制模块用于接收来自主控中心的除冰轨迹并控制激光头1按照除冰轨迹进行除冰。
通过温度采集模块，可以实时获取待除冰电力设备表面的温度，并根据电力设备表面的实时温度调节除冰轨迹，避免手动盲目除冰。
作为本实施例优选的实施方式，轨迹控制模块包括用于调节激光头1在垂直方向移动的第一伺服电机2和用于调节激光头1在水平方向移动的第二伺服电机3，第一伺服电机2与第二伺服电机3都与主控中心相连。
作为本实施例优选的实施方式，该电力设备用除冰系统还包括用于瞄准待除冰电力设备的瞄准模块5，瞄准模块5与激光头1同轴安装。通过瞄准模块5，可以调节激光头1更精准地瞄准待除冰电力设备，能更好地按照除冰轨迹对待除冰电力设备进行除冰操作。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电力设备用除冰方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取待除冰电力设备的待作业面的大小，并测量激光头(1)与待除冰电力设备表面的第一距离；
S2：设定除冰必备条件，根据所述电力设备大小、所述第一距离以及所述除冰必备条件计算除冰初始路径信息；
S3：实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，根据所述实时表面温度和所述除冰初始路径信息计算得到除冰轨迹；所述除冰轨迹为曲线型，所述曲线型除冰轨迹为螺旋形状的除冰轨迹；所述螺旋轨迹的交叉点因经过2次激光束的作用，温度较高，形成脱冰点，冰层从脱冰点开始成片脱落；
实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，并根据检测结果调整激光头(1)功率；
其中，当除冰时的实际脱冰点温度高于电力设备的温度阈值时，减小激光头(1)的功率至最低设定值，若冰层未脱落，增加激光头(1)的功率至最高设定值；
S4：控制激光头(1)按照所述除冰轨迹进行除冰；
其中，所述螺旋形状的除冰轨迹的计算方程为：
式中，x为除冰轨迹在垂直坐标系下的横坐标，y为除冰轨迹在垂直坐标系下的纵坐标，t为除冰时间，R为激光头(1)在垂直方向上的轨迹半径，ω为激光头(1)垂直摆动的角速度，v为激光水平方向移动速度。
2.根据权利要求1所述的除冰方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤：
S21：根据待除冰电力设备的待作业面的大小设定激光头(1)在垂直方向轨迹半径初始值，根据垂直方向轨迹半径初始值与第一距离计算激光头(1)垂直摆动角度初始值；
S22：设定激光头(1)垂直摆动角速度初始值；
S23：计算激光水平方向移动初始速度，根据所述水平方向移动初始速度和第一距离计算激光头(1)水平转动角速度初始值；
S24：根据所述激光头(1)垂直摆动角速度初始值、所述激光头(1)水平转动角速度初始值、以及除冰必备条件计算除冰初始路径，启动除冰。
3.根据权利要求1所述的除冰方法，其特征在于，所述除冰必备条件为：待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度低于电力设备的温度阈值。
4.根据权利要求1所述的除冰方法，其特征在于，计算激光水平方向移动速度时，采用计算公式v为：
v＝Rω/3；
式中，R为激光头(1)在垂直方向上的轨迹半径，ω为激光头(1)垂直摆动的角速度。
5.根据权利要求1所述的除冰方法，其特征在于，还包括步骤，设定第一可选条件和第二可选条件，根据所述第一可选条件或所述第二可选条件确定除冰可选条件，根据所述除冰可选条件优化所述除冰轨迹；
其中，所述第一可选条件为：控制电力设备的表面温度小于零，且能使冰层脱落；
所述第二可选条件为：当设备表面温度大于零时，增加激光头(1)的功率。
6.一种电力设备用除冰系统，其特征在于，包括：
激光头(1)、与所述激光头(1)相连的轨迹控制模块和距离测算模块、分别与所述轨迹控制模块和所述距离测算模块相连的主控中心、以及与所述主控中心相连的温度检测模块(4)；
所述激光头(1)用于产生激光束作用于待除冰电力设备的作业面，所述距离测算模块用于测量激光头(1)与待测电力设备之间的第一距离，并发送给所述主控中心；所述温度检测模块(4)用于实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，并将检测结果发送给主控中心；所述主控中心用于根据所述第一距离、所述电力设备的待作业面大小、以及所述实时表面温度计算得到除冰轨迹，并发送给所述轨迹控制模块，所述轨迹控制模块用于接收来自主控中心的除冰轨迹并控制激光头(1)按照除冰轨迹进行除冰；所述主控中心用于通过温度检测模块(4)实时检测待除冰电力设备在除冰影响下的实时表面温度，并根据检测结果调整激光头(1)功率；其中，当除冰时的实际脱冰点温度高于电力设备的温度阈值时，减小激光头(1)的功率至最低设定值，若冰层未脱落，增加激光头(1)的功率至最高设定值；
所述除冰轨迹为曲线型，所述曲线型除冰轨迹为螺旋形状的除冰轨迹；所述螺旋轨迹的交叉点因经过2次激光束的作用，温度较高，形成脱冰点，冰层从脱冰点开始成片脱落；
其中，所述螺旋形状的除冰轨迹的计算方程为：
式中，x为除冰轨迹在垂直坐标系下的横坐标，y为除冰轨迹在垂直坐标系下的纵坐标，t为除冰时间，R为激光头(1)在垂直方向上的轨迹半径，ω为激光头(1)垂直摆动的角速度，v为激光水平方向移动速度。
7.根据权利要求6所述的电力设备用除冰系统，其特征在于，所述轨迹控制模块包括用于调节激光头(1)在垂直方向移动的第一伺服电机(2)和用于调节激光头(1)在水平方向移动的第二伺服电机(3)，所述第一伺服电机(2)与所述第二伺服电机(3)都与所述主控中心相连。
8.根据权利要求6所述的电力设备用除冰系统，其特征在于，还包括用于瞄准待除冰电力设备的瞄准模块(5)，所述瞄准模块(5)与激光头(1)同轴安装。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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