CN111009869B - 输电导线实时在线融冰设备及其控制方法 - Google Patents

输电导线实时在线融冰设备及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111009869B
CN111009869B CN201911163901.1A CN201911163901A CN111009869B CN 111009869 B CN111009869 B CN 111009869B CN 201911163901 A CN201911163901 A CN 201911163901A CN 111009869 B CN111009869 B CN 111009869B
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
temperature
icing
ice
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201911163901.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111009869A (zh
Inventor
陆佳政
莫思特
李波
谭艳军
朱思国
黄清军
朱远
毛新果
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Disaster Prevention and Mitigation Center of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Disaster Prevention and Mitigation Center of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, State Grid Hunan Electric Power Co Ltd, Disaster Prevention and Mitigation Center of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201911163901.1A priority Critical patent/CN111009869B/zh
Publication of CN111009869A publication Critical patent/CN111009869A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111009869B publication Critical patent/CN111009869B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02G7/16—Devices for removing snow or ice from lines or cables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
    • H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

本发明公开了一种输电导线实时在线融冰设备及其控制方法。装置包括设置在第一输电导线和第二输电导线之间的自制热导线，自制热导线包括同轴从内至外依次设置的内导体、绝缘层和外导体；内导体的一端分别连接第一输电导线和功率控制器；内导体的另一端分别连接第二输电导线和外导体的一端。本发明通过功率控制器对自制热导线进行防冰作业和融冰作业过程，通过服务器对功率控制器进行远程命令，在服务器的控制下融冰防冰，能够在高压输电线工作时在线融冰防冰，避免了输电线路在寒冷环境下冰暴的问题，保证了高压输电线路的安全。

Description

输电导线实时在线融冰设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统防灾减灾技术领域，具体涉及一种输电导线实时在线融冰设备及其控制方法。
背景技术
近年来，冻雨覆冰造成输电设备损坏的情况时有发生，带来的经济损失已成为一个不容忽视的问题。严重的线路覆冰导致多条线路及杆塔损坏，严重影响了电网的安全稳定运行。并且杆塔损坏问题维修费用高，消耗大量的人力以及物力资源，而在雨雪天气进行相应的维修工作，会给维修人员带来极大的挑战，存在巨大的安全隐患问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种输电导线实时在线融冰设备及其控制方法解决了输电线上积雪导致安全隐患的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种输电导线实时在线融冰设备，包括设置在第一输电导线和第二输电导线之间的自制热导线，自制热导线包括同轴从内至外依次设置的内导体、绝缘层和外导体；内导体的一端分别连接第一输电导线和功率控制器；内导体的另一端分别连接第二输电导线和外导体的一端；
功率控制器包括滑动变阻器、微处理器、无线通信模块、风速计、环境温度传感器、电流传感器、导线温度传感器和冰厚传感器；滑动变阻器的一个固定端与内导体连接，滑动变阻器的另一个固定端开路设置；滑动变阻器的滑动端与外导体连接，滑动变阻器的滑动端通过步进电机调整位置，步进电机与微处理器的信号输出端相连接；微处理器的信号输入端分别连接风速计、环境温度传感器、电流传感器、导线温度传感器、冰厚传感器和无线通信模块；导线温度传感器和冰厚传感器均设置在自制热导线上，无线通信模块与服务器通信连接；电流传感器用于测量滑动变阻器上的电流值。
进一步地，滑动变阻器包括绝缘外壳以及设置在绝缘外壳内的电阻丝和接触电刷，接触电刷在绝缘外壳内滑动并与电阻丝紧密接触，接触电刷与导电杆的一端连接，电阻丝远离导电杆的一端连接内导体，导电杆的另一端分别与外导体和绝缘杆连接，绝缘杆上设有滑动齿条，步进电机的转轴上设置有滑动齿轮；滑动齿条与步进电机的滑动齿轮相配合。
提供一种输电导线实时在线融冰设备的控制方法，其包括以下步骤：
S1、通过微处理器接收工程数据；
S2、通过微处理器接收服务器的控制数据以及风速计、环境温度传感器、电流传感器、导线温度传感器和冰厚传感器测得的传感数据；
S3、通过工程数据和传感数据计算自制热导线的基础数据；
S4、通过无线通信模块接收服务器命令，并将命令传输至微处理器；
S5、判断微处理器是否接收到新命令，若是则进入步骤S6，否则进入步骤S10；
S6、判断是否启动防冰作业，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；
S7、调用防冰子程序，根据工程数据、控制数据、传感数据和基础数据启动防冰作业流程，结束控制流程；
S8、判断是否启动融冰作业，若是则进入步骤S9，否则进入步骤S10；
S9、调用融冰子程序，根据工程数据、控制数据、传感数据和基础数据启动融冰作业流程，结束控制流程；
S10、维持原有作业模式，结束控制流程。
进一步地，步骤S3中基础数据包括内导体电阻Rn、外导体电阻Rw和风速平均值VP；
内导体电阻Rn的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000031
上式中，An为内导体电阻率，L为导线长度，Dn为内导体外径；
外导体电阻Rw的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000032
上式中，Aw为外导体电阻率，Dw为外导体外径，dz为绝缘层厚度；
风速平均值VP的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000033
上式中，N为风速平均值及计算次数，V(i)为从计算时刻往前的i次风速测量值。
进一步地，步骤S7中防冰子程序的具体步骤为：
S71、通过工程数据、控制数据、传感数据和基础数据计算防冰参数；
防冰参数包括滑动变阻器防冰电流值If和滑动变阻器防冰电阻值Rf；
S72、令滑动变阻器值Rx等于滑动变阻器防冰电阻值Rf；
S73、通过电流传感器检测到的电流值Ire和滑动变阻器防冰电流值If计算电流差值Ide1，计算公式为：Ide1＝If-Ire；
S74、判断电流差值Ide1的绝对值是否大于电流偏差门限值IDmax，若是则进入步骤S75，否则进入步骤S78；
S75、判断电流差值Ide1是否大于零，若是则进入步骤S76，否则进入步骤S77；
S76、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire增大，并返回步骤S73；Rstep为电阻调整步进值；
S77、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire减小，并返回步骤S73；
S78、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否大于最高防冰保温温度Tbmax，若是则进入步骤S79，否则进入步骤S710；
S79、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx减小，并返回步骤S78；
S710、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否小于最低防冰保温温度Tbmin，若是则进入步骤S711，否则进入步骤S712；
S711、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx增大，并返回步骤S78；
S712、判断服务器指令是否为退出防冰作业，若是则结束控制流程，否则返回步骤S78。
进一步地，步骤S71中防冰参数包括滑动变阻器防冰电流值If、预防未来覆冰的功率Wy、导线表面散热功率Wsb和滑动变阻器防冰电阻值Rf；
其中，滑动变阻器防冰电流值If的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000041
上式中，Wy为预防未来覆冰的功率；Wsb为导线表面散热功率；IA为第一输电导线流过的电流；
预防未来覆冰的功率Wy的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000051
上式中，k1为预测出未来某段时间Tty内的覆冰厚度；
导线表面散热功率Wsb的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000052
上式中，Tf为导线防冰温度，Tc为导线的环境温度；
滑动变阻器防冰电阻值Rf的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000053
进一步地，步骤S9中融冰子程序的具体步骤为：
S91、通过工程数据、控制数据、传感数据和基础数据计算融冰参数；
融冰参数包括滑动变阻器融冰电流值Ifr和滑动变阻器融冰电阻值Rfr；
S92、令滑动变阻器值Rx等于滑动变阻器融冰电阻值Rfr；
S93、通过电流传感器检测到的电流值Ire和滑动变阻器融冰电流值Ifr计算电流差值Ide2，计算公式为：Ide2＝Ifr-Ire；
S94、判断电流差值Ide2的绝对值是否大于电流偏差门限值IDmax，若是则进入步骤S95，否则进入步骤S98；
S95、判断电流差值Ide2是否大于零，若是则进入步骤S96，否则进入步骤S97；
S96、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire增大，并返回步骤S93；
S97、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire减小，并返回步骤S93；
S98、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否大于最高融冰控制温度Trmax，若是则进入步骤S99，否则进入步骤S910；
S99、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx减小，并返回步骤S98；
S910、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否小于最低融冰控制温度Trmin，若是则进入步骤S911，否则进入步骤S912；
S911、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx增大，并返回步骤S98；
S912、判断服务器指令是否为退出融冰作业，若是则结束控制流程，否则返回步骤S98。
进一步地，步骤S91中融冰参数包括滑动变阻器融冰电流值Ifr、升温功率Wsw、内导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qn、外导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qw、绝缘层升温到最高融冰控制温度所需热量Qj、溶解升温时间内预测结冰所需热量Qs、对流换热功率Wdl和滑动变阻器融冰电阻值Rfr；
滑动变阻器融冰电流值Ifr的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000061
上式中，Wsw为升温功率，Wdl为对流换热功率；
升温功率Wsw的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000062
上式中，Qn为内导体升温到最高融冰控制温度所需热量，Qw为外导体升温到最高融冰控制温度所需热量，Qj为绝缘层升温到最高融冰控制温度所需热量，Qs为溶解升温时间内预测结冰所需热量，Tts为开始融冰到升温到融冰最高控制温度所需时间；
内导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qn的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000071
上式中，Cn为内导体比热容，Bn为内导体密度；
外导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qw的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000072
上式中，Cw为外导体比热容，Bw为外导体密度；
绝缘层升温到最高融冰控制温度所需热量Qj的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000073
上式中，Cj为绝缘层比热容，Bj为绝缘层密度；
溶解升温时间内预测结冰所需热量Qs的计算公式为：
Qs＝(Dw+2k0)·L·k2·109
上式中，k0为导线当前覆冰厚度；k2为Tts时间内导线覆冰厚度增量；
对流换热功率Wdl的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000074
滑动变阻器融冰电阻值Rfr的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000075
本发明的有益效果为：本发明通过功率控制器对自制热导线进行防冰作业和融冰作业过程，通过服务器对功率控制器进行远程命令，在服务器的控制下融冰防冰，能够在高压输电线工作时在线融冰防冰，避免了输电线路在寒冷环境下冰暴的问题，保证了高压输电线路的安全。
附图说明
图1为本发明结构图；
图2为本发明中自制热导线的结构图；
图3为本发明中滑动变阻器的结构图；
图4为本发明总流程图；
图5本发明中防冰子程序的流程图；
图6为本发明中融冰子程序的流程图。
其中：1、第一输电导线；2、自制热导线；3、外导体；4、绝缘层；5、内导体；6、第二输电导线；7、功率控制器；8、滑动变阻器；9、微处理器；10、无线通信模块；11、风速计；12、环境温度传感器；13、电流传感器；14、导线温度传感器；15、冰厚传感器；16、绝缘外壳；17、电阻丝；18、接触电刷；19、导电杆；20、绝缘杆；21、滑动齿条；22、步进电机；23、滑动齿轮。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1和图2共同所示，该输电导线实时在线融冰设备包括设置在第一输电导线1和第二输电导线6之间的自制热导线2，自制热导线2包括同轴从内至外依次设置的内导体5、绝缘层4和外导体3；内导体5的一端分别连接第一输电导线1和功率控制器7；内导体5的另一端分别连接第二输电导线6和外导体3的一端；
功率控制器7包括滑动变阻器8、微处理器9、无线通信模块10、风速计11、环境温度传感器12、电流传感器13、导线温度传感器14和冰厚传感器15；滑动变阻器8的一个固定端与内导体5连接，滑动变阻器8的另一个固定端开路设置；滑动变阻器8的滑动端与外导体3连接，滑动变阻器8的滑动端通过步进电机22调整位置，步进电机22与微处理器9的信号输出端相连接；微处理器9的信号输入端分别连接风速计11、环境温度传感器12、电流传感器13、导线温度传感器14、冰厚传感器15和无线通信模块10；导线温度传感器14和冰厚传感器15均设置在自制热导线2上，无线通信模块10与服务器通信连接；电流传感器13用于测量滑动变阻器8上的电流值。
在输电线路需要融冰的部分接入自制热导线2，不需要融冰的部分接传统输电导线。内导体5为圆柱状金属；内导体5可以是单根导线，导线材料为金属或者合金或者内嵌光纤的金属管；也可以是金属绞线，绞线为金属或者合金。绞线的组成部分可以含有一根或多根内嵌光纤的金属管。内导体5采用具有较高电阻率的材料制作。
绝缘层4包围在内导体5外边，并将内导体5外周完全包围，并使得内导体5和外导体3完全隔离，并避免内导体5和外导体3短路。绝缘层4内表面和内导体5外表面完全接触，外表面和外导体3内表面完全接触。外导体3为包围绝缘层4外边的金属或合金，可以是金属管或者合金管，也可以是金属绞线或者合金绞线，采用具有较低电阻率的材料制作。
风速计：上海中炫电子有限公司生产的AZ8901；微处理器：美国TEXASINSTRUMENTS公司生产的单片机MSP430F5438；温度传感器：上海拜安传感技术有限公司生产的BA-OFT200；冰厚传感器：上海拜安传感技术有限公司生产的BA-CAIC-ID；电流传感器：四川蜀互电气有限公司生产的LZZJ-10型电流互感器；无线接收模块：北京接麦通信器材有限公司生产的G300型GSM数传模块。
如图3所示，滑动变阻器8包括绝缘外壳16以及设置在绝缘外壳16内的电阻丝17和接触电刷18，接触电刷18在绝缘外壳16内滑动并与电阻丝17紧密接触，接触电刷18与导电杆19的一端连接，电阻丝17远离导电杆19的一端连接内导体5，导电杆19的另一端分别与外导体3和绝缘杆20连接，绝缘杆20上设有滑动齿条21，步进电机22的转轴上设置有滑动齿轮23；滑动齿条21与步进电机22的滑动齿轮23相配合。
滑动变阻器8的绝缘外壳16用绝缘材料制作，为筒状，内壁有电阻丝17。电阻丝17为线状，呈螺旋状紧贴滑动变阻器8内侧。接触电刷18为薄圆柱状金属材料(实施例用铜)，可以在电阻丝17内滑动，并与电阻丝17紧密接触，导电杆19为金属材料(实施例用铜)一端连接接触电刷18，另一端短路连接到外导体连接端。绝缘杆20与导电杆19连接，滑动齿条21在绝缘杆20上，用于在滑动齿轮23的作用下左右移动。滑动齿轮23安装在步进电机22上。当步进电机22转动时，带动滑动齿轮23逆时针或顺时针转动。当滑动齿轮23顺时针转动时，绝缘杆20向左移动，带动导电杆19向左移动，导电杆19带动接触电刷18向左移动，使得内导体连接端与外导体连接端之间电阻丝长度变短，内导体连接端与外导体连接端之间电阻变小；当滑动齿轮23逆时针转动时，绝缘杆20向右移动，带动导电杆19向右移动，导电杆19带动接触电刷18向右移动，使得内导体连接端与外导体连接端之间电阻丝长度变长，内导体连接端与外导体连接端之间电阻变大；通过控制步进电机22的转动方向，可以控制内导体连接端与外导体连接端之间电阻变大或者变小。
如图4所示，该输电导线实时在线融冰设备的控制方法包括以下步骤：
S1、通过微处理器接收工程数据，包括外导体外径Dw；导线长度L；内导体外径Dn；绝缘层厚度dz；内导体比热容Cn；内导体密度Bn；外导体比热容Cw；外导体密度Bw；绝缘层比热容Cj；绝缘层密度Bj；内导体电阻率An；外导体电阻率Aw；第一输电导线流过电流IA；
S2、通过微处理器接收服务器的控制数据以及风速计、环境温度传感器、电流传感器、导线温度传感器和冰厚传感器测得的传感数据；控制数据包括防冰作业时，预测未来某段时间Tty内覆冰厚度k1；导线防冰温度Tf；融冰最高控制温度Trmax；融冰最低控制温度Trmin；电流偏差门限值IDmax；电阻调整步进值Rstep；最低防冰保温温度Tbmin，最高防冰保温温度Tbmax；
传感数据包括导线环境温度Tc；环境风速V(i),i指计算时刻起往前的第i次风速测量值；风速平均值计算次数N；
S3、通过工程数据和传感数据计算自制热导线的基础数据；
S4、通过无线通信模块接收服务器命令，并将命令传输至微处理器；
S5、判断微处理器是否接收到新命令，若是则进入步骤S6，否则进入步骤S10；
S6、判断是否启动防冰作业，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；
S7、调用防冰子程序，根据工程数据、控制数据、传感数据和基础数据启动防冰作业流程，结束控制流程；
S8、判断是否启动融冰作业，若是则进入步骤S9，否则进入步骤S10；
S9、调用融冰子程序，根据工程数据、控制数据、传感数据和基础数据启动融冰作业流程，结束控制流程；
S10、维持原有作业模式，结束控制流程。
步骤S3中基础数据包括内导体电阻Rn、外导体电阻Rw和风速平均值VP；
内导体电阻Rn的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000111
上式中，An为内导体电阻率，L为导线长度，Dn为内导体外径；
外导体电阻Rw的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000121
上式中，Aw为外导体电阻率，Dw为外导体外径，dz为绝缘层厚度；
风速平均值VP的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000122
上式中，N为风速平均值及计算次数，V(i)为从计算时刻往前的i次风速测量值。
如图5所示，步骤S7中防冰子程序的具体步骤为：
S71、通过工程数据、控制数据、传感数据和基础数据计算防冰参数；
防冰参数包括滑动变阻器防冰电流值If和滑动变阻器防冰电阻值Rf；
S72、令滑动变阻器值Rx等于滑动变阻器防冰电阻值Rf；
S73、通过电流传感器检测到的电流值Ire和滑动变阻器防冰电流值If计算电流差值Ide1，计算公式为：Ide1＝If-Ire；
S74、判断电流差值Ide1的绝对值是否大于电流偏差门限值IDmax，若是则进入步骤S75，否则进入步骤S78；
S75、判断电流差值Ide1是否大于零，若是则进入步骤S76，否则进入步骤S77；
S76、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire增大，并返回步骤S73；Rstep为电阻调整步进值；
S77、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire减小，并返回步骤S73；
S78、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否大于最高防冰保温温度Tbmax，若是则进入步骤S79，否则进入步骤S710；
S79、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx减小，并返回步骤S78；
S710、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否小于最低防冰保温温度Tbmin，若是则进入步骤S711，否则进入步骤S712；
S711、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx增大，并返回步骤S78；
S712、判断服务器指令是否为退出防冰作业，若是则结束控制流程，否则返回步骤S78。
步骤S71中防冰参数包括滑动变阻器防冰电流值If、预防未来覆冰的功率Wy、导线表面散热功率Wsb和滑动变阻器防冰电阻值Rf；
其中，滑动变阻器防冰电流值If的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000131
上式中，Wy为预防未来覆冰的功率；Wsb为导线表面散热功率；IA为第一输电导线流过的电流；
预防未来覆冰的功率Wy的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000132
上式中，k1为预测出未来某段时间Tty内的覆冰厚度；
导线表面散热功率Wsb的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000133
上式中，Tf为导线防冰温度，Tc为环境温度传感器12测量的导线环境温度；
滑动变阻器防冰电阻值Rf的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000141
如图6所示，步骤S9中融冰子程序的具体步骤为：
S91、通过工程数据、控制数据、传感数据和基础数据计算融冰参数；
融冰参数包括滑动变阻器融冰电流值Ifr和滑动变阻器融冰电阻值Rfr；
S92、令滑动变阻器值Rx等于滑动变阻器融冰电阻值Rfr；
S93、通过电流传感器检测到的电流值Ire和滑动变阻器融冰电流值Ifr计算电流差值Ide2，计算公式为：Ide2＝Ifr-Ire；
S94、判断电流差值Ide2的绝对值是否大于电流偏差门限值IDmax，若是则进入步骤S95，否则进入步骤S98；
S95、判断电流差值Ide2是否大于零，若是则进入步骤S96，否则进入步骤S97；
S96、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire增大，并返回步骤S93；
S97、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire减小，并返回步骤S93；
S98、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否大于最高融冰控制温度Trmax，若是则进入步骤S99，否则进入步骤S910；
S99、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx减小，并返回步骤S98；
S910、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否小于最低融冰控制温度Trmin，若是则进入步骤S911，否则进入步骤S912；
S911、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx增大，并返回步骤S98；
S912、判断服务器指令是否为退出融冰作业，若是则结束控制流程，否则返回步骤S98。
步骤S91中融冰参数包括滑动变阻器融冰电流值Ifr、升温功率Wsw、内导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qn、外导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qw、绝缘层升温到最高融冰控制温度所需热量Qj、溶解升温时间内预测结冰所需热量Qs、对流换热功率Wdl和滑动变阻器融冰电阻值Rfr；
滑动变阻器融冰电流值Ifr的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000151
上式中，Wsw为升温功率，Wdl为对流换热功率；
升温功率Wsw的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000152
上式中，Qn为内导体升温到最高融冰控制温度所需热量，Qw为外导体升温到最高融冰控制温度所需热量，Qj为绝缘层升温到最高融冰控制温度所需热量，Qs为溶解升温时间内预测结冰所需热量，Tts为开始融冰到升温到融冰最高控制温度所需时间；
内导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qn的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000153
上式中，Cn为内导体比热容，Bn为内导体密度；
外导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qw的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000154
上式中，Cw为外导体比热容，Bw为外导体密度；
绝缘层升温到最高融冰控制温度所需热量Qj的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000161
上式中，Cj为绝缘层比热容，Bj为绝缘层密度；
溶解升温时间内预测结冰所需热量Qs的计算公式为：
Qs＝(Dw+2k0)·L·k2·109
上式中，k0为导线当前覆冰厚度；k2为Tts时间内导线覆冰厚度增量；
对流换热功率Wdl的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000162
滑动变阻器融冰电阻值Rfr的计算公式为：
Figure BDA0002286899280000163
在本申请的具体实施过程中，所有单位均为公制单位，基本单位：长度单位：米(m)；时间单位：秒(sec)，质量单位：千克(kg)，温度单位：开尔文(K)。
综上所述，本发明通过功率控制器对自制热导线进行防冰作业和融冰作业过程，通过服务器对功率控制器进行远程命令，在服务器的控制下融冰防冰，能够在高压输电线工作时在线融冰防冰，避免了输电线路在寒冷环境下冰暴的问题，保证了高压输电线路的安全。

Claims (5)

1.一种输电导线实时在线融冰设备，其特征在于，包括设置在第一输电导线(1)和第二输电导线(6)之间的自制热导线(2)，所述自制热导线(2)包括同轴从内至外依次设置的内导体(5)、绝缘层(4)和外导体(3)；所述内导体(5)的一端分别连接第一输电导线(1)和功率控制器(7)；所述内导体(5)的另一端分别连接第二输电导线(6)和外导体(3)的一端；
所述功率控制器(7)包括滑动变阻器(8)、微处理器(9)、无线通信模块(10)、风速计(11)、环境温度传感器(12)、电流传感器(13)、导线温度传感器(14)和冰厚传感器(15)；所述滑动变阻器(8)的一个固定端与内导体(5)连接，所述滑动变阻器(8)的另一个固定端开路设置；所述滑动变阻器(8)的滑动端与外导体(3)连接，所述滑动变阻器(8)的滑动端通过步进电机(22)调整位置，所述步进电机(22)与微处理器(9)的信号输出端相连接；所述微处理器(9)的信号输入端分别连接风速计(11)、环境温度传感器(12)、电流传感器(13)、导线温度传感器(14)、冰厚传感器(15)和无线通信模块(10)；所述导线温度传感器(14)和冰厚传感器(15)均设置在自制热导线(2)上，所述无线通信模块(10)与服务器通信连接；所述电流传感器(13)用于测量滑动变阻器(8)上的电流值；
所述滑动变阻器(8)包括绝缘外壳(16)以及设置在绝缘外壳(16)内的电阻丝(17)和接触电刷(18)，所述接触电刷(18)在绝缘外壳(16)内滑动并与电阻丝(17)紧密接触，所述接触电刷(18)与导电杆(19)的一端连接，所述电阻丝(17)远离导电杆(19)的一端连接内导体(5)，所述导电杆(19)的另一端分别与外导体(3)和绝缘杆(20)连接，所述绝缘杆(20)上设有滑动齿条(21)，所述步进电机(22)的转轴上设置有滑动齿轮(23)；所述滑动齿条(21)与步进电机(22)的滑动齿轮(23)相配合。
2.一种输电导线实时在线融冰设备的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过微处理器接收工程数据；
S2、通过微处理器接收服务器的控制数据以及风速计、环境温度传感器、电流传感器、导线温度传感器和冰厚传感器测得的传感数据；
S3、通过工程数据和传感数据计算自制热导线的基础数据；
S4、通过无线通信模块接收服务器命令，并将命令传输至微处理器；
S5、判断微处理器是否接收到新命令，若是则进入步骤S6，否则进入步骤S10；
S6、判断是否启动防冰作业，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；
S7、调用防冰子程序，根据工程数据、控制数据、传感数据和基础数据启动防冰作业流程，结束控制流程；
S8、判断是否启动融冰作业，若是则进入步骤S9，否则进入步骤S10；
S9、调用融冰子程序，根据工程数据、控制数据、传感数据和基础数据启动融冰作业流程，结束控制流程；
S10、维持原有作业模式，结束控制流程；
所述步骤S3中基础数据包括内导体电阻Rn、外导体电阻Rw和风速平均值VP；
所述内导体电阻Rn的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000021
上式中，An为内导体电阻率，L为导线长度，Dn为内导体外径；
所述外导体电阻Rw的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000031
上式中，Aw为外导体电阻率，Dw为外导体外径，dz为绝缘层厚度；
所述风速平均值VP的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000032
上式中，N为风速平均值及计算次数，V(i)为从计算时刻往前的i次风速测量值；
所述步骤S7中防冰子程序的具体步骤为：
S71、通过工程数据、控制数据、传感数据和基础数据计算防冰参数；
所述防冰参数包括滑动变阻器防冰电流值If和滑动变阻器防冰电阻值Rf；
S72、令滑动变阻器值Rx等于滑动变阻器防冰电阻值Rf；
S73、通过电流传感器检测到的电流值Ire和滑动变阻器防冰电流值If计算电流差值Ide1，计算公式为：Ide1＝If-Ire；
S74、判断电流差值Ide1的绝对值是否大于电流偏差门限值IDmax，若是则进入步骤S75，否则进入步骤S78；
S75、判断电流差值Ide1是否大于零，若是则进入步骤S76，否则进入步骤S77；
S76、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire增大，并返回步骤S73；Rstep为电阻调整步进值；
S77、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire减小，并返回步骤S73；
S78、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否大于最高防冰保温温度Tbmax，若是则进入步骤S79，否则进入步骤S710；
S79、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx减小，并返回步骤S78；
S710、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否小于最低防冰保温温度Tbmin，若是则进入步骤S711，否则进入步骤S712；
S711、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx增大，并返回步骤S78；
S712、判断服务器指令是否为退出防冰作业，若是则结束控制流程，否则返回步骤S78。
3.根据权利要求2所述的输电导线实时在线融冰设备的控制方法，其特征在于，所述步骤S71中防冰参数包括滑动变阻器防冰电流值If、预防未来覆冰的功率Wy、导线表面散热功率Wsb和滑动变阻器防冰电阻值Rf；
其中，滑动变阻器防冰电流值If的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000041
上式中，Wy为预防未来覆冰的功率；Wsb为导线表面散热功率；IA为第一输电导线流过的电流；
预防未来覆冰的功率Wy的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000042
上式中，k1为预测出未来某段时间Tty内的覆冰厚度；
导线表面散热功率Wsb的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000043
上式中，Tf为导线防冰温度，Tc为导线的环境温度；
滑动变阻器防冰电阻值Rf的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000051
4.根据权利要求3所述的输电导线实时在线融冰设备的控制方法，其特征在于，所述步骤S9中融冰子程序的具体步骤为：
S91、通过工程数据、控制数据、传感数据和基础数据计算融冰参数；
所述融冰参数包括滑动变阻器融冰电流值Ifr和滑动变阻器融冰电阻值Rfr；
S92、令滑动变阻器值Rx等于滑动变阻器融冰电阻值Rfr；
S93、通过电流传感器检测到的电流值Ire和滑动变阻器融冰电流值Ifr计算电流差值Ide2，计算公式为：Ide2＝Ifr-Ire；
S94、判断电流差值Ide2的绝对值是否大于电流偏差门限值IDmax，若是则进入步骤S95，否则进入步骤S98；
S95、判断电流差值Ide2是否大于零，若是则进入步骤S96，否则进入步骤S97；
S96、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire增大，并返回步骤S93；
S97、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得电流传感器检测到的电流值Ire减小，并返回步骤S93；
S98、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否大于最高融冰控制温度Trmax，若是则进入步骤S99，否则进入步骤S910；
S99、将滑动变阻器值减少为Rx-Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx减小，并返回步骤S98；
S910、判断导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx是否小于最低融冰控制温度Trmin，若是则进入步骤S911，否则进入步骤S912；
S911、将滑动变阻器值增加为Rx+Rstep，使得导线温度传感器检测到的导线温度值Tdx增大，并返回步骤S98；
S912、判断服务器指令是否为退出融冰作业，若是则结束控制流程，否则返回步骤S98。
5.根据权利要求4所述的输电导线实时在线融冰设备的控制方法，其特征在于，所述步骤S91中融冰参数包括滑动变阻器融冰电流值Ifr、升温功率Wsw、内导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qn、外导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qw、绝缘层升温到最高融冰控制温度所需热量Qj、溶解升温时间内预测结冰所需热量Qs、对流换热功率Wdl和滑动变阻器融冰电阻值Rfr；
滑动变阻器融冰电流值Ifr的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000061
上式中，Wsw为升温功率，Wdl为对流换热功率；
升温功率Wsw的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000062
上式中，Qn为内导体升温到最高融冰控制温度所需热量，Qw为外导体升温到最高融冰控制温度所需热量，Qj为绝缘层升温到最高融冰控制温度所需热量，Qs为溶解升温时间内预测结冰所需热量，Tts为开始融冰到升温到融冰最高控制温度所需时间；
内导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qn的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000063
上式中，Cn为内导体比热容，Bn为内导体密度；
外导体升温到最高融冰控制温度所需热量Qw的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000064
上式中，Cw为外导体比热容，Bw为外导体密度；
绝缘层升温到最高融冰控制温度所需热量Qj的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000071
上式中，Cj为绝缘层比热容，Bj为绝缘层密度；
溶解升温时间内预测结冰所需热量Qs的计算公式为：
Qs＝(Dw+2k0)·L·k2·109
上式中，k0为导线当前覆冰厚度；k2为Tts时间内导线覆冰厚度增量；对流换热功率Wdl的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000072
滑动变阻器融冰电阻值Rfr的计算公式为：
Figure FDA0002684812180000073
CN201911163901.1A 2019-11-25 2019-11-25 输电导线实时在线融冰设备及其控制方法 Expired - Fee Related CN111009869B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911163901.1A CN111009869B (zh) 2019-11-25 2019-11-25 输电导线实时在线融冰设备及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911163901.1A CN111009869B (zh) 2019-11-25 2019-11-25 输电导线实时在线融冰设备及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111009869A CN111009869A (zh) 2020-04-14
CN111009869B true CN111009869B (zh) 2020-12-22

Family

ID=70111888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911163901.1A Expired - Fee Related CN111009869B (zh) 2019-11-25 2019-11-25 输电导线实时在线融冰设备及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111009869B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111931327B (zh) * 2020-06-15 2024-06-25 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 一种多场景融冰电流自动计算处理系统
CN113541081B (zh) * 2021-07-14 2022-08-19 四川大学 一种基于晶闸管的无损单相防冰融冰控制设备
CN113507081B (zh) * 2021-07-14 2022-06-21 四川大学 一种用于耐张塔的无源无损单相防冰融冰控制设备
CN113507083B (zh) * 2021-07-14 2022-06-24 四川大学 一种用于耐张塔的三相无源防冰融冰电阻型控制设备
CN113507084B (zh) * 2021-07-14 2022-05-17 四川大学 一种用于耐张塔的单相电阻型无源防冰融冰控制设备
CN113517667B (zh) * 2021-07-14 2022-08-19 四川大学 一种基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备
CN113507082B (zh) * 2021-07-14 2022-05-13 四川大学 一种用于耐张塔的单相无源防冰融冰电阻型控制设备

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3187279A (en) * 1964-12-28 1965-06-01 Hafner Theodore Heating means for surface wave conductors
JP2006196375A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Chugoku Electric Power Co Inc:The 融雪用架空電線
CN103730201A (zh) * 2014-01-07 2014-04-16 国家电网公司 高阻值钢芯融冰导线
CN109449853A (zh) * 2018-03-23 2019-03-08 国网浙江省电力公司丽水供电公司 一种配电线路融冰系统及融冰装置选点方法
CN108366442B (zh) * 2018-04-23 2023-08-15 四川大学 嵌入绝缘导热材料的自制热导体的制热设备及其实现方法
CN109033690B (zh) * 2018-08-16 2022-10-11 四川大学 基于交流加热电源的自制热输电导线均匀功率优化方法
CN108760527B (zh) * 2018-08-20 2023-10-13 四川大学 嵌入制热材料自融冰导线在线监测设备与监测方法
CN109060032B (zh) * 2018-08-20 2023-08-08 四川大学 嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备与检测方法
CN209046216U (zh) * 2018-12-06 2019-06-28 四川大学 用于防冰融冰的站用无损单相分流器
CN109449854B (zh) * 2018-12-06 2020-02-07 四川大学 用于防冰融冰的站用无损三相分流器与设计和控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111009869A (zh) 2020-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111009869B (zh) 输电导线实时在线融冰设备及其控制方法
CN111525446B (zh) 一种结合短路电流与冲击载荷的覆冰输电线路脱冰方法
CN106304436B (zh) 一种自融冰导体的融冰设备
CN108695806B (zh) 嵌入制热材料自融冰导线在线防冰控制方法
CN108760527B (zh) 嵌入制热材料自融冰导线在线监测设备与监测方法
KR102074119B1 (ko) 원거리 온도 측정을 통한 저항 예측 장치 및 방법
CN112054465B (zh) 一种opgw融冰系统
CN104332927B (zh) 基于融冰功率三角形的覆冰导线融冰电流获取方法
CN117254416A (zh) 一种山区配电架空线路裸导线除冰装置及方法
CN110608674A (zh) 一种基于图像识别的输电线路覆冰在线监测装置
CN107134740B (zh) 特高压直流输电线路带负荷防冰方法及系统
CN113701690A (zh) 等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法及系统
CN206098029U (zh) 用于电力电缆的螺旋式扁平水冷管
CN110764556A (zh) 一种基于模拟导线的输电线路覆冰监测装置
CN207503691U (zh) 一种自动融冰化雪的高压电缆
CN116050060A (zh) 绝缘导线融冰热路模型建立方法
CN113541036B (zh) 一种实时监测的opgw光缆直流融冰系统
CN204205517U (zh) 一种输电系统的自动融冰雪装置
CN211236308U (zh) 一种气象观测设备用的加热控制系统
CN109217219B (zh) 一种输电线路除冰智能除冰系统
CN111206727A (zh) 气象站的除冰装置、方法及气象站
CN109360372B (zh) 一种绝缘子覆冰预警方法
Li et al. Real-time on-line anti-icing and ice-melting power calculation method for transmission lines based on self-ice-melting conductors
CN109103806B (zh) 嵌入绝缘材料自融冰导线在线防冰控制方法
CN218122204U (zh) 一种磷酸铁锂电池容量衰减试验装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20201222

Termination date: 20211125