CN113241707A - 用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置及方法，储能电容器C与SCR电路连接；SCR电路与电阻R连接；电阻R与电磁脉冲线圈L连接；电容器C通过电源BT充电；充电电路上串联有可控硅K；可控硅K触发产生电脉冲指令，储能电容器C通过电磁脉冲线圈放电，在脉冲磁场的作用下，使电磁脉冲线圈与金属目标物之间产生斥力；斥力使金属目标物表面在弹性变形范围内产生振幅和高加速度的运动；激励储能电容器反复充放电；2‑3次独立脉冲冲击后，金属目标物表面覆冰被击碎；解决了现有技术对输电线路架空地线融冰存在的地线融冰需要对地线进行绝缘，直流融冰实施更为困难等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于输电线路地线除冰技术领域，尤其涉及一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置及方法。
技术背景
输电线路覆冰严重危害电网的安全运行，架空地线覆冰较导线更为严重，覆冰导致地线弧垂降低，已发生碰撞导线引起闪络跳闸的事故；地线采用直流融冰较导线更为困难，并且地线覆冰以后在脱冰过程中引起的跳跃和振动更易引起输电线路发生灾害事故。
地线上除感应的电压电流外，没有高电场和大电流，地线更易覆冰；地线线径一般较导线小，在覆冰条件下覆冰速度更快，覆冰厚度一般大于导线。地线在脱冰过程中容易发生跳跃，引发故障跳闸。地线融冰需要对地线进行绝缘，直流融冰实施更为困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置及方法，以解决现有技术对输电线路架空地线融冰存在的地线融冰需要对地线进行绝缘，直流融冰实施更为困难等技术问题。
本发明技术方案：
一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置，它包括通讯控制器、电磁脉冲线圈L和储能电容器C，储能电容器C与SCR电路连接；SCR电路与电阻R连接；电阻R与电磁脉冲线圈L连接；电容器C通过电源BT充电；充电电路上串联有可控硅K。
所述电源BT为电磁式取电装置；电磁式取电装置通过包含铁芯与绕组的电磁式取电线圈由地线获取电源；电磁式取电装置在每次除冰动作后对储能电容器组充电。
电磁式取电装置在每次除冰动作后对储能电容器组充电，储能电容器组的容量根据所在地线电压等级、地线感应电流的大小、除冰脉冲线圈的规格进行综合设计选型。
电磁脉冲线圈L的尺寸根据地线的规格尺寸进行设计，且紧密贴合在地线表面；电磁脉冲线圈L根据地线规格及除冰功率要求选择不同规格线径的漆包线及线圈匝数。
电磁脉冲线圈L通过嵌入半圆筒形绝缘材料进行封装；半圆筒形绝缘材料采用聚四氟乙烯或与聚四氟乙烯的机械特性相似的绝缘材料，在半圆筒形绝缘材料的圆柱表面刻蚀与漆包线尺寸匹配的凹槽。
电磁脉冲线圈L及相应封装和外壳通过卡扣式固定装置牢固地固定在地线表面；卡扣式固定装置采用可开合的卡扣式设计。
通讯控制器、电磁脉冲线圈L、储能电容器C和电源BT根据所需除冰线段的档距及杆塔-地线规格选取间距进行分布式布置；档距内的分布式电磁脉冲线圈L通过集中于地线支架上的通讯控制器进行统一控制，除冰动作指令通过无线信号进行通讯。
所述的一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置的除冰方法，它包括：可控硅K触发产生电脉冲指令，储能电容器C通过电磁脉冲线圈放电，在脉冲磁场的作用下，在金属O表面产生感生环形电流;由电磁脉冲线圈及金属目标物表面的电流所激发的磁场，使电磁脉冲线圈与金属目标物之间产生作用时间为微秒量级、数值为几十至几千牛顿的斥力；斥力使金属目标物表面在弹性变形范围内产生振幅和高加速度的运动；可控硅具有二极管的性质，电流由RLC组成的电路正环路流过，然后可控硅重新导通电路，激励储能电容器反复充放电；2-3次独立脉冲冲击后，金属目标物表面覆冰被击碎，达到除冰目的。
当需要对所在地线档距段进行除冰时，由通讯控制器对安装于不同位置的脉冲除冰装置逐次发出动作指令，通过取能线圈充电的电容器组对脉冲线圈放电实现对范围内地线的除冰，并通过不同距离分布的各个线圈的逐次动作实现对整个档距内地线的除冰。
本发明有益效果：
通过本发明，能够快速有效防止输电线路地线发生各种覆冰故障和灾害，从而避免输电线路地线因覆冰导致其与相导线碰撞发生跳闸故障，且防止地线发生脱冰跳跃引发各种故障和灾害，并能且在正常运行条件下根据地线覆冰的危害程度及时除去地线表面的冰层，从而达到防止发生覆冰灾害，进而保证输电线路系统的安全稳定运行，避免由于地线覆冰给电网安全带来的巨大经济损失和社会影响。
解决了现有技术对输电线路架空地线融冰存在的地线融冰需要对地线进行绝缘，直流融冰实施更为困难等技术问题。
附图说明：
图1为本发明实现流程图；
图2为电磁脉冲除冰装置电气原理图；
图3 为电磁脉冲线圈中脉冲电流的典型波形；
图4为本发明的线圈布置槽示意图。
具体实施方式：
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明，如图1所示：
本发明实现包括如下步骤：
S1.根据地线的结构特性，设计地线除冰的电磁脉冲线圈，包括：与地线绝缘的且与地线无间隙紧密接触的与地线直径匹配的嵌入漆包线的开口圆柱形结构；
S2.匹配于脉冲线圈嵌入的绝缘与保护的封装合；
S3.固定于地线的锁扣式脉冲线圈外壳结构方式；
S4.为除冰提供能量的地线电磁式自取电方式，包括电磁式取电铁芯和绕组；
S5.根据地线档距长度的分布式线圈的布置方式；
S6：储能电容器充放电方式，包括根据地线结构和电压等级的储能电容器设计选择；
S7:分布式线圈逐次连续除冰的方式；
S8:集中型智能控制方式，包括集中于地线支架附近的集中控制器，以及自适应的智能控制器。
具体地：冬季覆冰条件下，输电线路地线在运行过程中，自然风的气流携带过冷却的雾滴和水滴，与地线发生碰撞，过冷水水滴和雾滴在迎风面发生冻结并生长成冰，如风向不发生急剧变化，迎风面上的覆冰厚度就会继续增加。当迎风面冰达到一定厚度，其重量足以使得地线发生扭转时，地线就会发生扭转现象；地线的不断扭转，地线表面覆冰就会继续生长变大，最终在地线上形成圆形或椭圆形的覆冰；如果地线不发生扭转，持续覆冰则在地线上形成单侧增长的翼型覆冰。一旦地线覆冰超过设计荷载，或者即使没有超过设计荷载，地线弧垂增加大于导线，使地线和导线间的间距缩短，导致发生放电击穿的跳闸事故。
地线覆冰的除去较为困难，采用常规的直流融冰需要对地线进行绝缘处理并进行合理的绝缘配置。因此，需要一种快速、简洁的地线除冰方法。
本发明是基于电磁脉冲原理设计的一种快速除冰方式。电磁脉冲除冰是一种机械脉冲式除冰方法，采用储能电容器(组)向脉冲线圈放电，由脉冲线圈产生一个高幅值脉冲磁场，在置于脉冲线圈附近的金属导电板(即需要除冰的目标物)上产生一个幅值高、持续时间短的脉冲机械力，破坏冰晶结构使冰破裂而脱落。当施加脉冲电流时，电磁脉冲(力)引起除冰目标物的金属表面产生视觉不可见的微小的收缩和扩张，导致目标物的表面产生微形变，使附着在目标物上面的冰破碎而滑落或掉落，达到目标物除冰的目的。
电磁脉冲除冰装置电气原理见图2，由可控硅(K)触发产生电脉冲指令，电容器(C)通过线圈(L)放电，典型的脉冲电流如图3所示。在脉冲磁场的作用下，在金属表面(O)产生感生环形电流。由线圈及金属目标物表面的电流所激发的磁场，使线圈与金属目标物之间产生作用时间为微妙量级、大小为几十至数千牛顿的斥力。斥力使金属目标物表面在弹性变形范围内产生小振幅、高加速度的运动。可控硅具有二极管的性质，电流由第一次RLC(电阻(R)、电感(L)、电容(C)组成的电路正环路流过，然后可控硅重新导通电路，可以激励电容器反复充放电。2-3次独立脉冲冲击后，金属目标物表面覆冰被击碎，达到除冰目的。
用于架空输电线路地线除冰的电磁脉冲线圈需根据地线的规格尺寸进行设计，使其紧密贴合在地线表面，脉冲线圈需根据具体地线规格及除冰功率要求选择不同规格线径的漆包线及线圈匝数。
所述脉冲线圈通过嵌入半圆筒形绝缘材料进行封装，以达到固定、绝缘漆包线的目的。绝缘筒采用聚四氟乙烯或与其机械特性相似的绝缘材料，在其圆柱表面刻蚀与漆包线尺寸匹配的凹槽。
所述脉冲线圈及相应封装、外壳通过卡扣式固定装置牢固地固定在地线表面，其中固定装置采用可开合的卡扣式设计，便于施工使用。
除冰脉冲线圈及其他装置的供能通过包含铁芯与绕组的电磁式取电线圈由地线获取。电磁式取电装置在每次除冰动作后对储能电容器组充电，储能电容器组的容量需根据所在地线电压等级、地线感应电流的大小、除冰脉冲线圈的规格等进行综合设计选型。
电磁脉冲线圈及其配套储能电容、电磁取电线圈、通讯控制器等根据所需除冰线段的档距及杆塔-地线规格选取合理的间距进行分布式布置，档距内的分布式除冰线圈通过集中于地线支架附近的集中控制器进行统一控制，除冰动作指令通过无线信号进行通讯。当需要对所在地线档距段进行除冰时，由智能控制器对安装于不同位置的脉冲除冰装置逐次发出动作指令，通过取能线圈充电的电容器组对脉冲线圈放电实现对一定范围内地线的除冰，并通过不同距离分布的各个线圈的逐次动作实现对整个档距内地线的除冰。
Claims (9)
1.一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置，其特征在于：它包括通讯控制器、电磁脉冲线圈L和储能电容器C，储能电容器C与SCR电路连接；SCR电路与电阻R连接；电阻R与电磁脉冲线圈L连接；电容器C通过电源BT充电；充电电路上串联有可控硅K。
2.根据权利要求1所述的一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置，其特征在于：所述电源BT为电磁式取电装置；电磁式取电装置通过包含铁芯与绕组的电磁式取电线圈由地线获取电源；电磁式取电装置在每次除冰动作后对储能电容器组充电。
3.根据权利要求2所述的一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置，其特征在于：电磁式取电装置在每次除冰动作后对储能电容器组充电，储能电容器组的容量根据所在地线电压等级、地线感应电流的大小、除冰脉冲线圈的规格进行综合设计选型。
4.根据权利要求1所述的一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置，其特征在于：电磁脉冲线圈L的尺寸根据地线的规格尺寸进行设计，且紧密贴合在地线表面；电磁脉冲线圈L根据地线规格及除冰功率要求选择不同规格线径的漆包线及线圈匝数。
5.根据权利要求1所述的一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置，其特征在于：电磁脉冲线圈L通过嵌入半圆筒形绝缘材料进行封装；半圆筒形绝缘材料采用聚四氟乙烯或与聚四氟乙烯的机械特性相似的绝缘材料，在半圆筒形绝缘材料的圆柱表面刻蚀与漆包线尺寸匹配的凹槽。
6.根据权利要求5所述的一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置，其特征在于：电磁脉冲线圈L及相应封装和外壳通过卡扣式固定装置牢固地固定在地线表面；卡扣式固定装置采用可开合的卡扣式设计。
7.根据权利要求5所述的一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置，其特征在于：通讯控制器、电磁脉冲线圈L、储能电容器C和电源BT根据所需除冰线段的档距及杆塔-地线规格选取间距进行分布式布置；档距内的分布式电磁脉冲线圈L通过集中于地线支架上的通讯控制器进行统一控制，除冰动作指令通过无线信号进行通讯。
8.如权利要求1所述的一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置的除冰方法，其特征在于：它包括：可控硅K触发产生电脉冲指令，储能电容器C通过电磁脉冲线圈放电，在脉冲磁场的作用下，在金属O表面产生感生环形电流;由电磁脉冲线圈及金属目标物表面的电流所激发的磁场，使电磁脉冲线圈与金属目标物之间产生作用时间为微秒量级、数值为几十至几千牛顿的斥力；斥力使金属目标物表面在弹性变形范围内产生振幅和高加速度的运动；可控硅具有二极管的性质，电流由RLC组成的电路正环路流过，然后可控硅重新导通电路，激励储能电容器反复充放电；2-3次独立脉冲冲击后，金属目标物表面覆冰被击碎，达到除冰目的。
9.根据权利要求8所述的一种用于架空输电线路地线的分布式电脉冲除冰装置的除冰方法，其特征在于：当需要对所在地线档距段进行除冰时，由通讯控制器对安装于不同位置的脉冲除冰装置逐次发出动作指令，通过取能线圈充电的电容器组对脉冲线圈放电实现对范围内地线的除冰，并通过不同距离分布的各个线圈的逐次动作实现对整个档距内地线的除冰。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210810 |