CN115065021B - 一种基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，该除冰装置包括送丝组件、能量转换器、储能电容、供电组件、能量控制器以及驱动组件；所述能量转换器包括高压电极与低压电极，所述高压电极与所述储能电容电性连接，所述低压电极与所述高压电极之间通过金属丝连接，所述能量控制器用于控制所述储能电容的充放电过程；所述送丝组件用于补充金属丝；所述供电组件既能提供高电压用于给所述储能电容充电，又能提供所述送丝组件和所述驱动组件所需的工作电压；所述驱动组件用于驱动该基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置沿架空线运动。该基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置具有能量转化率高、可重复性强、安全可控、对环境无危害的优点。

Description

一种基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置

技术领域

本发明涉及电力设备维护装置技术领域，尤其涉及一种基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置。

背景技术

随着我国经济与科技水平的发展，国民对电力供应质量也提出了更高的要求。电力设备与供电网络的覆盖广度不断增加，以及西电东送等重要电力规划项目不断开展，更对我国电力设备应对自然灾害的能力提出了更高的要求。架空线是连接不同区域电网，大范围输送电能的重要电力设备，在电力事业发展的潮流中，其面临诸多考验，其中不可忽视的就是架空线路覆冰问题。由于架空线路常常架设在野外高空中，当冬季湿度较高时，温度骤降往往导致其表面的小水珠凝结为冰层，冰层不断覆盖发展最终会影响架空线路的稳定运行。除此之外，雨凇、雾凇、混合凇、湿雪等气象条件下也会出现架空线路覆冰问题。架空线路覆冰问题并非偶然事件，在我国很多地方每年冬天都会发生架空线路覆冰问题，并对电网的稳定运行造成严重影响。

针对线路覆冰问题，现有的除冰方法主要分为机械除冰法和热力除冰法。机械除冰法即使用机械方式破碎架空线路上的冰层，以达到去除覆冰的效果，这种除冰方法所需能量较小，但是除冰效率低，不适合大规模使用。热力学除冰法是利用焦尔效应发热，从而使线路覆冰融化进而脱落，这种方法效率较高，但是其消除相同尺寸冰块所需能量是机械法的数百倍，并且线路发热会影响电网的稳定运行，因此也具备使用局限性。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，用于解决现有除冰装置能量利用率与除冰效率不能兼顾的问题。

在本发明实施例中，该基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置包括：

送丝组件、能量转换器、储能电容、供电组件、能量控制器以及驱动组件；

所述能量转换器内包含容置腔，所述容置腔一端设置有高压电极，另一端设置有低压电极，所述高压电极与所述储能电容电性连接，所述低压电极用于与金属丝电性连接，所述能量控制器用于控制所述储能电容的充放电过程；所述送丝组件用于推动金属丝进入所述送丝组件接通所述高压电极与所述低压电极，并在金属丝电爆炸耗损后送入新的金属丝；所述能量转换器上还开设有窗口，金属丝电爆炸释放的冲击波由所述窗口放出；

所述供电组件与所述储能电容、所述送丝组件以及所述驱动组件电性连接，所述供电组件既能提供高电压用于给所述储能电容充电，又能提供所述送丝组件和所述驱动组件所需的工作电压；

所述驱动组件用于驱动所述送丝组件、所述能量转换器、所述储能电容、所述能量控制器以及所述供电组件沿架空线运动。

作为所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的进一步可选方案，所述送丝组件包括外壳、阻尼块、限位块、锥形套、夹丝件、推杆、框架以及线圈；所述外壳内包含容纳空间，所述阻尼块、所述锥形套、所述夹丝件、所述推杆、所述框架以及所述线圈均设置于所述容纳空间内；

所述阻尼块固定连接于所述外壳，所述锥形套套设于所述夹丝件外侧，所述夹丝件与所述阻尼块间留有间隙；所述限位块设置于所述间隙内，所述限位块用于限制所述锥形套的运动；所述阻尼块与所述夹丝件上设置有供金属丝通过的通孔，所述阻尼块能够给金属丝的运动提供适当的阻尼；所述夹丝件的外表面与所述锥形套的内表面接触时，所述夹丝件能够夹紧金属丝，所述夹丝件的外表面与所述锥形套的内表面脱离接触时，所述夹丝件松开金属丝；所述推杆的一端与所述夹丝件远离所述阻尼块的一端固定连接，所述框架与所述推杆固定连接；

所述线圈与所述供电组件电性连接，所述线圈与所述框架中有一个与所述外壳固定连接，另一个与所述推杆固定连接；所述框架至少包括一个薄板，所述薄板为磁性材料制成，并与所述线圈存在一定距离，当所述线圈通电时，所述薄板与所述线圈之间产生吸引力或者斥力。

作为所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的进一步可选方案，所述送丝组件还包括弹簧，所述弹簧套设于所述夹丝件的外侧，所述弹簧的一端与所述锥形套抵接，另一端与所述推杆抵接；所述薄板采用可磁化的金属材料制成。

作为所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的进一步可选方案，所述薄板采用磁铁制成，所述线圈上能够通过不同方向的电流，从而与所述薄板之间产生吸引力或者斥力。

作为所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的进一步可选方案，所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置还包括储丝筒，所述储丝筒用于储藏金属丝。

作为所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的进一步可选方案，所述外壳靠近所述高压电极的一端还设置有护丝管，所述护丝管设置于所述送丝组件靠近所述高压电极的一端，用于保证金属丝水平进给时不会因重力弯曲，从而避免与所述高压电极接触不良。

作为所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的进一步可选方案，所述供电组件包括蓄电池以及变压器，所述蓄电池用于提供所述送丝组件和所述驱动组件所需的工作电压，所述变压器用于将所述蓄电池的输出电压转换成高压后给所述储能电容充电。

作为所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的进一步可选方案，所述驱动组件包括滑轮、皮带以及电机；所述滑轮挂设于架空线上，并通过所述皮带由所述电极驱动。

作为所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的进一步可选方案，所述能量转换器内设置有中空的硅胶套管，金属丝能够通过所述硅胶套管与所述高压电极触接。

作为所述基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的进一步可选方案，所述高压电极外设置有绝缘层，仅露出于金属丝触接的部分。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

由于采用金属丝电爆炸后产生的冲击波对架空线路进行除冰，单次爆炸所需能量较小，具有能量转化率高、可重复性强、安全可控的优点，并且金属丝电爆炸不需要使用化学药剂，对环境不会造成危害；且送丝组件可以自动为能量转换器补充消耗的金属丝，避免了频繁更换金属丝的麻烦。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本发明一实施例中该基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的总体结构示意图；

图2为本发明一实施例中送丝组件的内部结构示意图；

主要元件符号说明：

10-送丝组件，11-储丝筒，111-引导管，12-外壳，121-护丝管，131-阻尼块，132-锥形套，133-夹丝件，134-推杆，135-框架，136-线圈，137-限位块，138-弹簧，14-转接头；

20-能量转换器，21-高压电极，22-绝缘层，23-窗口，低压电极24；

30-储能电容；

40-供电组件，41-蓄电池，42-变压器；

50-能量控制器；

60-驱动组件，61-滑轮，62-皮带，63-电机；

70-金属丝；80-架空线。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例提供了一种基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，该装置能够解决现有除冰装置能量利用率与除冰效率不能兼顾的问题。

在本发明实施例中，请结合参考图1至图2，该基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置包括送丝组件10、能量转换器20、储能电容30、供电组件40、能量控制器50以及驱动组件60。能量转换器20内包含容置腔，容置腔的一端设置有高压电极21，另一端设置有低压电极24，高压电极21与储能电容30电性连接，低压电极24用于与金属丝70电性连接；能量控制器50可以控制储能电容30的充放电过程；送丝组件10用于推动金属丝70进入送丝组件10并接通高压电极21与低压电极24，并在金属丝70电爆炸耗损后送入新的金属丝；能量转换器20还包括窗口23，金属丝70电爆炸产生的冲击波可以从窗口23放出；供电组件40与储能电容30、送丝组件10以及驱动组件60电性连接，供电组件40既能够提供高压给储能电容30充电，又能供给送丝组件10和驱动组件60所需的工作电压；驱动组件60用于驱动送丝组件10、能量转换器20、储能电容30、供电组件40以及能量控制器50沿架空线80运动。

该基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的工作过程为：送丝组件10将金属丝70送入能量转换器20，位于能量转换器内的金属丝70一端与高压电极21触接，另一端与低压电极24触接；驱动组件60带动该除冰装置到达架空线80需除冰位置，能量控制器50控制供电组件40向储能电容30充电，达到预定电压后，能量控制器50控制充电过程停止，储能电容30与能量转换器20的高压电极21接通，储能电容30中储存的能量通过高压电极21迅速注入金属丝70内部，在数十微秒的时间内，金属丝70由于焦耳效应温度急剧上升发生相变，体积迅速膨胀并推动周围空气产生强冲击波，从而击碎覆冰，或使覆冰上产生裂痕，在重力作用下逐渐脱落。可以理解的是，在除冰过程中，驱动组件60的运动过程与储能电容30的充放电过程并没有严格的执行顺序，以现场的实际情况确定为宜。

该基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，由于采用金属丝70电爆炸后产生的冲击波对架空线80进行除冰，单次爆炸所需能量较小，具有能量转化率高、可重复性强、安全可控的优点，并且金属丝70电爆炸不需要使用化学药剂，对环境不会造成危害；且送丝组件10可以自动为能量转换器20补充消耗的金属丝，避免了频繁更换金属丝的麻烦。

在一种实施例中，请继续参考图2，送丝组件10包括外壳12、阻尼块131、锥形套132、夹丝件133、推杆134、框架135以及线圈136。

其中，外壳12内部包含容纳空间，阻尼块131、锥形套132、夹丝件133、推杆134、框架135线圈136以及限位块137均设置在该容纳空间内。阻尼块131与外壳12固定连接，锥形套132套设于夹丝件133外侧，而夹丝件133与阻尼块131之间留有间隙，该间隙可为夹丝件133的运动提供空间；限位块137设置于间隙内，用于限制锥形套132的运动；阻尼块131与夹丝件133上设置有供金属丝70通过的通孔，阻尼块131能够给金属丝70的进给运动提供适当的阻尼；夹丝件133的外表面与锥形套132的内表面接触时，夹丝件133能够夹紧金属丝70，夹丝件133的外表面与锥形套132的内表面脱离接触时，夹丝件133则会松开金属丝70；推杆134的一端与夹丝件133远离阻尼块131的一端固定连接，而框架135与推杆134固定连接；线圈136与供电组件40电性连接，线圈136与框架135中有一个与外壳12固定连接，另一个与推杆134固定连接，框架135至少包括一个薄板，薄板为磁性材料制成，并与线圈136存在一定距离，当线圈136通电时，薄板与线圈136之间产生吸引力或者斥力。

上述实施例提及，“线圈136与框架135中有一个与外壳12固定连接，另一个与推杆134固定连接”，此种设置方式的意义在于，将线圈136或框架135中的一个与外壳12固定，另一个能够保持活动，当线圈136与框架135之间产生吸引力或者斥力时，活动的元件可以在吸引力或者斥力的作用下带动推杆134运动。以下为了方便描述，均以线圈136与外壳12固定连接而框架135与推杆134固定连接为前提进行说明，可以理解的是，将线圈136与推杆134固定连接而框架135与外壳固定连接，也可以产生同样的效果，亦属于本发明的保护范围。

在上述实施例中，送丝组件10的工作过程为：线圈136与框架135构成的电磁铁机构带动推杆134推动夹丝件133向前运动，此时锥形套132套设于夹丝件133的外部，金属丝70被夹紧，随夹丝件133向前进给，夹丝件133向前运动一段距离后，限位块137阻挡锥形套132继续向前，而夹丝件133继续向前运动，锥形套132与夹丝件133逐渐脱离，夹丝件133不再夹紧金属丝70，此时金属丝70已经随夹丝件133向前运动了一段距离；而后，推杆134带动夹丝件133后退，由于金属丝70不被夹紧，而阻尼块131与金属丝70之间存在较大的摩擦，金属丝70将留在原位，夹丝件133后退一端距离后，锥形套132再次套紧夹丝件133，此时金属丝70再次被夹紧，并随夹丝件133回退一小段距离，但是该距离小于金属丝70在进给阶段前进的距离，由此金属丝70能够在电爆炸被消耗后，由送丝组件10进行补给。

在一种具体的实施例中，薄板采用磁铁制成，通过在线圈136上流过不同方向的电流，线圈136与薄板之间产生吸引力或者斥力，从而带动推杆134往复运动。

在另一种具体的实施例中，薄板设置为两片并沿推杆134延长方向平行设置，均采用可磁化的金属材料制成，线圈136的数量为两个，设置于平行薄板中间，两个线圈136各与一个薄板距离更近。每次仅在一个线圈136上通电，距离较近的薄板受到的吸引力更强，由此带动推杆134向通电的线圈136方向运动，通电的线圈136不同，运动方向也不同，从而实现推杆134的往复运动。

在又一种具体的实施例中，送丝组件10还包括弹簧138，弹簧138套设于夹丝件133的外侧，其一端与锥形套132抵接，另一端与推杆134抵接；而薄板采用可磁化的金属材料制成。当线圈136通电时，薄板被磁化，线圈136与薄板件产生吸引力，推动推杆134向前，此时弹簧138被压缩，线圈136断电后，线圈136与薄板之间的吸引力消失，推杆134在弹簧138的推力作用下。

在再一种具体的实施例中，弹簧138设置为当推杆134推动夹丝件133补给金属丝70时被拉伸，线圈136断电后回缩。其实施方式与前一实施例类似，此处不再赘述。

在另外一些具体的实施例中，通过改变薄板的材料(如磁铁或可磁化的金属材料)、薄板的数量、线圈136的数量、流过线圈136的不同的电流方向而带来的不同的磁场方向以及弹簧等中间元件的设置，也可以实现同样的效果，其设计思路与前述的具体实施例类似，均属于本发明的保护范围，此处不再一一列举。

由于线圈136与磁铁制成的薄板配合工作的方案以及设置弹簧138的方案结构较为简单，因此为实践中的优选实施例。

在一种实施例中，该基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置还包括储丝筒11，金属丝70可以储存在储丝筒11中，从而避免多次添加金属丝70，方便工作流程。

在一种具体的实施例中，储丝筒11还包括引导管111，引导管111内包含送丝通道，用于保障金属丝70能够顺利进入送丝组件10中。

为方便送丝组件10与能量转换器20连接，在一种实施例中，送丝组件10靠近高压电极21的一端设置有转接头14，转接头14设置有螺纹，送丝组件10与能量转换器20通过螺纹固定连接。

为保证金属丝70在进给过程中不会因为重力而弯曲，造成与高压电极21之间接触不良。在一种实施例中，外壳12靠近高压电极21的一端还设置有护丝管121，护丝管121可以对金属丝70起到承托作用，保证金属丝70与高压电极21触接。

为加强金属丝70电爆炸对覆冰的破坏效果，在一种实施例中，能量转换器20内设置有中空硅胶套管，金属丝70电爆炸产生时硅胶套管内的气体体积迅速膨胀，导致窗口23处的硅胶套管快速变形，撞击并破碎架空线80上的覆冰。

采用硅胶套管的优势在于，进一步限制气体膨胀的空间，将其集中到窗口23处释放，提升爆破威力，硅胶套管还可以对能量转换器20的围壁起到保护作用，从而延长使用寿命。

在一种实施例中，供电组件40包括蓄电池41和变压器42。蓄电池41用于提供送丝组件10和驱动组件60所需的工作电压，而变压器42可以将蓄电池41输出的电压转换成高压后输出，用于给储能电容30充电。

采用蓄电池41与变压器42配合工作的原因在于，仅用一个电池就可以完成整个除冰装置的供电需要，无需引入新的高压电源，从而简化结构。

在一种实施例中，驱动组件60包括滑轮61、皮带62以及电机63。滑轮61挂设于架空线80上，并通过皮带62与电机63连接。电机63能够在供电组件40的驱动下转动，从而带动滑轮61转动，进而带动该除冰装置沿架空线80运动。

为了加强该基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置的安全性，在一种实施例中，高压电极21外围设置有绝缘层22，而仅露出与金属丝70触接的部分。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，其特征在于，包括送丝组件、能量转换器、储能电容、供电组件、能量控制器以及驱动组件；

所述能量转换器内包含容置腔，所述容置腔一端设置有高压电极，另一端设置有低压电极，所述高压电极与所述储能电容电性连接，所述低压电极用于与金属丝电性连接，所述能量控制器用于控制所述储能电容的充放电过程；所述送丝组件用于推动金属丝进入所述送丝组件并接通所述高压电极与所述低压电极，并在金属丝电爆炸耗损后送入新的金属丝；所述能量转换器上还开设有窗口，金属丝电爆炸释放的冲击波由所述窗口放出；

所述供电组件与所述储能电容、所述送丝组件以及所述驱动组件电性连接，所述供电组件既能提供高电压用于给所述储能电容充电，又能提供所述送丝组件和所述驱动组件所需的工作电压；

所述驱动组件用于驱动所述送丝组件、所述能量转换器、所述储能电容、所述能量控制器以及所述供电组件沿架空线运动；

所述送丝组件包括外壳、阻尼块、限位块、锥形套、夹丝件、推杆、框架以及线圈；所述外壳内包含容纳空间，所述阻尼块、所述锥形套、所述夹丝件、所述推杆、所述框架以及所述线圈均设置于所述容纳空间内；

所述阻尼块固定连接于所述外壳，所述锥形套套设于所述夹丝件外侧，所述夹丝件与所述阻尼块间留有间隙；所述限位块设置于所述间隙内，所述限位块用于限制所述锥形套的运动；所述阻尼块与所述夹丝件上设置有供金属丝通过的通孔，所述阻尼块能够给金属丝的运动提供适当的阻尼；所述夹丝件的外表面与所述锥形套的内表面接触时，所述夹丝件能够夹紧金属丝，所述夹丝件的外表面与所述锥形套的内表面脱离接触时，所述夹丝件松开金属丝；所述推杆的一端与所述夹丝件远离所述阻尼块的一端固定连接，所述框架与所述推杆固定连接；

所述线圈与所述供电组件电性连接，所述线圈与所述框架中有一个与所述外壳固定连接，另一个与所述推杆固定连接；所述框架至少包括一个薄板，所述薄板为磁性材料制成，并与所述线圈存在一定距离，当所述线圈通电时，所述薄板与所述线圈之间产生吸引力或者斥力。

2.根据权利要求1所述的基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，其特征在于，所述送丝组件还包括弹簧，所述弹簧套设于所述夹丝件的外侧，所述弹簧的一端与所述锥形套抵接，另一端与所述推杆抵接；所述薄板采用可磁化的金属材料制成。

3.根据权利要求1所述的基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，其特征在于，所述薄板采用磁铁制成，所述线圈上能够通过不同方向的电流，从而与所述薄板之间产生吸引力或者斥力。

4.根据权利要求1所述的基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，其特征在于，还包括储丝筒，所述储丝筒用于储藏金属丝。

5.根据权利要求1所述的基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，其特征在于，所述外壳靠近所述高压电极的一端还设置有护丝管，所述护丝管设置于所述送丝组件靠近所述高压电极的一端，用于保证金属丝水平进给时不会因重力弯曲，从而避免与所述高压电极接触不良。

6.根据权利要求1所述的基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，其特征在于，所述供电组件包括蓄电池以及变压器，所述蓄电池用于提供所述送丝组件和所述驱动组件所需的工作电压，所述变压器用于将所述蓄电池的输出电压转换成高压后给所述储能电容充电。

7.根据权利要求1所述的基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，其特征在于，所述驱动组件包括滑轮、皮带以及电机；所述滑轮挂设于架空线上，并通过所述皮带由所述电极驱动。

8.根据权利要求1所述的基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，其特征在于，所述能量转换器内设置有中空的硅胶套管，金属丝能够通过所述硅胶套管与所述高压电极触接。

9.根据权利要求1所述的基于金属丝电爆炸的架空线除冰装置，其特征在于，所述高压电极外设置有绝缘层，仅露出于金属丝触接的部分。

Images