CN201352696Y - 输电线防冰融冰模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及防冰融冰领域，具体是一种利用电流热效应的输电线防冰融冰模拟实验装置。解决了目前靠巡线员翻山越岭观察输电线路结冰状况费时费力等问题，包括一段与架空输电线同规格的去除掉了中间全部/部分/仅中央钢芯的钢芯铝绞线，该钢芯铝绞线去除掉钢芯处贯穿设置有并联于电源两端的电热丝，电热丝与钢芯铝绞线等长，且电热丝外包有绝缘层。另配有能外套于上述钢芯铝绞线的、并使钢芯铝绞线两端恰好伸出的中空筒模，中空筒模两底中央开有供钢芯铝绞线两端伸出的直径与钢芯铝绞线直径相等的通孔，中空筒模上开有进水口。结构合理、简单，模拟效果准确，间接实现对远距离架空输电线路结冰状况的监测，完成输电线路各种结冰程度的融冰实验。

Description

输电线防冰融冰模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及防冰融冰领域，具体是一种利用电流热效应(焦耳热)的输电线防冰融冰模拟实验装置。

背景技术

08年初，南方经历了50年不遇的冰冻雪灾，这场灾害使南方电网大面积陷于瘫痪，线断塔倒，供电设施遭到严重破坏，许多地方电力供应中断，致使许多南方人因此渡过了一个真正寒冷的冬天。这场冰冻雪灾对电力设施的损坏大都是由于架空输电线结冰厚度太厚引起，但似乎我们对线路严重的结冰显得无能为力。其实，架空输电线的结冰状况是可防可治的。但是，如果想对线路结冰采取必要的措施，必须随时了解输电线路的结冰情况，常规的方法是靠巡线员翻山越岭沿线路进行观察，既费时又费力，且观察结果不很准确。虽然目前已有一些线路上装设了摄像头监控，但摄像头本身亦容易受到恶劣环境的影响，不能保证监测效果。

发明内容

本实用新型为了解决目前靠巡线员翻山越岭观察输电线路结冰状况费时费力、且观察结果不很准确等问题，提供了一种用于模拟大电流(数百到上千安培)、小电阻(千米电阻不足0.1欧姆)架空输电线(工作于几十到几百千伏的高压或超高压)发热情况的低电压(几十伏)、小电流(几安培)、较大电阻(几十欧姆)的发热装置——输电线防冰融冰模拟实验装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：输电线防冰融冰模拟实验装置，包括一段与架空输电线同规格的去除掉了中间全部/部分/仅中央钢芯的钢芯铝绞线，该钢芯铝绞线去除掉钢芯处贯穿设置有并联于电源两端的电热丝，电热丝与钢芯铝绞线等长，且电热丝外包有绝缘层。考虑到，如果截取的钢芯铝绞线太长，则装置笨重，耗电量大；太短，则由于两端效应使显示结果不准确；因此，所述与架空输电线路同规格的钢芯铝绞线一般截取1米，亦便于计算。另外，为保证电热丝对钢芯铝绞线外各处的传热效果均匀一致，一般皆是去除钢芯铝绞线中央的钢芯，并将电热丝贯穿设置于该处。

根据架空输电线输送的功率P₀和输电电压U₀求得架空输电线的输电电流I₀＝P₀/U₀，每米钢芯铝绞线的电阻为R₁(该电阻值可设法测出或从钢芯铝绞线规格参数中查出)，利用焦耳定律可求得输电电流通过架空输电钢芯铝绞线每米的电热功率为P₁＝I₀ ²R₁，使本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置内电热丝的电功率P₂＝P₁，即可模拟架空输电线正常供电时的发热情况，若电热丝电阻为R₂，则电源电压U₂应满足P₂＝P₁＝U₂ ²/R₂。即本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置的参数(一般电热丝的电阻确定，所述参数主要指电源电压)与被模拟的架空输电线实际电热功率相关。

举例如下：若南方某输电线路输送的功率300MW(MVA)，输电电压500kV，可求得输电电流600A，以500/35型钢芯铝绞线为例，每千米500/35型钢芯铝绞线的电阻为0.05Ω，则每米500/35型钢芯铝绞线的电阻为0.00005Ω，那么输电电流通过钢芯铝绞线时，每米钢芯铝绞线的电热功率为18W，若输电线防冰融冰模拟实验装置内电热丝的电阻为8Ω，则要求输电线防冰融冰模拟实验装置所接电源电压为12V，可使输电线防冰融冰模拟实验装置的电功率也是18W。

在应用本实用新型进行输电线结冰监测时，将本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置置于与被模拟的架空输电线所在之处的气候条件相同或相近的环境中，接上电源，电源电压由被模拟的架空输电线实际电热功率求得，使本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置内电热丝的电热功率与架空输电线每米的电热功率相等，由于本实用新型与被模拟的架空输电线处在相同或相近的气候环境中，因此可以较准确模拟架空输电线供电时的发热情况，实现间接监测架空输电线结冰情况的目的，为确定防冰融冰的重大决策提供依据。其中，电热丝的选择范围很宽，可以由数欧姆到数十欧姆范围内进行选择，电阻值较大，电源工作电流可以小至几安培，工作电压低，容易实现。

而且，在具体监测时，可以同时设置多个本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置，并使各装置的电功率不同(供电电压相同而使用不同阻值的电热丝，或使用同阻值的电热丝但供电电压不同)，如上例算得每米架空输电线的电热功率为18w，则使其中一实验装置的电功率为18w，其它实验装置的电功率分别高于、低于架空输电线的实际电热功率，如按12W、15w、21w、25w等电功率分布，某一功率值对应架空输电线的某一电流值，可用前述原理做出计算，以监测架空输电线在不同电热功率(对应不同的输电电流)情况下的结冰情况，通过巡线员长时间的观测和比较，可总结出实验装置结冰跟实际线路结冰情况间的联系(当模拟单元数较多时，还可间接地监测出某型导线在一定气候条件下、一段时间的临界电流)，为确定防冰融冰的重大决策提供依据。

另配有能外套于上述钢芯铝绞线的、并使钢芯铝绞线两端恰好伸出的中空筒模，中空筒模两底中央开有供钢芯铝绞线两端伸出的直径与钢芯铝绞线直径相等的通孔，中空筒模上开有进水口。

本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置进行融冰实验的依据原理是：电流通过架空输电线会产生焦耳热，当输电线结冰后，如输电线的电热功率足够大，产生的焦耳热除了供热量散失外的较大余量，使架空输电线温度升高，即可使冰层熔化。

实验前，将中空筒模套于钢芯铝绞线上，中空筒模的进水口朝上，使所述输电线防冰融冰模拟实验装置的钢芯铝绞线两端伸出中空筒模，且使中空筒模两底中央的通孔与钢芯铝绞线之间密封，经进水口向中空筒模内注满烧开凉置的清水(目的为了减少气泡)后，置于冰柜中，在中空筒模内的水结冰后，脱掉中空筒模，就模拟得到了跟架空输电线结冰相似的情况。

其中，中空筒模的内径这样确定：若采用的钢芯铝绞线外径为30mm，如要试验的冰层厚度为10mm，则中空筒模内径应为30mm+2×10mm＝50mm；如要试验的冰层厚度为20mm，则中空筒模内径为70mm；如要试验的冰层厚度为30mm，则中空筒模内径为90mm；以此类推。

进行融冰实验时，同样将上结有冰层的输电线防冰融冰模拟实验装置置于与模拟的架空输电线所在之处的气候条件相同或相近的环境中，接上电源，并调整电压输出，电流通过输电线防冰融冰模拟实验装置内的电阻丝产生焦耳热，当电流增大到一定程度时，输电线防冰融冰模拟实验装置的电热功率足够大，产生的焦耳热除了供热量散失外有较大余量，使输电线防冰融冰模拟实验装置上的冰熔化，可以测算出融冰时输电线防冰融冰模拟实验装置电热丝相应的电热功率，该厚度冰层在该电功率下熔化所需的时间，从而确定熔冰速度跟架空输电线电热功率的关系。

同样，在进行融冰实验时，可以同时设置多个本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置，1、使实验装置覆冰厚度相同，置于同样的气候环境中，但各实验装置提供不等的电功率，这样，可以了解输电线上相同厚度的冰层在不同电热功率情况下融冰的快慢；2、使实验装置覆冰厚度不同，置于同样的气候环境中，给各实验装置提供相等的电功率，可以了解输电线上不同厚度的冰层在同样电热功率情况下融冰的快慢。

本实用新型是基于如下理论、技术设计实现的：在冬季，影响架空输电线路覆冰厚度的因素很多，诸如输电线路所处的温度、湿度、风力、光照等气候因素，且这些气候因素是无法人为改变的；与此同时，还跟输电线路自身发热情况有关。

架空输电线工作时，由于输电线存在电阻，电流通过它要产生焦耳热，这就是电流通过输电线产生的电热，产生的电热一方面通过导线外表面或覆冰层外表面向外散热，同时使导线温度升高，温度升高将直接地影响输电线上覆冰的速度。当气候因素适于线路结冰时，如电热功率较小，则结冰速度较快；电热功率较大，则结冰速度变慢；当电热功率增大一定值时，线路将不会结冰，线路刚好不结冰时线路电流值叫临界电流。

目前，为减小输电线路的线路损耗，现有输电线一般采用截面较大的铝线，其单位长度电阻很小，某500/35型钢芯铝绞线每千米的电阻不足0.06Ω，但通过的电流很大，一般可达几百到上千安培。电热功率可用下式计算：P＝Q/t＝I²R，架空线路正常输电时，每米的电热功率约为数十瓦特。考虑到，若用原输电线直接进行模拟试验，需要的电流很大，但是大电流不易得到，即便得到也不易控制。因此，将原输电线作简单改造，使改造后的输电线通电后与架空输电线单位长度的电热功率相同，然后将其置于相同或相近的环境中，即可间接地模拟架空输电线路的结冰情况。

本实用新型以与架空输电线路同规格、且中间加设有电热丝的输电线构成，置于跟架空输电线路所在之处相同或相近的气候环境中，，也可在人造气候条件下，模拟架空输电线路，一般在站所附近选择，既便于观察又便于接电源，并以输电线中间电热丝的电功率来模拟实际架空输电线路的电热功率，使电热丝的电功率跟与电热丝同长度的架空输电线路消耗的电热功率相同，使得本装置等同/等效于架空输电线路发热情况，通过本装置可以模拟出跟输电线路相似的结冰情况；并可以借助中空筒模人为地在与架空输电线路等同/等效的本装置上覆冰，然后通电融冰，间接地了解对架空输电线路进行融冰时，架空输电线路上冰层厚度、融冰速度、融冰所需电热功率等参数之间的关系。

本实用新型结构合理、简单，模拟效果准确，可以间接地实现对远距离架空输电线路结冰状况的监测，以及完成输电线路各种结冰程度的融冰实验。以上装置既可以用现成输电导线改制(如上所述)，也可以由电力导线生产厂家批量生产。

附图说明

图1为本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型进行结冰监测时的具体应用状态图；

图3为图2的侧视图；

图4为中空筒模的结构示意图；

图5为应用本实用新型进行融冰实验时的具体状态示意图；

图中：1-电热丝；2-通孔；3-进水口；4-紧固圈；5-绝缘层；6-钢芯铝绞线；7-固定卡；8-支撑体；9-隔热垫；10-电源；11-中空筒模；12-冰层。

具体实施方式

如图1所示，输电线防冰融冰模拟实验装置，包括一段与架空输电线同规格的去除掉了中间全部/部分/仅中央钢芯的钢芯铝绞线6，该钢芯铝绞线6去除掉钢芯处贯穿设置有并联于电源10两端的电热丝1，电热丝1与钢芯铝绞线6等长，且电热丝1外包有绝缘层5。如图4所示，另配有能外套于上述钢芯铝绞线6的、并使钢芯铝绞线6两端恰好伸出的中空筒模11，中空筒模11两底中央开有供钢芯铝绞线6两端伸出的直径与钢芯铝绞线6直径相等的通孔2，中空筒模11上开有进水口3。

具体实施时，电源10用可调直流稳压电源；为了避免本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置的钢芯铝绞线6散开，钢芯铝绞线6两端设置有紧固圈4，以便将钢芯铝绞线6两端与电热丝1两端绑牢；要求电热丝1外的绝缘层5防水、导热性能要好、强度高。

如图2、3、5所示，在同时设置多个本实用新型所述输电线防冰融冰模拟实验装置进行对比性实验时，可以将实验装置排列设置在支撑体8上，各实验装置钢芯铝绞线6两端通过固定卡7固定于支撑体8上，钢芯铝绞线6与固定卡7、支撑体8之间垫有隔热垫9；各实验装置可以并联于同一电源两端，或分别配置电源；对于各实验装置分别配有电源的情况，实验装置通过调节对应的电源电压来控制控制本装置电热丝的电功率即可，各实验装置电热丝的电阻值可同可不同；对于各实验装置同时并联于同一电源两端的情况，则各实验装置电热丝的电阻值不同，具体多大由要求达到的电热丝电功率决定。

实验装置所用电源的输出电压可以通过手动进行调节，也可以配设将电源调节与变电站所输配电控制中心进行关联的调控装置，实现电源输出电压的自动调节，即调控装置从变电站所输配电控制中心获得被监测输电线路电热功率的变化，根据该变化调节电源的输出电压，使实验装置电阻丝的电功率跟输电线路电热功率同步变化，即使得实验装置内电热丝的电功率始终跟被监测输电线路每米消耗的电热功率相同，这就可更好地监测输电线路的结冰情况。所述实现上述功能的调控装置对于电子技术领域的技术人员来说很容易实现。

Claims (2)

1、一种输电线防冰融冰模拟实验装置，其特征在于：包括一段与架空输电线同规格的去除掉了中间全部/部分/仅中央钢芯的钢芯铝绞线(6)，该钢芯铝绞线(6)去除掉钢芯处贯穿设置有并联于电源(10)两端的电热丝(1)，电热丝(1)与钢芯铝绞线(6)等长，且电热丝(1)外包有绝缘层(5)。

2、根据权利要求1所述的输电线防冰融冰模拟实验装置，其特征在于：另配有能外套于上述钢芯铝绞线(6)的、并使钢芯铝绞线(6)两端恰好伸出的中空筒模(11)，中空筒模(11)两底中央开有供钢芯铝绞线(6)两端伸出的直径与钢芯铝绞线(6)直径相等的通孔(2)，中空筒模(11)上开有进水口(3)。

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