CN101557089B - 高压输电线路导线除冰方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压输电线路导线除冰方法与装置，所述的导线除冰装置包括：由燃油发电机驱动的导线行走机器人，所述的导线除冰装置还包括：旋转除冰装置，安装于所述导线行走机器人，用于利用旋转敲击力去除导线上的覆冰；动力装置，与所述旋转除冰装置相耦合，用于驱动所述旋转除冰装置旋转；控制装置，用于控制所述导线行走机器人的移动以及所述动力装置的运转。本发明的高压输电线路导线除冰装置在导线行走机器人上安装旋转敲击棒、振动冲击锥以及刮冰铲，由这三个除冰装置同时工作，通过横向敲击、轴向冲击、轴向挤压有效的将导线上的覆冰去除。

Description

高压输电线路导线除冰方法与装置

技术领域

本发明关于输电线的保护领域，特别关于一种高压输电线路导线除冰方法与装置。

背景技术

在冬季，当温度在0℃以下时，由于降水或降雪会导致输电线路或杆塔产生覆冰。输电线路的覆冰严重威胁着电网的安全运行，因覆冰导致的电网事故后果非常严重，轻则绝缘子串冰闪重复跳闸，脱冰跳跃引起导线舞动导致相间短路；重则导致金具严重损坏和导线脆断接地，杆塔倾斜甚至倒塌等。

我国是世界上输电线路覆冰最为严重的国家之一。严重覆冰会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，从而导致覆冰事故的发生。我国湖南、湖北、贵州、江西、云南、四川、河南及陕西等省份都曾发生过十分严重的输电线路覆冰事故。

覆冰事故严重威胁了我国电力系统的安全运行，并造成了巨大的经济损失。据不完全统计，自上世纪50年代以来，我国输电线路发生大大小小的覆冰事故上千次。仅2003年，由于覆冰引起的110～500kV输电线路跳闸79次，占总事故的3.27％，其中500kV线路跳闸13次；由于覆冰引起的110～500kV线路非计划停运47次，占总事故的4.24％。2004年12月～2005年2月，我国华中电网出现大面积冰灾事故，仅湖南省就有700多万人受灾，直接经济损失超过10亿元。2008年初中国南方地区遭受了一场50年来最严重的的雪灾，给电力输电网络造成的直接经济损失达105亿元人民币，而恢复雪灾受损电网至少需要390亿元人民币。

国内外除冰防冰技术可归纳为30余种，划分为4类：(1)热力熔冰法；(2)机械破冰法；(3)自然被动法；(4)其它方法。热力融冰法需要消耗大量的电能，相比之下机械方法要节能的多。可应用于电力线路除冰的15种技术是主动的，即它们要求附加能量或附加机械力，8种技术是被动的，4种为其它除冰防冰措施。有潜力并期望在中短期内得到突破的是：(1)用于除冰的机电一体化装置；(2)现场应用的“ad hoc”法。为确保每次覆冰后使用这种技术的操作人员的安全，后者需制定标准的使用规则。

图1为主要热方法和机械除冰方法耗能对比的表格，该表格对主要的热力和机械除防冰技术进行了综合比较，给出了理论分析及实验测试数据，列举了14种技术措施，热力和机械法各占一半。从图1可知，热力法除冰防冰能耗比机械法高100多倍。各种措施耗能差别十分悬殊，从机械法的几J/m2到热力法的900多kJ/m2。最低耗能是碰撞试验，耗能不到18J/m2。将耗能最低方法与其它主要机械方法(如铲刮、电子和气动脉冲)相比，其除冰效果差别在3％～4％。而对于利用机械冲击破冰，即使其除冰效率低至3％，其效果仍比热方法高30～100倍。对于低居里磁热线除冰技术，其有效除冰所消耗的能量估计为加热导线到不覆冰时(放冰原则)所需的能量，即在40～180J/m2之间，由于缺乏实用数据，人工滑轮铲刮技术所消耗的能量未能计数，但估算它可能与“射频+铲刮”技术所消耗的能量相当，“射频+铲刮”技术所消耗的能量取决于冰在物体表面的粘接力，其耗能在0.2～4.3kJ/m2之间。

根据实验和理论数据，机械破冰比热力融冰所需的能量小10万～1百万倍。基于此种原因，即使其效率低至1％，机械法仍引起广泛关注。实际上，不同机械方法的输出在3～4％之间，这意味着机械法耗能比热力法小100多倍。

使用机械外力手工或自动强制使覆冰脱落的除冰方法，称为机械除冰方法。研制机械除冰方法的历史远早于其他类型的除冰、防冰方法。机械法中有3种是针对输电线路的除冰方法，主要包括：“ad hoc”法、强力振动法和滑轮辗压铲刮法。

和本案相关的一种机械除冰方法是采用导线机器人进行除冰，导线机器人采用蓄电池驱动，能够在导线上进行前后移动以对导线的当前状态进行巡查。现有技术一般是在导线机器人上增加一个刮铲除冰装置，通过在导线机器人前进的方向上挤压覆冰来去除导线上的覆冰。由于该除冰装置需要采用蓄电池供电，而蓄电池的重量问题以及持续工作时间使该方案得不到广泛应用。并且，该装置在覆冰很厚的时候将会遇到很大的阻力，需要提供很大的驱动力才能在导线上移动，因此除冰效率低、除冰速度慢。

由左岐等发表的名称为《巡线机器人的发展与应用》的论文作为本发明的相关技术合并与此。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压输电线路导线除冰方法与装置，该导线除冰装置在导线行走机器人上增加旋转除冰装置，通过该旋转除冰装置的旋转来敲击导线上的覆冰以达到去除覆冰的效果。

本发明一实施例提供一种高压输电线路导线除冰装置，所述的高压输电线路导线除冰装置包括：由燃油发电机驱动的导线行走机器人，所述的高压输电线路导线除冰装置还包括：旋转除冰装置，安装于所述导线行走机器人，用于利用旋转敲击力去除导线上的覆冰；动力装置，与所述旋转除冰装置相耦合，用于驱动所述旋转除冰装置旋转；控制装置，用于控制所述导线行走机器人的移动以及所述动力装置的运转。

本发明另一实施例提供一种高压输电线路导线除冰装置，所述的高压输电线路导线除冰装置包括：由燃油发电机驱动的导线行走机器人，所述的高压输电线路导线除冰装置还包括：旋转敲击棒，安装于所述的导线行走机器人，用于利用旋转敲击力去除导线上的覆冰；振动冲击锥，安装于所述的导线行走机器人，用于利用冲击力去除导线上的覆冰；刮冰铲，安装于所述导线行走机器人，用于受燃油发电机驱动挤压去除所述导线上的覆冰；电动机，与所述旋转敲击棒以及所述振动冲击锥相耦合，用于驱动所述旋转除冰装置旋转以及驱动所述振动冲击锥进行往复冲击；控制装置，用于控制所述导线行走机器人的移动以及所述电动机的运转。

本发明又一实施例提供一种高压输电线路导线除冰方法，所述方法包括：在导线上安装由燃油发电机驱动的导线行走机器人；所述的高压输电线路导线除冰方法还包括：在所述的导线行走机器人上安装敲击棒；由电动机带动所述敲击棒旋转来敲击所述导线上的覆冰。

本发明的高压输电线路导线除冰装置在导线行走机器人上安装旋转敲击棒、振动冲击锥、以及刮冰铲，由这三个除冰装置同时工作，通过横向敲击、轴向冲击、轴向挤压有效的将导线上的覆冰去除。

附图说明

图1为现有技术中多种除冰方法的对比表格；

图2为本发明实施例高压输电线路导线除冰装置的一种系统框图；

图3A为本发明实施例高压输电线路导线除冰装置的机械结构图；

图3B为图3A的侧视图；

图4A为图3A中的A部放大图；

图4B为图4A的B向视图；

图5为本发明实施例振动冲击锥的机械结构图；

图6为本发明实施例的控制装置对导线除冰装置在导线上的移动进行控制的流程图；

图7为本发明实施例的控制装置对电机运转进行控制的实际电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种高压输电线路导线除冰装置及其除冰方法。该导线除冰装置在燃油发电机驱动的导线行走机器人上安装旋转除冰装置，当该导线除冰装置安装于覆冰导线时，由电动机带动该旋转除冰装置进行旋转以敲击导线上的覆冰，达到去除覆冰的效果。如果覆冰被清除，则该导线除冰装置前进，并由该旋转除冰装置继续清除前方覆冰；如果覆冰未被清除，则该导线除冰装置后退，并由该旋转除冰装置再次进行旋转敲击动作，直到覆冰清除。本实施例的旋转除冰装置不受具体形状和结构的限制，优选的可以采用由电动机驱动的旋转敲击棒来实现，该敲击棒的硬度低于导线材料硬度，以免敲击时损伤导线。

在另一种较佳的实施方式中，该导线除冰装置还包括安装于该导线行走机器人上的冲击除冰装置。本实施例中，该冲击除冰装置可以作为旋转除冰装置的辅助除冰装置，当旋转除冰装置未能完全清除冰雪时，可以由该冲击除冰装置再次对该覆冰进行清除。本实施例的冲击除冰装置同样不受具体形状和结构的限制，优选的可以采用振动冲击锥来实现，该振动冲击锥通过进行高速振动来冲击难以去除的覆冰。

此外，为了使覆冰清除更彻底，在又一种较佳的实施方式中，该导线除冰装置还可以包括安装于该导线行走机器人的刮铲除冰装置，该刮铲除冰装置将经过旋转敲击以及振动冲击之后还未去除的覆冰通过挤压力去除。该刮铲除冰装置同样不受具体形状和结构的限制，优选的可以采用刮冰铲来实现，该刮冰铲在导线除冰装置前进的过程中挤压铲除导线上残留的覆冰。

图2为本发明实施例的导线除冰装置的一种系统原理框图。如图所示，本实施例的导线除冰装置20包括：导线行走机器人201，该导线行走机器人由燃油发电机202驱动；旋转除冰装置203，安装于导线行走机器人201，用于利用旋转敲击力去除导线上的覆冰；电动机204，与旋转除冰装置203相耦合，用于驱动旋转除冰装置203旋转；控制装置205，用于控制导线行走机器人201的移动以及电动机204的运转。

此外，该导线除冰装置20还可以包括：冲击除冰装置206，安装于导线行走机器人201，用于利用冲击力去除导线上的覆冰，该冲击除冰装置206同样由电动机204驱动进行往复冲击动作；刮铲除冰装置207，安装于导线行走机器人201，用于受燃油发电机202的驱动挤压去除导线上的覆冰。该导线除冰装置20的动力来源于燃油发电机202，由燃油发电机202带动电动机204运转，并将电能储存于蓄电池208。蓄电池208也可以带动电动机204的运转并为控制装置205提供电力，同时还为燃油发动机202的再次点火提供电能。

控制装置205进一步包括燃油发电机控制装置和电动机控制装置。燃油发电机控制装置，用于控制所述燃油发电机的启动与停止；电动机控制装置，用于控制所述电动机的运转速度和方向，由电动机带动外部的执行机构(旋转敲击棒、冲击锥、导线行走机器人的驱动轮等)进行运动。

图3A为本实施例导线除冰装置的机械结构图，图3B为图3A的侧视图。如图所示，该导线除冰装置包括蓄电池301和燃油发电机302，分别与该导线除冰装置的本体303相接，用于提供该装置的源动力。在本体303上设置驱动轮305和压紧轮306，该驱动轮305和压紧轮306位于导线304的两侧，用于夹紧导线304并在导线304上移动。在该装置沿导线前进时的本体前端位置设置旋转除冰装置309，该旋转除冰装置309包括敲击棒，该敲击棒由电动机(可以位于本体3内部，图中未示)驱动旋转来敲击导线304上的覆冰310。在该装置沿导线前进时的本体前端位置还设置有振动冲击锥307，该振动冲击锥307同样由电动机驱动进行往复冲击来去除导线304上的覆冰310。此外，在该装置沿导线前进时的本体前端位置还设置有刮冰铲308，将经过旋转敲击以及冲击尚未去除的残余覆冰去除。

本实施例的燃油发电机302可以采用汽油机来发电，后续的功率转换途径采用全电驱动，由燃油发电机302给蓄电池301充电，并带动电动机运转，或者也可以由蓄电池为电动机提供电能，最终输出各种受控动作。蓄电池为系统运行及汽油机再次点火提供电能，当汽油消耗完毕时能保证除冰装置返回。

本实施例的旋转除冰装置309位于除冰装置的最前端，是最先接触覆冰的部分。该旋转除冰装置309包括旋转敲击棒，通过模拟棍棒敲击的动作沿垂直于导线304的方向进行敲击除冰。敲击棒的一端固定连接于电动机的轴上，敲击棒以电动机的轴为中心进行旋转；或敲击棒纵向的中间位置固定连接于电动机的轴上，敲击棒以电动机的轴为中心进行旋转。

考虑到导线空间位置及覆冰的复杂性，还可以在敲击棒的端部柔性连接多节短棒，敲击棒以及与敲击棒的端部柔性连接的多节短棒形成旋转除冰组件。本实施例中为了使除冰效果更佳，该旋转除冰装置309包括至少两组旋转方向相反的旋转除冰组件，其旋转直径大于其旋转中心与导线304的距离，敲击棒敲击覆冰导线304后可有效避让，随后再次敲击导线304。敲击棒材料的硬度可选择低于导线材料硬度，以有效防止敲击时损伤导线。

图4A为图3A中的A部放大图，图4B为图4A的B向视图。图5为振动冲击锥的机械结构图。如图所示，振动冲击锥由凸轮501、弹簧502以及冲击锥503组成，导线两侧各放置一个。其中，凸轮501受电动机的驱动进行旋转；弹簧502与凸轮501以及冲击锥503耦合，用于根据凸轮501的旋转进行伸缩，以带动冲击锥503高速振动来冲击导线上的覆冰。该振动冲击锥的结构简单，容易实现，用于去除厚度较大、在导线上附着牢固的坚硬覆冰。它是继旋转除冰装置309之后接触覆冰的部分，由于冲击锥沿导线方向高速振动，可击碎旋转除冰装置未能去除掉的覆冰。刮冰铲308由上下两块V形钢制刀口组成，通过驱动轮305的驱动力向前挤压并破碎导线上的覆冰，其刀口间距可根据现场导线及覆冰厚度进行调整。经过刮冰铲挤压除冰，可将导线上的覆冰完全去除，为导线除冰装置向前行走扫清障碍。

如果通过旋转除冰装置、振动冲击锥以及刮冰铲还不能有效将覆冰除去，本实施例的导线除冰装置后退再执行除冰动作，直到有效除去为止。图6为本实施例的控制装置对导线除冰装置在导线上的移动进行控制的流程图。在实际产品中可以在该导线除冰装置上增加力传感器，当力传感器感测到前进阻力很大时，将由控制装置对电机的运转方向进行调整，使驱动轮反向运转；或者也可以由地面操作人员对该导线除冰装置的后退进行遥控。

图7为本实施例的控制装置对电机运转进行控制的实际电路图。该电路图为闭环反馈回路。前端检测电路701接收电动机输出的信号，对电动机的运转速度、电流等参数进行检测，并将检测结果发送给中央处理芯片702，中央处理芯片702分析上述检测结构并向电机控制芯片703发送控制信号，电机控制芯片根据所接受的控制信号由控制电路704向电动机发送控制命令，这些控制命令包括电机的转速、正反转等等。本实施例的中央处理芯片的类型为TMS320LF2407A，电机控制芯片的类型为IR2130。本实施例的控制装置不仅可以采用自动控制完成也可以通过手动控制进行，手动控制可由现场施工人员通过远程遥控完成，以应对现场出现的复杂情况。

本发明实施例的机械除冰装置综合了ad hoc法、滑轮碾压法、强力振动法等各机械除冰方法的优点，采用机电一体化的设计思想，利用汽油作为燃料能源，通过内燃机和电动机一体化的装置为整个系统供电，可以实现通过地面监控系统进行远程手动控制和装置本体自动控制相结合的控制方法，该除冰单元由旋转除冰组件、振动冲击锥、刮冰铲三部分组成。三部分同时工作，通过横向敲击、轴向冲击、轴向挤压、装置后退再挤压四种不同方式有效的将导线上的覆冰去除。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压输电线路导线除冰装置，其特征在于，所述的高压输电线路导线除冰装置包括：由燃油发电机驱动的导线行走机器人；所述的高压输电线路导线除冰装置还包括：

旋转除冰装置，安装于所述导线行走机器人，用于利用旋转敲击力去除导线上的覆冰；

动力装置，与所述旋转除冰装置相耦合，用于驱动所述旋转除冰装置旋转，所述动力装置为电动机；

控制装置，用于控制所述导线行走机器人的移动以及所述动力装置的运转；

所述的旋转除冰装置包括：敲击棒，所述敲击棒的硬度低于导线材料硬度；

所述敲击棒的一端固定连接于所述电动机的轴上，所述敲击棒以所述电动机的轴为中心进行旋转；或

所述敲击棒纵向的中间位置固定连接于所述电动机的轴上，所述敲击棒以所述电动机的轴为中心进行旋转。

2.根据权利要求1所述的高压输电线路导线除冰装置，其特征在于，所述的高压输电线路导线除冰装置还包括：冲击除冰装置；

所述冲击除冰装置，安装于所述导线行走机器人，用于利用冲击力去除导线上的覆冰；

所述动力装置，与所述冲击除冰装置相耦合，用于驱动所述冲击除冰装置进行往复冲击。

3.根据权利要求1或2所述的导线除冰装置，其特征在于，所述的导线除冰装置还包括：刮铲除冰装置；

所述刮铲除冰装置，安装于所述导线行走机器人，用于受燃油发电机驱动挤压去除所述导线上的覆冰。

4.根据权利要求1或2所述的导线除冰装置，其特征在于，所述的导线除冰装置还包括：蓄电池；

所述的燃油发电机为所述的蓄电池充电并为所述电动机提供电能；

所述的蓄电池为所述的电动机、控制装置及燃油发电机提供电能。

5.根据权利要求4所述的导线除冰装置，其特征在于，所述的控制装置包括：燃油发电机控制装置和电动机控制装置；

所述燃油发电机控制装置，用于控制所述燃油发电机的启动与停止；

所述电动机控制装置，用于控制所述电动机的运转速度和方向。

6.根据权利要求1所述的导线除冰装置，其特征在于，所述旋转除冰装置还包括：与所述敲击棒的端部柔性连接的多节短棒，所述敲击棒以及与所述敲击棒的端部柔性连接的多节短棒形成旋转除冰组件。

7.根据权利要求6所述的导线除冰装置，其特征在于，所述的旋转除冰装置包括至少两组旋转方向相反的所述旋转除冰组件。

8.一种高压输电线路导线除冰装置，其特征在于，所述的高压输电线路导线除冰装置包括：由燃油发电机驱动的导线行走机器人；所述的高压输电线路导线除冰装置还包括：

旋转敲击棒，安装于所述的导线行走机器人，用于利用旋转敲击力去除导线上的覆冰，所述敲击棒的硬度低于导线材料硬度；

振动冲击锥，安装于所述的导线行走机器人，用于利用冲击力去除导线上的覆冰；

刮冰铲，安装于所述导线行走机器人，用于受燃油发电机驱动挤压去除所述导线上的覆冰；

电动机，与所述旋转敲击棒以及所述振动冲击锥相耦合，用于驱动所述旋转敲击棒旋转以及驱动所述振动冲击锥进行往复冲击；

控制装置，用于控制所述导线行走机器人的移动以及所述电动机的运转。

9.一种高压输电线路导线除冰方法，所述方法包括：在导线上安装由燃油发电机驱动的导线行走机器人；其特征在于，所述的高压输电线路导线除冰方法还包括：

在所述的导线行走机器人上安装敲击棒；

由电动机带动所述敲击棒旋转来敲击所述导线上的覆冰。

Images