专利名称：用于高压输电线的抗雪除冰的声波振动方法
技术领域：
本发明涉及一种用于高压输电线的抗雪除冰的声波振动方法。
背景技术：
2008年初，我国南方遭遇到了五十年一遇的特大雪灾，使得南方各省的输 电设施遭到的了严重的损失。特别是高压输电线在暴雪的气候条件下，沉积上 了厚厚的冰雪层，使得高压输电线的自重大大增加，最终导致了高压输电线的 折断甚至将高压输电塔拉倒。目前解决高压输电线上冰雪沉积的方法主要是事 后清除掉方法，例如电力工人高空作业，利用木棒和橡胶锤等绝缘设备清除高 压输电线上沉积冰雪，这种方法不仅效率低下，而且对于电力工人来说危险系 数很高。此外还有利用高压输电线短路后的自身发热来融化沉积冰雪的方法， 但是由于冰的熔解热的数值较大，且高压输电线的电阻值较小，此举势必会耗 费大量能量，成本高昂。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高压输电线的抗雪除冰的声波振动方法。 它是在高压输电塔上放置声波发生装置，并将声波发生装置的振动杆紧贴 在高压输电线一侧铁塔的绝缘瓷环处，工作时，声波发生装置的振动杆敲击高 压输电线的端部产生声波，利用声波在高压输电线上的传播引起高压输电线的 波动，当波动传播到高压输电线另一侧铁塔的绝缘瓷环后被反射回来，则入射 波和反射波在高压输电线上形成驻波，使高压输电线产生振动，达到抗雪除冰 目的。
所述声波发生装置的声波频率为20 100千赫兹，声波能量l 100kJ。 高压输电线的长度为IOO 2000米，高压输电线的横截面积为50 1000mm2。 高压输电线电压为100 500kV。
本发明在较低的能耗和成本的情况下，可以高效的防止高压输电线上冰雪 的沉积以及清除高压输电线上附着的冰雪，为暴雪气候条件下输电设备的安全 提供了保障。
具体实施例方式
用于高压输电线的抗雪除冰的声波振动方法是在高压输电塔上放置声波发 生装置，并将声波发生装置的振动杆紧贴在高压输电线一侧铁塔的绝缘瓷环处， 工作时，声波发生装置的振动杆敲击高压输电线的端部产生声波，利用声波在高压输电线上的传播引起高压输电线的波动，当波动传播到高压输电线另一侧 铁塔的绝缘瓷环后被反射回来，则入射波和反射波在高压输电线上形成驻波， 使高压输电线产生振动，达到抗雪除冰目的。
所述声波发生装置的声波频率为20 100千赫兹，声波能量l 100kJ。
高压输电线的长度为IOO 2000米，高压输电线的横截面积为50 1000mm2。 高压输电线电压为100 500kV。
当波动传播到另一侧铁塔的绝缘子后被反射回来，则入射波和反射波在高 压输电线上形成驻波。当声波在导线中沿x方向传播时，取导线一体积元AV，则 该体积元的动能AEk和势能AEp分别为
AEA =丄Amv2 =丄Am(i)2 2 2 &
其中Y是导线的杨氏模量。则体积元的总能量为M;二A^+A^p。由于驻波的方
禾呈为_y = 2J cos&>/cos^x
代入体积元总能量的表达式后可得
1 "7 2 Ai^= — P(4v4ft> sinKcos fa)AF
= 5 / (4y4cos' w"in foc)AF
于是体积元的总能量为-
A￡* 二会/^4^(W(sin2 ^ cos2 Ax + cos2 Wsin2 fec)Ax
在相邻波节内利用积分可以求得一个波节内驻波的总能量为-
￡ = J"巡=J""会PS4JW (sin2 W cos2 fcc + cos2 W sin2= ^ W
其中p为导线密度，S为导线横截面，X为声波波长，A为声波振幅， 为声波 角频率。目前高压输电线多采用400/35型导线，其中400表示导线的外部铝股 部分横截面积为400 mm2， 35表示钢芯部分横截面积为35 mm2，其lm长度的 自重为1.511kg,因此导线的密度p为3473.6kg/m3。而目前高压输电塔的间距在 400-1000m之间。假设采用频率f-20kHz的声波，其振幅为lcm，由于声波在导 线的中的传播速度为5200m/s，所以波长为0.26m。假设输电塔间距为lOOOm， 则在两塔之间存在7692个波腹，联系前面一个波节内驻波的能量的表达式，则 两输电塔间，使一根导线产生驻波所需能量为9.493kJ。当前500kV高压送电线路一条为3相导线，然后每相导线有4根，共12根导线，还有2根避雷线，架 空在天上的共有14根线。所以在两输电塔间使导线振动所需总能量为132.9kJ。 由于驻波不会向外传播能量，所以这些能量可以维持导线的振动。实际上由于 各种阻尼的影响，以及冰雪落在导线上的影响，所需的能量会超过计算值，但 是其能耗仍大大小于采用导线短路发热除冰所需能量。因为冰的熔解热为 333kJ/kg，假设输电线覆盖冰层为lcm，贝U lm输电线上冰层重量为1.04kg，对 于1000m长的输电线，即使假设10%的冰层融化就能使冰层完全脱落，仍需要 能量34632kJ的能量，大大大于前面所述的9.493kJ的能量。
在气象预报出现暴雪气候的前夕，利用遥控装置启动安装在高压输电塔上 的声波发生装置，使得高压输电线在冰雪沉积以前预先振动起来，则在暴雪到 来之时，输电线的振动能有效的振落输电线上的冰雪，防止冰雪的沉积，做到 事前预防的作用。而若在暴雪以后发现输电线上被冰雪包裹，则仍可启动高压 输电塔上的声波发生装置，使导线振动，利用金属导线的柔韧性和冰层刚度差 异，将冰层震碎落下，从而达到事后清除冰雪的效果。
权利要求
1.一种用于高压输电线的抗雪除冰的声波振动方法，其特征在于在高压输电塔上放置声波发生装置，并将声波发生装置的振动杆紧贴在高压输电线一侧铁塔的绝缘瓷环处，工作时，声波发生装置的振动杆敲击高压输电线的端部产生声波，利用声波在高压输电线上的传播引起高压输电线的波动，当波动传播到高压输电线另一侧铁塔的绝缘瓷环后被反射回来，则入射波和反射波在高压输电线上形成驻波，使高压输电线产生振动，达到抗雪除冰目的。
2. 根据权利要求1所述的一种用于高压输电线的抗雪除冰的声波振动方法， 其特征在于所述声波发生装置的声波频率为20 100千赫兹，声波能量1 100 kJ。
3. 根据权利要求1所述的一种用于高压输电线的抗雪除冰的声波振动方法， 其特征在于所述高压输电线的长度为100 2000米，高压输电线的横截面积为 50 1000mm2。
4. 根据权利要求1所述的一种用于高压输电线的抗雪除冰的声波振动方法， 其特征在于所述高压输电线电压为100 500kV。
全文摘要
本发明公开了一种用于高压输电线的抗雪除冰的声波振动方法。它是在高压输电塔上放置声波发生装置，并将声波发生装置的振动杆紧贴在高压输电线一侧铁塔的绝缘瓷环处，工作时，声波发生装置的振动杆敲击高压输电线的端部产生声波，利用声波在高压输电线上的传播引起高压输电线的波动，当波动传播到高压输电线另一侧铁塔的绝缘瓷环后被反射回来，则入射波和反射波在高压输电线上形成驻波，使高压输电线产生振动，达到抗雪除冰目的。本发明在较低的能耗和成本的情况下，可以高效的防止高压输电线上冰雪的沉积以及清除高压输电线上附着的冰雪，为暴雪气候条件下输电设备的安全提供了保障。
文档编号H02G7/16GK101299524SQ200810059798
公开日2008年11月5日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者方彦俊, 健 沙 申请人:浙江大学