专利名称：一种消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高压电力线路的安全保障，具体涉及一种消减高压电力架空导线 上挂积冰雪的装置，适用于高压架空线路在冰雪恶劣天气状况下，输电线路的安全运行。
背景技术：
随着我国智能电网的不断深入和发展，对高压输电线路的实时监测技术有了较快 的发展，对保证电力线路的安全运行起到了重要的作用。目前，线路的远程监测中通过3G 或GSM等通信信道，在线路上安装了诸如摄像头、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、 振动传感器、偏角传感器等，可以将线路上的状态了解得十分清楚。但是要在不停电的情 况下，将远方线路上积聚的冰雪消除却并非易事，如不及时消除连续积聚的冰雪，增加到一 定荷重后将导致高压线断线，杆塔倒塌等严重事故，如2008年底我国南方雪灾使大面积电 力线杆塔倒塌事件，便是一个非常严重的状况。因此，在电力生产中，十分迫切地需求出 台能有效消减输电线路野外冰雪的措施，此举对我国国民经济和人民生活都有十分密切 的关系。经检索，申请专利号为200810087009的中国实用新型申请，记载了一种“自动保 护防止覆冰自动融冰的架空电力线路”，按该专利的相关描述，该技术方案实施比较困难， 理由是根据有关资料表明，线路融冰的可行性主要取决于要获得的融冰电流所需的融冰 电源设置问题。有关研究结果表明35KV作融冰电源时，500KV线路短路电流不能达到最 小融冰电流；220KV作融冰电源时，长度不超过169km (LGJ-4 X 300)、148km (LGJ-4 X 400) 或118km(LGJ-4X500)的线路短路电流可以达到最小融冰电流，但需要系统提供的无功在 1000MVAR以上，由于电力系统无功储备能力有限，220KV作融冰电源的500KV线路短路融冰 方案不可行。500KV作融冰电源时，短路电流虽然可以达到最小融冰电流，但需要系统提供 的无功在2000MVAR以上，同样受限于系统无功能力，因此500KV作融冰电源的500KV线路 短路融冰方案也不可行。经计算，在满足环境温度_18°C左右、零风速、最小融冰电流4000A 的条件下，采用直流方式融冰时，需要系统提供的功率近200MW。因此，如按上述方法，首先需要对线路进行停电作业融冰，这样本身已影响了线路 的正常供电秩序，同时还需要提供近20万千瓦的电力来融冰，即相当于需要配置一个小型 发电厂的一个供电容量，耗资十分巨大，操作实施十分困难。
发明内容针对上述现状，本实用新型提供一种消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置， 目的是在不停电、野外、无人值守的情况下，可以在线监测，在线作业消冰，同时还应具有除 冰及时、节省能源、功能齐全、可操作性强的特点。本实用新型所采用的技术方案是消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置，安 装在处于带电运行之中的两个线路铁塔之间的架空导线的下面及周围，导线与铁塔之间连 有绝缘瓷瓶，其特征在于所述装置包括加热系统、供电系统和检测控制系统，加热系统设 置在距离导线底部有一定间距的正下方；供电系统的电源取自地面，经变压后供加热系统使用；检测控制系统包括温湿度传感器、摄像头、地面控制中心和无线通信网络。所述加热系统包括专用夹具、电热丝、遥控电热丝开关和瓷套管，专用夹具为截面 呈倒三角形的空心支架，其上端有一可开合的环形固定扣，空心支架最底端固定瓷套管，套 管内穿有电热丝。所述装置还设有振动系统，包括飞摆振动器、振动器电源线、拉力传感器和遥控振 动器开关，其中飞摆振动器安装在绝缘瓷瓶与导线的连接处及导线中部，振动器电源线及 其外面的瓷套管布置在空心支架内，振动系统由供电系统供电。所述供电系统包括顺序连接的太阳能板、蓄电池组、逆变器、电压互感器电源开关 和电压互感器，电压互感器的底部分别连接遥控电热丝开关和遥控振动器开关。所述检测控制系统具有ZIGBEE无线自组网络，其ZIGBEE协调器设于地面控制中 心内，而ZIGBEE根单元与各物理参量传感器制成一体；所述物理参量传感器包括温湿度传 感器、拉力传感器和雪深探测器。所述温湿度传感器分为导线温湿度传感器、电热丝温湿度传感器和环境温湿度传 感器，导线温湿度传感器安装于导线正上方的固定扣上，电热丝温湿度传感器紧贴安装于 穿有电热丝的瓷套管下面，环境温湿度传感器安装于铁塔上；所述拉力传感器安装于铁塔 与绝缘瓷瓶之间；所述雪深探测器安装于铁塔上。所述电热丝按不同类型的导线进行布置，形成来回回路；所述振动器电源线在三 角的空心支架内穿行布置。在电压互感器的高压侧和低压侧分别装有高压避雷器和低压避雷器。本实用新型的有益效果是1)由太阳能进行充电的蓄电池组供电，形成单元式， 对线路进行分段融化，平均300-500M为一个单元，装置可以在线路不停电的情况下实施消 融积挂作业，提高了供电的可能性和连续性；幻俗话说冰冻三尺非一日之寒，本实用新型 采用了战术上主动应战的方法，将融冰消雪提前在萌芽和积累状态就开始采取措施，不是 等大量的冰雪积累后再来处置，因此大大减少了融冰能量的消耗，其三角型专用夹具使化 冰能量由大面积的导线截面转化为如同铅芯大小的仅Imm左右直径的电热丝，平均每公里 耗电仅为3kw 5kw容量来进行作业，可分段操作，作业目的性强，效果明显，增加了线路 工程中的可实施性，与常规使用一座小型电厂的能耗来融冰相比，大大节约了能源消耗；3) 解决了目前线路监测中，只看“不做”，看见了 “无法做”的问题，本实用新型将现场发现的问 题通过无线监控装置进行加热、振动等操作，使冰雪消除在始发状态，成本低，效果好，速战 速决，保证安全运行，可靠供电。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型中导线段的截面图。图3是本实用新型的系统流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置安装在处于带电 运行之中的两个线路铁塔19之间的架空导线4的下面及周围，导线与铁塔之间连有绝缘瓷
4瓶25。本装置包括加热系统、供电系统和检测控制系统，加热系统设置在距离导线4底部有 一定间距的正下方；供电系统的电源取自地面，经变压后供加热系统使用；检测控制系统 包括温湿度传感器6、摄像头20、地面控制中心M和无线通信网络。如图2所示，所述加热系统包括专用夹具3、电热丝1、遥控电热丝开关12-1和瓷 套管2，专用夹具为截面呈倒三角形的空心支架3-1，其上端有一可开合的环形固定扣3-2， 固定扣可以做成一端与支架铰接，另一端为活扣，支架涂成黑色，以加强吸热效果，以保证 在阳光出现时夹具的温度能高于导线上的温度；也可以用铁丝等绑扎固定。在空心支架最 底端并排固定两个瓷套管2，用于穿电热丝1。电热丝1按不同类型的导线(单根或分裂式 导线)进行(上下或并排)布置，一去一回形成回路，供电电压为交流1000V-2000V。为了将导线上的干雪抖落，本实用新型还可以在上述装置的基础上增加振动系 统，它包括飞摆振动器22、振动器电源线27、拉力传感器21和遥控振动器开关12-2，其中飞 摆振动器安装在绝缘瓷瓶25与导线4的连接处及导线4中部，振动器电源线27及其外面的 瓷套管2在三角形的空心支架3-1内穿行布置，本例(请见图幻振动器电源线有上下两根 布置在支架内，形成一去一回的回路，一般供电距离不超300M，供电电压为 220V-380V。 振动系统的电源也来自供电系统。由于在架空铝芯线上紧附夹具，为防止瓷套管破损后导线搭碰，所选用的二次供 电的导线上必须是同类的导体，否则可能会形成不同金属引起的腐蚀现象。所述供电系统包括顺序连接的太阳能板30、整流器16、蓄电池组15、逆变器14、通 信控制箱13、电压互感器电源开关23和电压互感器8，电压互感器的底部分别连接遥控电 热丝开关12-1和遥控振动器开关12-2。通信控制箱13的功能为1、安装了本地ZIGBEE无 线自组网络的协调器单元。2、具有GPRS移动通信装置的接口或3G移动通信系统的接口单 元。协调器与3G移动通信系统通过线路进行连接以及通信抗干扰装置一同安装于通信控 制箱中。由太阳能板对蓄电池组进行充电，常规按Im2可产生100W功率计算，常规段线路 线约需3-5KW的电力，需配置200Ah、36V、由蓄电池10只可满足常规要求，由太阳能进行 5% -10%的电流进行电源的浮充电。地面的低压电源只有通过电压互感器8的供电才能保证对电热丝及振动器的供 电电源，电压互感器在制造上需要在常规的电压基础上增容，因为常规互感器容量只有 100VA，本装置的设计为3KVA 10KVA。电压互感器8的功率为3-5KVA，初级绕组由蓄电池 组经逆变器后提供电源，次级分二个绕组线圈，一个绕组线圈供电热丝的电源，供电电压为 交流1000V-2000V，另一个绕组线圈供振动器的电源之用，供电电压为交流220V-380V。本例还在电压互感器8的高压侧和低压侧分别装有高压避雷器9-1和低压避雷器 9-2。供电系统除上述方案外，还可取自本段高压线路的电源，用电压互感器增容后供 H1^ ο所述检测控制系统具有本地的ZIGBEE无线自组网络，其中的ZIGBEE协调器(型 号美国意法半导体公司EMZ3118芯片)设于地面控制中心M内，而ZIGBEE根单元(型号 EMZ3018芯片)与各物理参量传感器制成一体。本地的ZIGBEE无线自组网络与远方控制中 心之间使用GPRS或3G进行通讯，通讯装置安装在通信控制箱13内。所述物理参量传感器
5包括温湿度传感器(温湿传感器由Sensirion公司的SHT11/71作采集元件)、拉力传感器 21和雪深探测器26。含有各物理参量传感器的ZIGBEE根单元平时以休眠方式工作，每间 隔10-20分钟进行一次时钟苏醒及校时动作。所述温湿度传感器分为导线温湿度传感器6-1、电热丝温湿度传感器6-2和环境 温湿度传感器6-3。导线温湿度传感器6-1安装于导线4正上方的固定扣3-2上，电热丝温 湿度传感器6-2紧贴安装于穿有电热丝1的瓷套管2下面，环境温湿度传感器6-3安装于 铁塔19上。所述拉力传感器21安装于铁塔19与绝缘瓷瓶25之间。所述雪深探测器沈 安装于铁塔19上，当积雪超过1-2米时发出报警信号，同时可随时遥测当地环境积雪的厚 度。本实用新型消除覆冰的原理其实是液态过冷却水滴释放热固化的物理过程，与热 量交换和传递密切相关，导线上的覆冰量、冰厚、冰的密度都取决于覆冰表面的热平衡状 态。覆冰表面的热平衡方程为Qf+Qv+Qa = Qc+Qe+Q^Qs式中Qf为冻结时释放的潜热；Qv为空气磨擦对冰面的水滴加热；Qa为将冰从 0°C冷却到覆冰表面稳态温度释放的热量；Qc为覆冰表面与空气的对流热损失；Qe为覆冰 表面蒸发或升华产生的热损失谇为碰撞导线的过冷却水滴温度升高到0°C时释放的热量； Qs为冰面辐射产生的热损失。式左边为覆冰表面吸收热量，右边为损失的热量。当左边小时，碰撞的过冷却水滴 全部冻结在覆冰表面，覆冰表面干燥，为干增长覆冰过程；当左边大时，导线捕获的水滴部 分冻结，其余部分则以液体水原样流失，覆冰则为湿增长过程。导线覆冰量计算式为
权利要求1.一种消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置，安装在处于带电运行之中的两个线 路铁塔(19)之间的架空导线的下面及周围，导线与铁塔之间连有绝缘瓷瓶(25)，其特 征在于所述装置包括加热系统、供电系统和检测控制系统，加热系统设置在距离导线(4) 底部有一定间距的正下方；供电系统的电源取自地面，经变压后供加热系统使用；检测控 制系统包括温湿度传感器(6)、摄像头(20)、地面控制中心04)和无线通信网络。
2.根据权利要求1所述的消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置，其特征在于所 述加热系统包括专用夹具C3)、电热丝(1)、遥控电热丝开关(12-1)和瓷套管( ，专用夹具 为截面呈倒三角形的空心支架(3-1)，空心支架的颜色涂为黑色，其上端有一可开合的环形 固定扣(3-2)，空心支架最底端固定瓷套管0)，套管内穿有电热丝(1)。
3.根据权利要求2所述的消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置，其特征在于所 述装置还设有振动系统，包括飞摆振动器(22)、振动器电源线(27)、拉力传感器和遥 控振动器开关(12-2)，其中飞摆振动器安装在绝缘瓷瓶05)与导线的连接处及导线 (4)中部，振动器电源线、2Τ)及其外面的瓷套管(2)布置在空心支架(3-1)内，振动系统由 供电系统供电。
4.根据权利要求1所述的消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置，其特征在于所 述供电系统包括顺序连接的太阳能板(30)、蓄电池组(1 、逆变器(14)、通信控制箱(13)、 电压互感器电源开关和电压互感器(8)，电压互感器的底部分别连接遥控电热丝开关 (12-1)和遥控振动器开关(12-2)。
5.根据权利要求1所述的消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置，其特征在于所 述检测控制系统具有ZIGBEE无线自组网络，其ZIGBEE协调器设于地面控制中心(24)内， 而ZIGBEE根单元与各物理参量传感器制成一体，本地的ZIGBEE无线自组网络与远方控制 中心之间使用GPRS或3G进行通讯；所述物理参量传感器包括温湿度传感器、拉力传感器 (21)和雪深探测器06)。
6.根据权利要求5所述的消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置，其特征在于所 述温湿度传感器分为导线温湿度传感器(6-1)、电热丝温湿度传感器(6- 和环境温湿度 传感器(6-3)，导线温湿度传感器(6-1)安装于导线(4)正上方的固定扣(3-2)上，电热 丝温湿度传感器(6- 紧贴安装于穿有电热丝(1)的瓷套管( 下面，环境温湿度传感器 (6-3)安装于铁塔(19)上；所述拉力传感器安装于铁塔(19)与绝缘瓷瓶05)之间； 所述雪深探测器06)安装于铁塔(19)上。
7.根据权利要求2所述的消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置，其特征在于所 述电热丝(1)按不同类型的导线进行布置，形成来回回路；所述振动器电源线(XT)在三角 的空心支架(3-1)内穿行布置。
8.根据权利要求4所述的消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置，其特征在于在 电压互感器(8)的高压侧和低压侧分别装有高压避雷器(9-1)和低压避雷器(9-2)。
专利摘要本实用新型涉及一种消减高压电力架空导线上挂积冰雪的装置和方法。本实用新型的目的是在不停电、野外、无人值守的情况下，在线监测，在线作业消冰。本实用新型的技术方案是本装置安装在处于带电运行之中的两个线路铁塔之间的架空导线的下面及周围，导线与铁塔之间连有绝缘瓷瓶，其特征在于所述装置包括加热系统、供电系统和检测控制系统，加热系统设置在距离导线底部有一定间距的正下方；供电系统的电源取自地面，经变压后供加热系统使用；检测控制系统包括温湿度传感器、摄像头、地面控制中心和无线通信网络。本实用新型适用于高压架空线路在冰雪恶劣天气状况下，输电线路的安全运行。
文档编号H02J7/35GK201927978SQ201020695720
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者张健 申请人:张兴莲