一种对覆冰线路通入直流电流的融冰方法及装置与流程

本发明涉及直流融冰领域，特别是涉及一种对覆冰线路通入直流电流的融冰方法及装置。

背景技术：

直流融冰主要是通过对输电线路施加直流电压并在输电线路末端进行短路，使导线发热对输电线路进行融冰，从而避免线路因结冰而倒杆断线。直流融冰技术的原理就是将覆冰线路作为负载，施加直流电源，用较低电压提供短路电流加热导线使覆冰熔化。但对于施加的电流功率，持续时间等直流电流的融冰操作参数规程的选择主要是依靠直流功率与目标线路的电阻率来大致换算一个直流电流的融冰技术规程，并通过相关直流电流的融冰经验进行操作。如对于常用的LGJ240导线，在环境温度为-5℃，覆冰厚度10mm时，电流选择600A以上，在2.5h左右，有融冰掉落。

值得注意的是，覆冰线路通入直流电流进行融冰时，输电线路上的温度并非是均匀的。导致温度不均匀的原因有：一、直流电流经过的输电线路的线径不均匀。输电线路上存在线路压接关节或防震金具等连接在输电线路上的器件，会使得输电线路的局部出现塑性变形，导致输电线路的线径不均匀，进而致使输电线路上的温度不均匀。二、直流电流经过的输电线路的电阻不均匀。钢芯铝绞线局部区域绞制松弛，铝股、钢股之间出现接触电阻，在通入恒定的电流时，导致直流融冰操作过程中绞制松弛的区域电阻较高，因此该绞制松弛的区域的温度也较高，使输电线路的温度不均匀。而且在恒定直流电流的作用下，上述输电线路的局部区域的温度远高于输电线路的平均温度（计算温度），那么在持续通入恒定直流电流后，该局部区域的输电线路表面的冰会受热蒸发直接升华成水蒸气，当遇到很低的外界温度时，水蒸气会在外层覆冰上再次凝华，周而复始，就会大大降低直流融冰效率，由此形成的大量覆冰严重影响输电线路及铁塔的安全；同时也会出现输电线路局部集中发热的问题，导致输电线路的性能下降。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种对覆冰线路通入直流电流的融冰方法及装置，以解决局部集中发热的问题，从而长时间保证线路性能的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种对覆冰线路通入直流电流的融冰方法，包括：

根据覆冰线路的规格确定通入的直流电流的电流范围，得到峰值电流；

向覆冰线路通入直流电流；

将所述直流电流的电流值从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流的电流值；

将所述峰值电流的电流值保持第二时间间隔后，将所述峰值电流的电流值在第三时间间隔内降低，得到低水平电流的电流值；

将所述低水平电流的电流值保持第四时间间隔；

判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示为所述覆冰线路未达到期望融冰程度，则返回所述将直流电流从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流的步骤。

可选的，所述第三时间间隔等于所述第一时间间隔。

可选的，所述第四时间间隔小于所述第二时间间隔。

可选的，所述判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，具体包括：

判断所述覆冰线路的形变量是否在预设范围内，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示为所述覆冰线路的形变量在预设范围内，则确定所述覆冰线路达到期望融冰程度。

可选的，所述判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，具体包括：

判断所述覆冰线路的直径是否在正常线路的直径范围内，得到第三判断结果；所述正常线路的直径范围为无覆冰的输电线路的直径范围；

所述第三判断结果表示为所述覆冰线路的直径在正常线路的直径范围内，则确定所述覆冰线路达到期望融冰程度。

一种对覆冰线路通入直流电流的融冰装置，包括：

峰值电流获取模块，用于根据覆冰线路的规格确定通入的直流电流的电流范围，得到峰值电流；

直流电流增加模块，用于将所述直流电流的电流值从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流的电流值；

低水平电流获取模块，用于将所述峰值电流的电流值保持第二时间间隔后，将所述峰值电流的电流值在第三时间间隔内降低，得到低水平电流的电流值；

低水平电流保持模块，用于将所述低水平电流的电流值保持第四时间间隔；

第一判断模块，用于判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，得到第一判断结果；

循环操作模块，用于若所述第一判断结果表示为所述覆冰线路未达到期望融冰程度，则返回将直流电流从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流，进行循环操作。

一种对覆冰线路通入直流电流的融冰装置，一种对覆冰线路通入直流电流的融冰装置，包括：覆冰线路、直流电流发生装置和短路接线，其特征在于：所述的直流电流发生器与脉冲电流发生控制器相连接；脉冲电流发生控制器的正负极与所述覆冰线路一端的两侧相连接，覆冰线路的另一端的两侧短路接线。

所述的直流电流发生装置包括直流电流发生器和控制器；所述的控制器安装在所述直流电流发生器内部。

所述控制器用于：

根据覆冰线路的规格确定通入的直流电流的电流范围，得到峰值电流；

向覆冰线路通入直流电流；

将所述直流电流的电流值从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流的电流值；

将所述峰值电流的电流值保持第二时间间隔后，将所述峰值电流的电流值在第三时间间隔内降低，得到低水平电流的电流值；

将所述低水平电流的电流值保持第四时间间隔；

判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示为所述覆冰线路未达到期望融冰程度，则返回将直流电从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流，进行循环操作。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明采用脉冲电流的方法进行覆冰线路热力融冰，该方案通过在输电线路上电流在一定周期内的增加或减少，保证了线路上维持均匀稳定的温度范围，一方面可防止持续通入恒定直流电而持续升温导致的覆冰先升华再凝华反复结冰现象，使得输电线路的覆冰逐渐融化成水滴落，提高融冰效率；另一方面通过对电流周期性增减的控制来满足线路温度的稳定，预防了采用恒定电流时线路上局部区域持续发热而导致温度过高，从而造成线路力学性能降低的问题。

附图说明

图1 为本发明实施例仿真技术试验中热电偶在钢芯铝绞线的细节图；

图2为本发明实施例融冰方法流程图；

图3为本发明实施例融冰装置结构图；

图4为本发明实施例实际融冰装置结构图；

图5为本发明实施例时间-电流强度曲线波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明的目的是提供一种对覆冰线路通入直流电流的融冰方法及系统，以提高对覆冰线路的融冰效率，并解决局部集中发热的问题，从而长时间保证线路性能的稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

由于在输变电线路的钢芯铝绞线中的钢芯为冷拔钢丝，铝股也为冷拔铝股，所述冷拔钢丝（钢丝）和冷拔铝股（铝股）均属于冷拔金属，冷拔金属的特点在于通过冷变形进而强化。钢丝及铝股中，由于冷变形，钢丝和铝股产生大量的位错，位错密度的上升，提高了钢丝以及铝股的屈服强度与抗拉强度，在这种条件下，绞制的钢芯铝绞线具有较高的使用载荷。但是，这种冷变形线材在经历了一定的温度后，就会发生恢复，即在一定温度与时间的作用下，位错恢复，密度降低，因此其力学性能也会发生明显的降低。在一些输电线路失效分析报告中，一些钢芯铝绞线在异常服役温度条件下，其中的钢丝，可由正常条件下的1500-1700MPa降低为1000-1200MPa，铝绞线可由170MPa降低为80MPa。在这样的条件下，整个钢芯铝绞线在持续的服役过程中，就开始从这些性能降低的薄弱环节开始出现破坏，最终导致断裂。在完成覆冰操作后，一些线路中出现了异常的断股，甚至断线的报告，在断线区域，钢丝与铝股的强度均有明显的下降。特别是钢丝，局部区域强度可由1600MPa降低为1200MPa。

在对覆冰线路进行直流融冰的模拟仿真技术试验中，通过将热电偶插入钢芯铝绞线的不同区域进行温度测量。

图1为本发明实施例仿真技术试验中热电偶在钢芯铝绞线的细节图，如图1所示，在热电偶的位置，主要在1铝绞线表面、2外层铝绞线与内层铝绞线线之间和3铝绞线与钢绞线之间进行测量。

通过在实验室步入式环境试验箱-5℃覆冰环境与通直流点进行加热的模拟测试中发现，在进行不同直流电输入时，在1，2，3这三个位置的温度具有明显差异。在实际融冰条件下，最有效的发热是在1位置，即直接与冰接触的铝绞线表面，而2，3点由于电流的作用也会发热，因此其产生的热量是在内部，需要向外界传送热量。但在直流电通入过程中，由于外层发热的导线与内层发热的导线之间的温差其实较小，不存在较大的温度梯度，因此内部热量的传导输出实际是很慢的，这就导致在长时间通过融冰的直流电时，内部的温度越来越高。并且由于在钢芯铝绞线上安装了夹具、紧固件等器件，在这些具有器件的区域，电阻率的异常变化，使得不同位置的温度差异更大。

由于直流电融冰最主要，最直观的需要是在线路表面实现温升来熔化表面覆冰，因此在很多情况下，输入的直流电流功率，持续的时间，使表面温升达到50-70℃温度，开始逐渐导致覆冰层的熔化时，内部温度往往比表面还要高30-40℃，在一些钢芯铝绞线材质极端不均匀的区域，温度可能会接近150℃以上，如果在一些局部有利于产生接触电阻的线路缺陷位置，温度甚至更高。由于融冰过程需要足够的持续加热的时间，因此在这种条件下，相当于导线局部区域长时间被加热，导致线路上铝股、钢股性能大幅度降低，这种情况存在极大的威胁线路服役安全的隐患，容易造成严重的线路倒塌事故。

综上所述，直流融冰方案虽然能解决线路覆冰问题，但也会带来线路可靠性降低的问题。本发明主要是对现有直流融冰方案进行合理优化，提出一种脉冲式直流融冰方案，通过脉冲方式，周期性通入直流电流，来解决局部集中发热，导致线路性能质量下降的问题。

图2为本发明实施例融冰方法流程图，如图2所示，一种对覆冰线路通入直流电流的融冰方法，包括：

步骤401：根据覆冰线路的规格确定通入的直流电流的电流范围，得到峰值电流；例如对于常用的LGJ240导线，在环境温度为-5℃，覆冰线路上的覆冰厚度为10mm时，通入的直流电流选择在400A-800A范围之间，2.5小时左右，输电线路的覆冰就能够逐渐融化成水滴落；

步骤402：向覆冰线路通入直流电流；

步骤403：将所述直流电流的电流值从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流的电流值；

步骤404：将所述峰值电流的电流值保持第二时间间隔后，将所述峰值电流的电流值在第三时间间隔内降低，得到低水平电流的电流值；

步骤405：将所述低水平电流的电流值保持第四时间间隔；通过上述步骤中的反复调节直流电流的电流值大小，使通过的输电线路的电流逐渐增加或逐渐减小，进而使输电线路上产生的热量逐渐增加或逐渐减少；

步骤406：判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，若是，执行步骤407，若否，返回步骤403；

步骤407：关闭直流电流发生器，不再继续通入直流电流。

采用上述融冰方法，可以有效解决覆冰线路局部发热的问题，并能够避免覆冰线路上的冰反复凝华的现象，从而大大提高了融冰效率，在一定程度上，能够防止线路的性能下降，从而保证线路的长期使用。

可选的，所述第三时间间隔等于所述第一时间间隔；本发明选用峰值电流和低水平电流的原因在于，在融冰过程中，如果一直采用高水平电流，则发热温度高，融冰快，但会带来一些局部不均匀区域温度过高导致线路力学性能降低，同时温度高造成升华后再又凝华反而不利于融冰。而低电流发热量低，虽然对于线路安全有保证，但效率缓慢。因此，本发明采用先利用峰值电流进行产热，再降低为低水平电流进行保温，再达到峰值电流产热的这一周期性模式，局部温度得到控制，融冰效率也比较高。

时间间隔可以根据设备或现场施工的条件进行调整，时间间隔可以不一样，但过快的增加电流可能导致峰值电流对设备线路的冲击；如果时间不一样也不会带来特别的影响或效果；优选的，当第三时间间隔要和第一时间间隔相等时，融冰效果最好，也方便操作设定直流电流发生器时容易记忆。

可选的，所述第四时间间隔小于所述第二时间间隔；根据大量试验所得到的一个大致值，当第四时间间隔小于第二时间间隔时，容易满足融冰效率以及控制局部温度。峰值电流在一定时间内产生了热量，这个热量有个向外传导过程，在此时如果继续通过峰值电流，则产生的热量原高于传导出去的热量（特别是一些紧固件或覆冰密度高的区域，形成一个绝热壳，温升较快），那么局部温度就会快速上升，导致线路性能降低。本发明在峰值电流之间设定了一个低电流缓冲值，在这个阶段的电流不会产生极大的热量，但又不会让线路在自然条件下快速冷却下去，同时保证峰值电流产生热量向外传导。

以LGJ240钢芯铝绞线为例：

针对LGJ240型钢芯铝绞线线路在冰点以下覆冰，进行融冰操作时，选用通入直流电电流范围为400-800A，在通入过程中采用脉冲式接入，直流电从0A开始，经过1-300秒的时间增加到峰值电流（峰值电流是指进行融冰操作时的最大电流，一般为400-800A），然后在峰值电流期间保持1-600秒，然后在1-300秒的时间内将电流降低到400A以下，保持1-300秒。然后再次在1-300秒时间增加电流到峰值电流，保持1-600秒。由此进行反复循环，直至覆冰线路达到期望融冰程度。

研究证明，采用脉冲直流融冰技术方案后，LGJ240钢芯铝绞线任何部位温升均不超过70℃，该方法完全避免融冰后的水汽在线路上的重新凝结，线路表面的融冰层得到很好的解决，即解决了融冰问题，又解决了线路服役的安全，可靠性问题。

在冻雨，温度-8~ -2 ℃的条件下，某条LGJ240试验线路，覆冰层厚度8mm，采用本发明的融冰方法，确定峰值电流600A，通入直流电在60秒时间从0A到600A，保持1200秒，然后在60s内从600A降到400A以下，保持1200秒，再次在60秒内升到600A。由此进行循环，2小时左右，并配合对线路的轻微震动即可脱冰。此时，线路各处温度均匀，各点检测温度为超过90℃，从而避免了覆冰线路局部发热的问题。

可选的，所述判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，具体包括：

判断所述覆冰线路的形变量是否在预设范围内，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示为所述覆冰线路的形变量在预设范围内，则确定所述覆冰线路达到期望融冰程度。

在判断所述覆冰线路的形变量时，首先确定覆冰线路在未覆冰之前线路的形变量，在对覆冰线路进行融冰过程中，在覆冰线路上安装测量形变量的测量仪，从而能够实时观测到覆冰线路形变量的变化，当达到期望融冰程度时，所述形变量测量仪所测量出的形变量在未覆冰之前的线路的形变量允许波动的范围内。

可选的，所述判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，具体包括：

判断所述覆冰线路的直径是否在正常线路的直径范围内，得到第三判断结果；所述正常线路的直径范围为无覆冰的输电线路的直径范围；

所述第三判断结果表示为所述覆冰线路的直径在正常线路的直径范围内，则确定所述覆冰线路达到期望融冰程度。

在判断所述覆冰线路的直径时，首先确定覆冰线路在未覆冰之前线路的直径，在对覆冰线路进行融冰过程中，在覆冰线路上安装测量直径距离的测量仪，从而能够实时观测到覆冰线路直径距离的变化，当达到期望融冰程度时，所述直径距离测量仪所测量出的直径距离在未覆冰之前的线路的直径距离允许波动的范围内。

在实际融冰过程中，也可以通过人眼或摄像机进行观察，发现线路上覆冰开始掉落，覆冰线路开始发生会抖动，由于覆冰线路抖动从而进一步的促进线路继续掉冰，进而达到期望的融冰结果。

图3为本发明实施例融冰装置结构图，如图3所示，一种对覆冰线路通入直流电流的融冰装置，包括：

峰值电流获取模块501，用于根据覆冰线路的规格确定通入的直流电流的电流范围，得到峰值电流；

直流电流增加模块502，用于将所述直流电流的电流值从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流的电流值；

低水平电流获取模块503，用于将所述峰值电流的电流值保持第二时间间隔后，将所述峰值电流的电流值在第三时间间隔内降低，得到低水平电流的电流值；

低水平电流保持模块504，用于将所述低水平电流的电流值保持第四时间间隔；

第一判断模块505，用于判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，得到第一判断结果；

循环操作模块506，用于若所述第一判断结果表示为所述覆冰线路未达到期望融冰程度，则返回将直流电流从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流，进行循环操作。

采用本发明的融冰装置，能够自动调节通入的直流电流，从而形成脉冲电流，使得直流电流逐渐增加或逐渐减小，从而达到融冰的效果，并且脉冲电流不会出现持续发热的现象，避免了覆冰线路局部发热的问题，以及由局部发热引起的升华后的水蒸气与覆冰线路周围环境碰触反复凝华成冰再次附着在覆冰线路上的问题。

在现有技术中，直流电流发生装置只能根据实际需求，在现场进行人工调节，由于实际环境存在诸多安全隐患，从而在某些时刻不适宜人工进行现场调节。因此，本发明公开一种直流电流发生装置，包括：直流电流发生器、控制器；

所述控制器安装在所述直流电流发生器内部；

所述控制器用于：根据覆冰线路的规格确定通入的直流电流的电流范围，得到峰值电流；向覆冰线路通入直流电流；将所述直流电流的电流值从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流的电流值；将所述峰值电流的电流值保持第二时间间隔后，将所述峰值电流的电流值在第三时间间隔内降低，得到低水平电流的电流值；将所述低水平电流的电流值保持第四时间间隔；判断所述覆冰线路是否达到期望融冰程度，若是，则不再对覆冰线路通入脉冲电流，若否，返回将直流电从零经过第一时间间隔后增加到所述峰值电流，进行循环操作。

在实际应用中，所述直流电流发生器外部还可安装调整旋钮；通过调整旋钮对所述直流电流发生器所产生的直流电流以人工方式进行调节，形成脉冲电流，从而实现直流电流发生器既可以自动调节又可以手动调节形成脉冲电流，进而能够选用不同的操作方式更方便对直流电流发生器进行控制。

图4为本发明实施例实际融冰装置结构图，具体连接方式如图4所示，直流电流发生器与脉冲电流发生控制器相连接；脉冲电流发生控制器的正负极与所述覆冰线路一端的两侧相连接，覆冰线路的另一端的两侧短路接线，本申请采用大电流通过覆冰线路，从而使得覆冰线路发热进而促进线路上冰的融化。换言之，直流电流发生器就像一个电源，通过导线把需要融冰部分的线路形成一个电流回路，通电后，电流作用在导线上，根据电流与热量的关系会产热，从而实现融冰。在实际操作过程中，在“直流电流发生器”和输电线路之间加了也可以添加一个脉冲电流发生控制器，该控制器对“直流电流发生器”中输出的电流进行控制，使得输出到线路上的融冰电流能够形成满足本发明中的脉冲特点。

图5为本发明实施例时间-电流强度曲线波形图，如图5所示，电流强度随时间增加，输电线路的电流逐渐增加或逐渐减小，进而使输电线路上产生的热量逐渐增加或逐渐减少，使得输电线路的覆冰逐渐融化成水滴落，避免了直接通入恒定直流电导致的覆冰先升华再凝华反复结冰的现象，解决了现有技术中通入恒定直流电融冰出现的问题，提高了融冰效率。同时由于输电线路上的温度是随电流的大小而改变的，也就避免了覆冰线路局部集中发热的问题，保证了线路性能的稳定性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。