高压输电线路除冰机器人的机构设计
第30卷 第6期2008年12月三峡大学学报(自然科学版)
J of China Three G orges Univ.(Natural Sciences )Vol 130No.6Dec 12008
收稿日期:2008208223通讯作者:张 屹(1976-),男,副教授,博士后,主要研究方向为机电系统现代设计方法.
高压输电线路除冰机器人的机构设计
张 屹 邵 威 高虹亮 罗 成 杨 旸
(三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌 443002)
摘要:在分析高压输电线路巡检工作的特点和国内外高压输电线路巡线机器人的发展现状和发展趋势的基础上,结合高压输电线路上覆冰的去除方法,主要介绍了设计的一种新型的高压输电线
路除冰机器人.该机器人结构简单,可以在输电线上稳定地行走,能够较好地解决自主越障的问题,完成输电线上的除冰任务,具有广泛的应用前景.关键词:除冰机器人; 输电线路; 越障; 除冰中图分类号:T H112 文献标识码:A 文章编号:16722948X (2008)0620069204
Mechanical Design of a Robot for Deicing T ransmission Lines
Zhang Y i Shao Wei Gao Hongliang L uo Cheng Yang Yang
(College of Mechanical &Material Engineering ,China Three G orges U niv.,Y ichang 443002,China )Abstract A new robot for t ransmission lines deicing is designed ,based on analyzing t he characters of trans 2mission lines inspection and t he advance of t he robot for inspection of t ransmission lines at home and abroad ;and deicing combining t he met hods of t ransmission lines.The frame of t his robot is very simple.It can walk on t he t ransmission lines ,and solve t he p roblem of spanning t he barrier it self better ,and complete t he deicing task basically.The robot has a broad p rospect of application.
K eyw ords deicing robot ; t ransmission lines ; spanning t he barriers ; deicing
随着我国经济的高速发展,超高压大容量输电线路越建越多,线路走廊穿越的地理环境更加复杂,如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭,给线路维护带来很多困难.而且在严冬及初春季节,我国云贵高原、川陕一带及两湖地区常出现雾凇和雨凇现象,造成架空输电线路覆冰,使线路舞动、闪络、烧伤,甚至断线倒杆,使电网结构遭到破坏,安全运行受到严重威胁.在紧急情况下,寻道员用带电操作杆或其它类似的绝缘棒只能为很少的一部分覆冰线路除冰,人工除冰有很高的危险性
[1]
.
在国外,一些国家的地理与气候情况与我国相似,甚至一些国家的情况更加恶劣,为了保证电力系统的可靠性,提高高压输电线除冰的效率,减少损失,维护工人的安全,开发一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设备一直是国内外相关研究的
热点.因此,研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义.文章提出的除冰机器人即为一种既安全又有效的除冰装置.
1 高压输电线路除冰机器人的机构介绍
机器人是一个复杂的机电一体化系统,涉及到机械结构、自动控制、通信、传感器信息融合、电源技术等多个领域.但机械结构是整个系统的基础,也是目
前制约机器人实用化的最大障碍.针对这种情况设计了一种新型的实用的高压输电线路除冰机器人,它具有以下一些功能:(1)能在输电线上以预想的速度进行平稳爬行;(2)具有一定的爬坡能力;(3)能够跨越输电线上的防震锤,线夹,绝缘子等障碍物;(4)能够除去输电线上的冰雪.
机器人的参数如下:机器人的体积为600mm ×
328mm ×526mm (长×宽×高);重量约为15kg ;平稳爬行的速度约为375m/h.机器人的机械结构主要包括平稳爬行机构、越障机构和除冰机构,其总体图如图1所示
.
图1 机器人的总体图
1.1 平稳爬行机构的设计
为了使机器人的前行速度达到最快,且前行平
稳,此机器人采用行走轮式机构,如图1中的平稳爬行机构.1.2 越障机构的设计
机器人的越障机构主要由行走箱机构、升降箱机构、夹紧机构和旋转机构组成.
(1)行走箱机构.机器人行走箱机构行走方式的构思来自蠕虫的行走方式.其主要由左、右行走箱机构以及行走螺杆和螺母组成,如图2所示
.
图2 行走箱机构
(2)升降箱机构
[2]
.机器人的升降方式也采用螺
杆驱动机构升降的方式.升降箱机构的主要组成为上
箱机构和下箱机构以及升降螺杆和螺母组成,如图3所示
.
(3)夹紧机构[3].夹紧机构的夹紧夹图如图4所
示,1为滑槽,升降机构上箱上的伸出轴便在其中滑动,2为轴孔,升降箱下箱机构的伸出轴便从中穿入,而轴便带动夹紧夹在升降箱上箱机构的槽中上下滑动,从而带动夹紧夹顺、逆时针旋转,3为半圆形槽,当夹紧夹到达死点位置时,便夹紧导线.夹紧夹的作用是夹紧导线,其运动方式的简图如图6和图7所示.夹紧夹的松开状态如图5所示,夹紧夹的夹紧状态如图6所示.夹紧夹将导线夹紧,便可保证机器人在越障时不会发生径向和轴向侧翻
.
(4)旋转机构.旋转机构采用的是一对齿轮的传
动,齿轮安装在行走箱机构的行走箱内,如图7所示.1为大齿轮,以键连接的方式与2相连,2为箱座与升
降机构的连接,它的作用是将升降机构和箱座连接,3为小齿轮,它靠驱动电机4驱动,4为小齿轮的驱动电机,5为螺母,6为插销,5和6的作用是托住行走箱.当小齿轮旋转时,带动大齿轮的旋转,而大齿轮则通过2带动升降箱机构与除冰机构的旋转.1.3 除冰机构的设计
目前国内外已经研究出许多种除冰的方法[4],但是有许多在目前都只是提出,并没有实现.所设计的高压输电线路除冰机器人是在对巡线机器人作设计的基础上添加除冰装置,既可以巡线也可以除冰,结构比较简单,而且效率比较高.所设计的除冰机构分为两个部分,即铣刀部分与楔形块部分.先利用铣刀1从覆冰的中间铣出一条裂缝,覆冰的其它部分便会
裂开,其后的楔形块4再对覆冰进行挤压,覆冰便会
07三峡大学学报(自然科学版) 2008年12月
被挤压掉,导线的除冰便完成.如图8所示
.1.铣刀;2.联轴器;3.电机;4.楔形块;5.螺纹孔
图8 除冰机构
机器人跨越悬垂绝缘子等障碍物时一只手臂悬空,另一只手臂越过绝缘子,而此时障碍物另一侧导线上的覆冰未清除,轮子和铣刀处于一个平面上面,这样就会造成轮子无法在电线上落脚的情况.基于这种情况的考虑,提出了第2套除冰方案.具体示意图如图9所示,采用2个铣刀,其中铣刀中心线和导线中心线垂直,在无障碍物时和上面的除冰装置类似,铣刀电机驱动铣刀旋转除导线两侧面的覆冰,后面的楔形块在机器向前行走的推力作用下可以破碎铣刀未清除的覆冰.当遇到悬垂线夹这样的障碍物时,首先还是行走电机停机,然后启动驱动螺杆运动的电机,使电极正转,在螺杆转动下带动与螺母相连的楔形块以及前面的铣刀一起向前推进,直到将通过悬垂线夹并且将线夹前面的覆冰除掉,直到当一只手臂越障后轮子可以落到导线上面为止.当除完该段覆冰后,螺杆电机反转将刚前进的装置收回,然后再进行如上述的越障动作
.
图9 第2套方案除冰机构
2 高压输电线路除冰机器人的运动过
程
此机器人采用双臂结构,这样可以满足其在行走
时的稳定性,并且在双臂的配合下可以完成相应的姿态调整以完成各种障碍的跨越和除冰[5].机器人的整体机构的三维图如图10所示,由于此机器人的驱动靠的是电机的驱动,因此叙述其运动过程将以电机为
线路对整体机构的运动过程作阐述
.
图10 整体图
为了使运动过程分析起来简单,下面将采用机器
人的结构简图作分析,机器人的结构简图如图11所示.由于两边机构基本对称,故下面简图只对一边作了运动方式的标注
.
1.行走箱螺杆驱动电机;
2.行走箱螺杆;3、14.旋转机构;4、11.升降箱机构;5、12.夹紧夹;6、11.除冰机构;7、10.螺
杆;8、9.行走轮.
图11 整体图的简化图
而若要完成基本的行走运动、相应的障碍跨越和除冰,那么机器人将要有以下基本的运动形式来互相配合完成基本的行走运动、相应的障碍跨越和除冰.(1)行走运动.双臂依靠8和9前后行走轮,可以在输电上行走,来完成除冰的任务.(2)旋转运动.升降箱机构和除冰机构的整体旋转可以依靠3和14各自的齿轮组旋转来完成.在此机器人中,只需要旋转180°即可.(3)升降运动.机器人的升降可以依靠4和13中各自的螺杆和螺母的相对运动来完成.(4)夹紧运动.夹紧运动不需要电机的驱动来完成,上面已介绍过当4和13升降机构进行升降运动时会带动夹紧夹夹紧或松开输电线.(5)移行运动.当除冰机构采用的是图9的除冰机构时,铣刀的伸出与缩回运动需要依靠7和10的螺杆与螺母的相对运动来完成.
由于在输电线上存在多种障碍物,故只对其中一种典型的障碍物防震锤作跨越演示,具体步骤如下.
第1步:当前臂接近防震锤时,电机1,2停止,行走轮8和9停止前进,电机5和6打开,前后臂的升
1
7第30卷 第6期 张 屹等 高压输电线路除冰机器人的机构设计
降螺杆顺时针旋转,带动升降箱下箱和行走箱一起上
升,夹紧夹5顺时针旋转和夹紧夹12逆时针旋转,当俩夹紧夹夹紧输电线时,电机5和6关闭.采用第2套除冰机构,打开除冰机构的驱动电机,通过冰刀在伸出和缩回的过程中,将防震锤后方输电线上的一段冰除去,以便前臂的行走轮8安放.如图12所示.
第2步:前臂的电机5打开,前臂的升降螺杆顺时针旋转,由于后臂的夹紧夹12已将输电线夹紧,前臂中固定在上箱中的螺母向上运动,螺母带动上箱和除冰机构、行走轮向上运动,此时夹紧夹5顺时针旋转,当夹紧夹夹紧输电线时,此时将电机5关闭.打开前臂旋转机构的小齿轮驱动电机7,小齿轮带动大齿轮旋转,当大齿轮逆时针旋转180°后,关闭电机7.打开行走箱行走螺杆的驱动电机9,由于后臂的夹紧夹12将输电线夹紧,故前臂便在行走螺杆和螺母的相对移动下前进,当移动到防震锤后方的不远处,关闭电机9.如图13所示
.
第3步:打开前臂旋转机构小齿轮驱动电机7,小齿轮带动大齿轮旋转,当大齿轮顺时针旋转180°
后,关闭电机7.前臂的电机5打开,前臂的升降螺杆逆时针旋转,升降箱和除冰机构下降,当夹紧夹5将输电线夹紧时,关闭电机5,此时前臂便跃过防震锤.如图14所示
.
图14 前臂完全落在防震锤另一侧输电线上
第4步:后臂如同前臂过防震锤一样跨越,机器人便恢复到跨越防震锤前的情况.如图15所示
.
图15 双臂都越过防震锤
3 结 论
以上所述为高压输电线路除冰机器人机械部分
的设计,该机器人为在高压线上自动智能化的作业提供了一个良好的平台,同时该机器人在未结冰季节可以将前面的除冰装置卸掉而换为巡线装置,这样就变成了巡线机器人,达到一机多用的目的.该机器人采用两手臂轮式行走结构,使结构上更为简便,控制上更容易实现,巧妙的线夹装置和仿尺蠖越障行走的方式使得该机器人的的可靠性更高.通过仿真实验表明,该机器人可以在线路上稳定的除冰,同时完全解决了直线段的自主越障问题,变路径自主越障还需要人工辅助,基本上能够较好地完成规定的除冰任务.参考文献:
[1] 张运楚,梁自泽,谭 民.架空电力线路巡线机器人的研
究综述[J ].机器人,2004,26(5):4672473.
[2] 吴俊飞,王新智,姜生元,等.高压线检测机器人吊臂式
越障机构的研制[J ].机器人技术,2006(11):35236.
[3] 朱兴龙,王洪光,房立金,等.一种自主越障巡检机器人
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[4] 苑吉河,蒋兴良,易 辉,等.输电线路导线覆冰的国内
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[5] 耿 欣,周延泽.巡线机器人的爬行方案设计[J ].机器
人技术与应用,2002(4):19221.
[责任编辑 张 莉]
27三峡大学学报(自然科学版) 2008年12月
浅谈输电线路冰害事故及原因
浅谈输电线路冰害事故及原因 【摘要】近年来，由于输电线路上覆冰引起的线路断线频繁发生，对电力系统的安全运行以及经济损失造成了巨大的影响。本文主要从输电线路发生覆冰的原因以及影响覆冰的不同因素等角度出发，提出了些许防止冰害事故的技术措施。 【关键词】输电线路；事故；覆冰；防治 1.引言 据统计，2003年电网有500kV的输电线路是因覆冰导致的线路跳闸有12次，因覆冰产生的事故有7次，其主要发生在我国的西北、华东、东北地区。2005年全网220kV及以上的输电线路因覆冰舞动而引起的跳闸有98起。覆冰事故引起的输电线路故障已经严重影响到了电力系统的安全运行，电网供电的可靠性也被冰害事故严重威胁着 2.冰害事故的主要类型以及原因分析 2008年我省由于受到雨雪冰冻灾害使得110kV输电线路有83处倒杆，18处倒塔。60处杆塔偏斜受到损坏，49处杆塔横担的部件弯曲折断，421处地、导线发生断线；35kV电路中受损的线路长度约为273千米；10kV线路中16935处杆塔受损，受损的线路长度约3615千米，0.4kV受损的台区约2551个，损坏的配变台区约680台，8992处电杆基受损，线路受损的总长度约2300千米。 2.1冰害事故的成因分析 通过长期对覆冰的分析和观测，我国输电线路的覆冰事故发生原因可以归纳成以下几点： ①对输电线路的覆冰规律在认识方面不足，设计线路时，线路选择的路径不合理，缺乏抗冰害经验，使得冰害的事故时常发生； ②有些设计的输电线路抗冰厚度比实际的覆冰值要低，当遭遇严重的覆冰时，就会发生覆冰事故； ③某些输电线路在重冰区，虽然具有一定抗冰的能力，但因为气候十分恶劣，某些环节依然较薄弱，当遇到恶劣的气候条件，输电线路的电气和机械性能降低，导致覆冰事故。 2.2冰害事故的类型 输电线路形成覆冰通常是在初春或严冬的季节，当气温下降到-5摄氏度到0摄氏度，且风速在3到15米每秒时，若遇到了雨夹雪或大雾，首先在输电线的路上将会形成雨淞，这个时候若是天气突然变冷，出现了雨雪天气时，雪和冻雨就在粘结强度比较高的雨淞上面开始迅速地增长，最后形成了较为厚的冰层。2008年我省的轻冰区主要多为110kV的线路，据统计，该区110kV输电线按照5毫米冰区所设计的，但实际的覆冰厚度约达60毫米左右，局部地区覆冰80毫米以上。巡视110kV线路的跳闸故障时，测得地、导线覆冰的直径约200毫米左右，通过观察拉线覆冰的情况，覆冰的结构以雾凇夹雪为主，相对的密度是0.4到0.6覆冰的厚度折算为40到60毫米。之后通过对其的运行与观察，发现该区110kV每年都会发生覆冰，其厚度为50毫米左右。但是该区最大的设计覆冰厚度约20毫米，因此输电线路覆冰所导致的事故主要有以下几种： 2.2.1覆冰导线舞动事故 导致输电线路跳闸以及停电，甚至发生断线倒塔等严重的事故。舞动时有可能会导致相间闪络，对导线、地线以及金具等一些部件造成损坏。 2.2.2绝缘子冰闪事故 当冰中所参杂的污秽等一些导电的杂质更容易导致冰闪事故的发生，而且覆冰还会改变绝缘子电场的分布，就是能够将覆冰可看作为是一种比较特殊的参杂物。
高压线机械除冰车的设计 毕业设计(论文)
毕业设计（论文）题目：高压线机械除冰车的设计 姓名： 专业：机械设计与制造 学院： 学习形式： 助学单位： 指导教师： 年月
毕业设计（论文）说明书 题目高压线机械除冰车的设计 院别： 专业：机械设计与制造 班级： 设计人： 指导教师：
毕业设计（论文）任务书 一、题目：高压线机械除冰车的设计 二、基础数据 除冰车必须能够除去线径mm 20左右的高压线上包裹的直径为 mm 60以上的冰柱，并保证其悬挂在高压线上除冰时的速度达到700米/小时，且除冰刀能够达到min /300r 以上的转速。 为了实现除冰车的慢速运行，本设计选用表3-2中的02pattman 电动机通过链传动带动后轮行走。电动机上的链轮齿数117Z =，后轮轴上的链轮齿数217Z =，链传动的传动效率一般取98.0~95.0=η（本设计取95.0=η）,选用pattman01电动机通过链传动带动除冰刀高速旋转。电动机上的链轮齿数130Z =，后轮轴上的链轮齿数217Z =链传动的传动效率取95.0=η 型号 工作电压()V 工作功率()W 工作转速()m in r 01Pattman 24 4.38 300 02Pattman 24 4.38 100
三、内容要求： 1. 说明部分： 基于已有方案的弊端，本论文提出了并实际加工一种新的适用于高压线除冰设备——悬挂式机械除冰车。该除冰车最大优势是属于高空破障作业工具，能够克服河流、沟壑等交通工具难以逾越的障碍，采用挤压、震动、切削的三重除冰效果，真正起到预防灾害的目的。该除冰车的制造成本低、体积小、可靠性高，具有很广阔的市场前景。 论文主要包括以下几个方面的内容： （1）除冰车整体方案的设计及所需解决的技术问题； （2）除冰车机械部分的设计计算，包括前、后轮轴、除冰刀与除冰刀轴的计算，锁紧机构、调节机构的设计； （3）控制部分的设计； （4）典型零件的加工工艺； （5）除冰车的创新点、实物及试验照片展示。 2. 计算部分： 后轮轴的转速： 1 21 2 17 100100min 17 Z n n r Z =?=?= 3 23 3 min 2 36.4810 1128 100 P d A mm n - ? ==≈ ) (d h1.0 ~ 07 .0 = 3423 280.289.6 d h d mm -- =?+=?+=
高压输电线路除冰机器人的机构设计
第30卷 第6期2008年12月三峡大学学报(自然科学版) J of China Three G orges Univ.(Natural Sciences )Vol 130No.6Dec 12008 收稿日期:2008208223通讯作者:张 屹(1976-),男,副教授,博士后,主要研究方向为机电系统现代设计方法. 高压输电线路除冰机器人的机构设计 张 屹 邵 威 高虹亮 罗 成 杨 旸 (三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌 443002) 摘要:在分析高压输电线路巡检工作的特点和国内外高压输电线路巡线机器人的发展现状和发展趋势的基础上,结合高压输电线路上覆冰的去除方法,主要介绍了设计的一种新型的高压输电线 路除冰机器人.该机器人结构简单,可以在输电线上稳定地行走,能够较好地解决自主越障的问题,完成输电线上的除冰任务,具有广泛的应用前景.关键词:除冰机器人; 输电线路; 越障; 除冰中图分类号:T H112 文献标识码:A 文章编号:16722948X (2008)0620069204 Mechanical Design of a Robot for Deicing T ransmission Lines Zhang Y i Shao Wei Gao Hongliang L uo Cheng Yang Yang (College of Mechanical &Material Engineering ,China Three G orges U niv.,Y ichang 443002,China )Abstract A new robot for t ransmission lines deicing is designed ,based on analyzing t he characters of trans 2mission lines inspection and t he advance of t he robot for inspection of t ransmission lines at home and abroad ;and deicing combining t he met hods of t ransmission lines.The frame of t his robot is very simple.It can walk on t he t ransmission lines ,and solve t he p roblem of spanning t he barrier it self better ,and complete t he deicing task basically.The robot has a broad p rospect of application. K eyw ords deicing robot ; t ransmission lines ; spanning t he barriers ; deicing 随着我国经济的高速发展,超高压大容量输电线路越建越多,线路走廊穿越的地理环境更加复杂,如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭,给线路维护带来很多困难.而且在严冬及初春季节,我国云贵高原、川陕一带及两湖地区常出现雾凇和雨凇现象,造成架空输电线路覆冰,使线路舞动、闪络、烧伤,甚至断线倒杆,使电网结构遭到破坏,安全运行受到严重威胁.在紧急情况下,寻道员用带电操作杆或其它类似的绝缘棒只能为很少的一部分覆冰线路除冰,人工除冰有很高的危险性 [1] . 在国外,一些国家的地理与气候情况与我国相似,甚至一些国家的情况更加恶劣,为了保证电力系统的可靠性,提高高压输电线除冰的效率,减少损失,维护工人的安全,开发一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设备一直是国内外相关研究的 热点.因此,研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义.文章提出的除冰机器人即为一种既安全又有效的除冰装置. 1 高压输电线路除冰机器人的机构介绍 机器人是一个复杂的机电一体化系统,涉及到机械结构、自动控制、通信、传感器信息融合、电源技术等多个领域.但机械结构是整个系统的基础,也是目 前制约机器人实用化的最大障碍.针对这种情况设计了一种新型的实用的高压输电线路除冰机器人,它具有以下一些功能:(1)能在输电线上以预想的速度进行平稳爬行;(2)具有一定的爬坡能力;(3)能够跨越输电线上的防震锤,线夹,绝缘子等障碍物;(4)能够除去输电线上的冰雪.
高压输电线路除冰技术
高压输电线路除冰技术 摘要：近些年来我国高压输电线路受冰灾的次数高达数千次，由于高压输电线路物布置地理位置，很容易受天气气候的影响，尤其是在大风天气下，高压输电线路由于覆冰的影响会引发电线的舞动，从而造成断线，杆塔倒塌等恶劣事故的发生，所以高压输电线路除冰成为了每个电力工作人员工作的一大重点。 关键词：高压输电线路除冰技术要点 0 前言 高压输电线路的防除覆冰成为电力工作者工作的一个重点，应该加强对高压输电线路覆冰的研究工作。电力工作者应该提高对高压输电线路除冰工作的重视，深刻理解高压输电线路覆冰的危害，掌握高压输电线路除冰的基本技术，做好高压输电线路的除冰工作，在实践的基础上总结高压输电线路除冰经验，对高压输电线路除冰技术进行合理的展望，完成对高压输电线路的保护，用技术的手段确保高压输电线路的问题，进而提升供电的稳定。电力从产生到应用一般要经历高压输电线路的输送，随着经济和社会的发展，各界对电力需求越来越高，电力生产能力也相应提高，高压输电线路的长度正在逐步增加，以完成电力和各界的需求。高压输电线路布设于田野、山脉和水系，容易受到天气因素的影响，据不完全统计，进50 年我国高压输电线路遭受冰灾的次数高达1000 次，高压输电线路覆冰会引发电线的舞动，在风力较大的情况下会导致断线和杆塔倒塌，成为影响我国北方高压输电网络安全的重要因素。 1.高压输电线路机械除冰法 使用机械外力迫使高压输电线路导线上的覆冰脱落，分为的方法。“ad hoc”法、滑轮铲刮法、电磁力除冰法和机器人除冰法。 1.1“ad hoc”法 “ad hoc”法，被告称之为外力敲打法，就是由工作人员在现场利用工具敲击输电线路，以此来达到除冰的目地，这个方法简便易行，但只能用于以10KV为主的近距离线路除冰，效率低，工作量大，只能在紧急情况下使用，应用范围极小。 1.2滑轮铲刮法 它是由在地面上的工作人员通过控制输电线路上的滑轮移动，利用力的作用，使导线弯曲，然后使覆冰破裂，这个方法效率高、操作简便、能耗小，并且价格低廉，是目前输电线路穝有效的除冰方法之一，但是此种方法受地形限制，安全性能还不太完善。 1.3电磁力除冰法
输电线路防冰除冰技术
输电线路防冰除冰技术综述 一、除冰技术 目前国内外除冰方法有30余种，大致可分为热力除冰法、机械除冰法、被动除冰法和其他除冰法四类。 热力除冰方法利用附加热源或导线自身发热，使冰雪在导线上无法积覆，或是使已经积覆的冰雪熔化。目前应用较多的是低居里铁磁材料，这种材料在温度
使导线上的覆冰融化。 根据短路电流大小来选取合适的短路电压是短路融冰的重要环节。对融冰线路施加融冰电流有两种方法：即发电机零起升压和全电压冲击合闸。零起升压对系统影响不是很大，但冲击合闸在系统电压较低、无功备用不足时有可能造成系统稳定破坏事故。短路融冰时需将包括融冰线路在内的所有融冰回路中架空输电线停下来，对于大截面、双分裂导线因无法选取融冰电源而难以做到，对500 kV线路而言则几乎不可能。 （2）工程应用中针对输电线路最方便、有效、适用的除冰方法有增大线路传输负荷电流。相同气候条件下，重负载线路覆冰较轻或不覆冰，轻载线路覆冰较重，而避雷线与架空地线相对于导线覆冰更多，这一现象与导线通过电流时的焦耳效应有关，当负荷电流足够大时，导线自身的温度超过冰点，则落在导体表明的雨雪就不会结冰。 为防止导线覆冰，对220 kV及以上轻载线路，主要依靠科学的调度，提前改变电网潮流分配，使线路电流达到临界电流以上；110 kV及以下变电所间的联络线，可通过调度让其带负荷运行，并达临界电流以上；其它类型的重要轻载线路，可采用在线路末端变电所母线上装设足够容量的并联电容器或电抗器以增大无功电流的办法，达到导线不覆冰的目的。 提升负荷电流防止覆冰优点为无需中断供电提高电网可靠性，避免非典型运行方式，简便易行；不足为避雷线和架空地线上的覆冰无法预防。 （3）AREVA输配电2005年在加拿大魁北克省的国有电力公司Hydro—Quebec建设世界首个以高压直流(HVDC)技术为基础的防覆冰电力质量系统。这个系统将覆盖约600km输电线，预计能于2006年秋天投入运行。
输电线路除冰技术
英文翻译 2008 届电气工程及其自动化专业班级 姓名学号 指导教师职称 二ОО年月日
在冬季，暴风雪是一个导致高功率传输线路中断以及花费数以百万计美元用以线路维修的大麻烦。用约8 - 200千赫的高频率震动法融化冰已经被提出来了(文献1-2)。这种方法需要两个相结合的机械驱动。在这种高频率下，冰是一种有耗介质，直接吸收热量加热冰。另外，电线的集肤效应导致电流只有在薄冰层才导通，由此造成电阻损耗，产生热量。 在这篇文章中，我们在长达1，000公里长的线路上描述该系统设计的实施方法。我们还利用一个适用于33-KV，100-千赫动力的标准系统测试报告了单位长度冻线的损耗的除冰模拟实验。 整个系统见图1。它可以以两种不同的方式部署。由于电线有慢性结冰的问题，或者那些有可能结冰和高可靠性需求的地方，这个系统可以永久的安装连接到部分线路的两端，用以设限控制励磁区域。另外，它也可以安装在汽车上，用以紧急“营救”结冰线路。三辆卡车可以携带一组电源和两套设备。 高频高压下输电线路的除冰系统图 冰介质加热原理 由于冰被视为是有损介质材料，等效电路进行了短暂的一段输电线路涂冰如图2。该组件值赖斯和西塞可以通过文献3给的冰的导电特性模型计算出来。在频率低至12赫兹，介电损耗成为产生热量的主要途径。
随着频率的增加，电压会产生大的压降。虽然较低频率是可行的，但通常采用20-150kHz范围的频率，以避免管制频率（下一章节会详细介绍）。 冰冻输电线路的等效电路图 实现均匀加热 高频下的励磁传输线路会产生驻波，除非在线路远端有相匹配的阻抗来终止。由于驻波，冰介质损耗或者集肤效应单独生热，导致加热不均。一种可能的办法是终止线路的运行，而不是驻波的问题。然而，运动波产生的能量流通常比冰上损耗要大。这种能量需要电源的一端来处理，另一端来吸收并终止。因此，电源的功率容量需要增加到远远超过所需的。终止端必须有能力驱散或者是回收这些损耗功率。因此，如果不循环利用的话，无论是在设备的成本，还是终端损耗，这都是一个昂贵的解决方案。 一个更好的解决方案是使用适用于两个热效应原理的驻波以达到相 辅相成的效果。在驻波模式中，冰介质加热时发生最强烈是在电压波腹，而集肤效应生热最为强烈是在电流波腹。因此，两者是相辅相成的。而且，如果幅度在适当的比例内，总热量就可以在线路上均匀分布了。
高压线除冰装置项目创业计划书
高压线除冰装置创业计划书 1.1项目背景 当今中国经过10多年的高速发展，国用电量急剧增大，超高压大容量输电线路的需求量也急剧增加，因此高压线的建设与日俱增，但在冬季大雪后，我国每年都会在局部地区出现不同程度的雨凇现象(指超冷却的降水碰到温度等于或者低于零摄氏度的物体表面时所形成玻璃状的透明或无光泽的表面粗糙的冰覆盖层），并且我国南方地区还出现过严重的雪灾，它们都会造成高压覆冰，这些高压线上时常会出现的厚冰层有可能造成电线的断线倒杆，造成电网的瘫痪严重的影响了人们正常的工作和生活。而除冰工作给工作人员带来了生命危险，并且效率也不高，所以我们设计了一种高压线除冰装置。国已经有一些地方（比如省市(国家)高新区）正在研发高压线除冰装置，可见高压线除冰装置在国的需求量还是很大的，2008年南方雪灾大家还记的吧？这次雪灾使南方许多地方的高压线上覆盖上厚厚的一层冰，导致电线被拉断或电线杆倾斜，造成南方电网瘫痪的严重后果，给人民和国家带来了巨大的损失，而高压线上的覆冰需要专门的工作人员来处理，给工作人员的生命安全带来了威胁，并且除冰的效率也不高，还有一些寒冷山区和高纬度的地区（北峰山区、巫山高海拔地区等地）也容易出现高压线覆冰现象，而这时就需要一种既安全又高效的高压线除冰装置的出现，所以我们研发的这种装置是应社会之需
的，是有广阔的市场空间的。 国外的一些天气寒冷的国家也存在同样的问题，比如欧洲的一些国家（英国、法国等地），由于天气寒冷，使高压线上覆盖了厚厚的一层冰，这些冰不仅会使高压线的寿命大大减少，更严重的还会使高压线断裂，造成电网中断的严重后果，给国家造成无法估量的损失。我公司也可以同时着手于国外市场，这样我们的销售市场就大大增加了。 1.2公司及产品 1.2.1公司简介 市冰夏有限责任公司，是一家提议中的公司，它处于研发包括高压线除冰装置的高新技术开发区，它所面向市场在国几乎处于空白状态。本公司致力于高压线除冰装置最大限度的开发和入市，以满足社会的需要和更好的服务于人民，希望能够为高压线上的覆冰而深深困扰的地区和国家带来福音。 公司选址在省市(国家)高新区，组织结构采用矩阵式结构（在直线职能制垂直形态组织系统的基础上，再增加一种横向的领导系统）本公司采用以吸引风险投资为主要的筹资方式。 1.2.2 产品 本公司的主要产品为高压线除冰装置，它由机械动力系统、传动系统、执行系统组成，本产品采用机械除冰法，机械外力除冰最早有adhoc 法、滑轮铲刮法和强力振动法，由于这些方法都存在一些问题，我们从机械除冰法出发, 在分析了目前发展现状的基础上, 提出了
输电线路除冰机器人除冰机构设计
第一章绪言 1.1引言 2008年1月，郴州市出现了连续近一个月的低温雨雪冰冻天气，遭受了历史罕见的冰雪灾害。国家减灾委员会专家已定性为：“郴州发生的这次冰雪灾害，是世界上一次大面积、极端性气候事件，是江南地区持续时间最长的一次雨雪冰冻过程，影响地区的人口之多是世界罕见的”。这次郴州冰灾造成中心城区正值春节期间停电、停水10多天，个别地方达到20多天，交通、通讯、电视均出现不同程度的中断，成为了一座与外界隔绝的“孤城”。郴州成为我国南方冰雪灾害最严重的地区之一。 特别是电力系统遭受毁灭性重创，冰灾引起了倒塔,现场调查了2008年湖南冰灾期间≥220kV输电线路的受损情况,发现倒塔线路覆冰厚度主要集中在20～60mm,同时微地形和微气象造成覆冰加重和覆冰的不均匀性,档距、塔形等对线路倒塔也存在影响。分析倒杆断线的形式认为覆冰太厚超过设计值、垂直荷载压垮和不平衡张力拉垮是造成线路倒塔。专家解说，高压线高高的钢塔在下雪天时，可以承受2-3倍的重量。但如果下雨凇，可能会承受10-20倍的电线重量。电线结冰，遇冷收缩，风吹引起震荡，就使电线不胜重荷而断裂。 随着我国经济的高速发展，超高压大容量输电线路越建越多，线路走廊穿越的地理环境更加复杂，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭，给线路维护带来很多困难．而且在严冬及初春季节，我国云贵高原、川陕一带及两湖地区常出现雾凇和雨凇现象，造成架空输电线路覆冰，使线路舞动、闪络、烧伤，甚至断线倒杆，使电网结构遭到破坏，安全运行受到严重威胁．在紧急情况下，寻道员用带电操作杆或其它类似的绝缘棒只能为很少的一部分覆冰线路除冰，人工除冰有很高的危险性。 在国外，一些国家的地理与气候情况与我国相似，甚至一些国家的情况更加恶劣，为了保证电力系统的可靠性，提高高压输电线除冰的效率，减少损失，维护工人的安全，开发一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设备一直是国内外相关研究的热点．因此，研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。
输电线路除冰技术与装置
李培国1,高继法2,李永军2,王钰1 (1.中国电力科学研究院，北京 100085 2.大庆石油管理局电力总公司，黑 龙江大庆 163453) 摘要：介绍了用于输电线路除冰的技术及相应设备，重点介绍了美国在电脉冲除冰方面的研究情况及俄罗斯利用可控硅整流技术研制的融冰与无功静补 双用途综合装置的情况。 关键词：输电线路；除冰；技术；装置 0 引言 高寒地区输电线路冬季因受冰雪危害引起的供电中断事故通常都是较严 重的，其修复工作难度大，周期长，停电影响面积广，因此一直是全世界范围内需要解决的难点问题。各国的研究人员设计出不少方案，用以提前将导线上的积雪、覆冰去除，避免引起击穿、断线舞动等事故。目前常用的方法仍然是采用增加线路电流使之发热将冰雪融化防患于未然[1]。另外，也有研究者提出了电脉冲除冰的方法[2]，并做了许多试验工作，虽然最终未获成功，却也积累了许多宝贵经验。 冰害对电力系统来讲是个季节性危害，为除冰而配置的变电站设备，其使用也是季节性的；而且，即使是在冬季，除冰装置也不是一直在使用，而是短时使用。如果在非除冰时间将其闲置不用也是一种比较大的浪费，因而有些研究者提出的将加热融冰设备与无功静止补偿装置合二为一的方案[1]，从技术经济比较上应具有较大优势，并且获得了一定的运行经验，是值得推广的。 1 电脉冲除冰的尝试 据文献[2]介绍，电脉冲除冰（Electro-Impulse De-Icing，简称EIDI）技术出现于第二次世界大战之前，其基本原理即是采用电容器组向线圈放电，由线圈产生强磁场，在置于线圈附近的导电板（即目标物）上产生一个幅值高、持续时间短的机械力，从而使冰破裂而脱落。此方法在飞机除冰方面有成功的经验[2]，在此情况下，导电极即是飞机机翼或其它部位的铝质表面。当施加此脉冲时，电动力引起铝质表面轻微的收缩和扩张，使得附着在上面的冰滑落，从而达到除冰的目的。 EIDI装置的电气原理如图1所示。
架空输电线路覆冰危害及防冰除冰的措施
架空输电线路覆冰危害及防冰除冰的措施 摘要：架空输电线路覆冰是一种广泛分布的自然现象。导线结冰问题已成为世 界各国的共同关注和有待解决的问题。冰灾会影响维护的安全，造成大面积的冰 闪跳闸和倒塔,造成严重的经济损失,影响交通运输和人民的生活安全。 关键词：架空输电线路;履冰;防冰除冰 前言 为了适应中国经济的发展，国内传输电压与负荷在不断提高，地区的架空输电线路越来 越密集，范围也越来越大，因此跨越的区域和环境比较复杂。而一旦遇到低温、冰雪等恶劣 天气，架空线路就会造成覆冰问题的出现，这对稳定国家电力输送带来了巨大的威胁，一旦 出现状况就会对社会经济造成不可弥补的损失。 1架空线路覆冰的成因与对电网的影响 1.1架空线路覆冰的成因 架空导线覆冰的形成原因是由多种条件决定的，主要有气象条件、地理条件、海拔高度、导线悬挂高度、导线直径、风向和风速、电场强度等。气象条件对架空线路覆冰的影响主要 是由线路经过地的环境温度、空气湿度以及风向风速等因素综合造成的。架空线路覆冰问题 并非偶然事件，在我国很多地方每年冬天都会发生架空线路覆冰问题。但是不同地区、地形 上架空线路覆冰的类型不太相同，具体来说可分为雨凇、雾凇、混合凇、湿雪4种。 1.2覆冰对电网的影响 架空线路覆冰对电网的影响主要有过负载、绝缘子冰闪、覆冰的导线舞动、脱冰闪络等。过载会导致架空线路出现机械和电气方面的故障，即会出现倒塔、金具的损坏和由弧垂增大 而导致的闪络烧线等。当绝缘子上覆冰时，可以看作绝缘子上出现了污秽而改变了绝缘子上 的电场分布，特别是冰中往往会含有污秽，这就更易造成冰闪。在风力的作用下，架空线路 上的覆冰是不对称的，这就造成线路极易发生舞动，且舞动幅度较大、持续时间长。对线路 轻则引起相间闪络、线路跳闸，重则引起断线或倒塔。 2防冰与除冰技术 2.1常见的防冰技术 路径选择:应充分考虑规划路径沿线微气象、微地形因素和运行经验，尽量避开微地形、 微气象区域。实在无法避开的，应根据规程规定的重现期确定设计冰厚与验算冰厚，对重冰 区及中重冰区过渡区段进行差异化设计，适当缩小档距，降低杆塔高度，提高线路抗冰能力。 覆冰观测:应合理规划、建设覆冰观测气象站点，气象站址选择应尽量靠近线路具有代表 性的覆冰段，并将积累的覆冰气象数据作为今后线路设计和技改的依据，有条件的地区可配 置微气象或覆冰在线监测装置。 导、地线设计:重覆冰区宜采用少分裂、大截面导线以抑制不均匀覆冰时导线的扭转和舞动，并采用预绞丝护线条保护导线。对于山区线路，设计时应校验导、地线悬挂点应力，悬 挂点的设计安全系数不应小于2.25。中、重冰区还应校验导线间和导、地线间在不均匀覆冰 和脱冰跳跃时的电气间隙。 挂点设计:对于重要交叉跨越直线杆塔，应采用双悬垂绝缘子串结构，且宜采用双独立挂点，无法设置双挂点的杆塔可采用单挂点双联绝缘子串结构。 连接金具选型:与横担连接的第1个金具应转动灵活且受力合理，选型应从强度、材料、 型式3方面综合考虑，其强度应比串内其他金具强度高一个等级，不应采用可锻铸铁制造的 产品； 绝缘子串设计:易覆冰地区或曾发生过冰害跳闸的线路故障点附近区域的新建或改建线路，应采用加强绝缘设计，增加绝缘子片数、采取V型串、大小伞间插布置方式或防冰闪复合绝 缘子等防冰闪措施。 重冰、重污叠加区域绝缘子选型:重冰区与重污区叠加区域线路外绝缘配置宜采用复合化 瓷质或玻璃绝缘子，并遵循微气象区域加强外绝缘抗冰设计原则。复合化的瓷质或玻璃绝缘 子兼有盘型绝缘子和复合绝缘子的优点，运用在重冰和重污叠加区域的线路上，不仅能有效
输电线路除冰技术的研究
第10卷第3期 防 灾 科 技 学 院 学 报 V ol.10 No.3 2008年9月 J.of Institute of Disaster-Prevention Science and Technology Sep. 2008 收稿日期：2008-4-28 作者简介：李 宁（1985-），男，硕士研究生，主要从事高电压技术方面的研究。 基金项目：湖南省自然科学基金项目（07JJ3101），湖南省科技计划项目（2007FJ3008）。 输电线路除冰技术的研究 李 宁，周羽生，邝江华，彭 琢 （长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410076） 摘 要：目前，如何对覆冰输电线路进行融冰、除冰以降低冰灾损失仍是世界性的技术难题，通常的融冰措施可分为热融冰、机械除冰及自然脱冰。该文分别简要阐述了这三类措施，并对每一类方法中具有代表性的或较新颖的融冰方法进行了介绍，同时分析了各方案的利弊及应用范围，并介绍了国际上在此领域的一些新的研究成果。 关键词：输电线路；除冰措施；融冰机理 中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1673-8047(2008) 03-0033-05 Research on De-icing Methods for Transmission Lines Li Ning,Zhou Yusheng,Kuang Jianghua,Peng Zhuo (College of Electrical Engineering and Information, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410076, China) Abstract: At present, how to melt the icing transmission lines to reduce the losses is still a worldwide technical problem. Common melting ice methods can be divided into three kinds: ice-melting, mechanical de-icing and natural de-icing. This paper describes each of these measures briefly, and introduces a typical and advanced method of each kind. At the same time, the advantages and disadvantages of various measures and their applications are analyzed. In addition, some of the new research results in this field have been introduced. Keywords: transmission lines; de-icing; melting mechanism 前言 电网输电线路覆冰是一种分布广泛的自然现 象，每年冬天，在山区及高寒山区，地形复杂，气候多变，在个别特殊地段形成的微地形、微气象点，因严重覆冰及大风而造成的输电线路倒杆、断线事故很多，对电力系统的安全运行构成了严重的威胁。我国最早有记录的输电线路冰害事故出现于1954年。2008年元月，我国南方地区遭受了50多年来最大的一次冰灾事故，据报道截至2008年2月4日，湖南省500kv 线路停运14条，220kv 线路停运56条，110kv 线路停运139条。全省最大可供电力负荷仅为475万千瓦，其中湖南郴州成为电力 孤岛，全城停水停电达12天，给人民生活、生产 和国民经济运行构成极大的威胁。 覆冰现象对电网输电线路的危害主要体现在四个方面：过负载事故；不均匀覆冰或不同期脱冰引起的机械和电气方面的事故；绝缘子串覆冰过多或被冰凌桥接，绝缘子串电气性能降低；不均匀覆冰引起的导线舞动事故。目前国内外除冰方法有30余种，大致可分为热力除冰法、机械除冰法和自然脱冰法三类[1-6]。 2 热力除冰方法 https://www.360docs.net/doc/1e11393864.html,forte 列举了4种关于输电线路的热力 除冰方法，如表1所示：
LEGO智能除冰机器人的设计
- 29 - LEGO 智能除冰机器人的设计 甘辰予1，陈劲生2 (1.南宁市第二中学，广西 南宁 530022; 2.广西和信通讯技术有限公司，广西 南宁 530022) 【摘 要】介绍采用LEGO(乐高)组件搭建的除冰机器人其整体结构、动作原理以及发明创新点。并从系统控制方案及硬件组成、软件结构特点等方面对除冰机器人控制系统的设计进行了讨论。通过实验使用表明其可靠性高，性能良好，作业安全。 【关键词】除冰机器人；输电线路；除冰；越障 【中图分类号】TP242.6 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)10-0029-03 （一）引言 输电线路冬季因受冰雪危害引起的供电中断事故通常都是较严重的，其修复工作难度大，周期长，停电影响面积广，因此一直是全世界范围内需要解决的难点问题。2008年初，我国南方大面积连续特大降雪，冰雪压跨了输电线路塔架， 压断了输电线路，受灾人口高达1 亿之多，直接经济损失超过1100 亿元。目前输高压导线路除冰措施主要依靠人工用拉杆、竹棒等沿线敲打，使覆冰脱落。这次南方遭受冰灾地区的电网除冰主要采用的就是人工除冰的方法，不仅效率低下，而且对电力工人的生命安全造成了极大的威胁。因此，研究新型的除冰方法替代人工除冰就变成十分迫切。利用除冰机器人实现输电线路在线除冰是目前输电线路除冰技术的发展趋势，具有功耗小、成本低、效率高、保障人身安全、无需 停电和转移负载等优点。研制安全有效的除冰机械以代替人 工进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。 （二）除冰机器人构型方案的确定 1.系统的工作要求 （1）除冰机器人设计必须考虑下列因素。1）具有适合于柔性线路上平直段、爬坡和下坡段的轮式行走或步进式行走装置以及爬坡、制动能力。2）具有摆动、旋转、俯仰调整功能的越障装置。3）具有故障状态的安全报警能力。4）由于除冰机器人悬挂在架空的输电线路上，越障时应保证除冰机器人姿态平稳，并保持与其它导线和线塔金属部件的安全间距等。因此，各类附属装置的空间尺寸受到一定的限制。5）除冰机器人不但能在架空的输电线路上自主移动，还能通过搅拌机式的装置快速压碎冰块。6）提供足够的空间安装所携带的电源以及探测、记录和分析处理仪器。 （2）除冰机器人设计的关键。1）如何精确定位卡住输电线路上的电缆；2）如何驱动；3）如何除去覆冰；4）终点如何制动。 其中最难的是如何除冰，选定除冰方案是以机器人在电缆线上行走中，利用除冰装置上的螺纹旋柱向内的压力和旋柱上粗糙的螺纹压碎线路上的覆冰，其效果最为有效。而针对终点制动这个难题，利用超声波测距装置进行除冰机器人制动，使其真正成为具有智能的除冰机器人。 2.系统的组成部分 除冰机器人是基于传感器技术、控制技术、机器人技术于一体的集成系统。本除冰机器人采用乐高(LEGO)组件搭建， 机器人总体结构大致可以分为主控模块、执行模块(越障系 统、摄像系统、测距系统、除冰系统)和电源模块(太阳能蓄电池、太阳能充电器)等叁个模块。 各模块功能如下表： 超声波和触碰传感器 感应层(采集发送环境信息) NXT 主控中心处理器 决策层(路径识别、实时控制) 电源供给和电机驱动 驱动层(决策的执行、系统维持) 在本系统中，除冰机器人底盘采用两轮结构，在前轮的上方，安装四个螺纹旋柱作为除冰装置。后轮为驱动轮，采用两轮差动转向的方式实现转向。每一个主动轮采用一个步进电机独立驱动。机器人系统外观图如图1。 图1 系统外观图 （三）系统的硬件设计 整个硬件系统由控制中心、越障系统、摄像系统、测距系统、除冰系统和电源系统组成。硬件构成如图2所示。 装置 装置 数据 图2 系统的硬件构成图 1.控制中心设计 控制中心是机器人的运算核心和控制核心，乐高公司到现在为止总共推出过两款机器人：第一代RCX 和第二代NXT。NXT 与RCX 相比最大的特点就是控制中心的中央处理器从8位升级到32位，处理能力得到了大幅度的提高。这给了NXT 【收稿日期】2009-07-15 【作者简介】甘辰予，男，南宁市第二中学高中部教师，研究方向为LEGO 机器人功能设计和实验、应用；陈劲生，男，广西和信通讯技术有限公司经济师，研究方向通信线路维护及通信技术管理。
高压输电线路除冰技术探究
高压输电线路除冰技术探究 发表时间：2017-09-08T15:10:21.927Z 来源：《知识－力量》2017年8月上作者：杨世挺 [导读] 我国也是针对线路覆冰这一问题采用了诸多种类的线路除冰技术。本文通过对高压输电线路覆冰的危害、高压线路除冰技术研究现状与除冰技术的种类进行了详尽的分析，力图为我国的电力工作人员提供专业的除冰技术知识。 杨世挺 （国网菏泽供电公司，山东菏泽 274000） 【摘要】自2008年以来，我国的高压输电线路覆冰现象出现频率越来越高，而南方如湖南、湖北、江西等基本上往年冬季温度在零上的省份也出现了暴雪导致的线路覆冰现象。对此，我国也是针对线路覆冰这一问题采用了诸多种类的线路除冰技术。本文通过对高压输电线路覆冰的危害、高压线路除冰技术研究现状与除冰技术的种类进行了详尽的分析，力图为我国的电力工作人员提供专业的除冰技术知识。关键词：高压；输电线路；除冰技术；探究 引言 电是人们生活中必不可少的一种能源，而为了使居住在聚落里的人们获得随时可使用的电能资源，我国建立了复杂遍布全国各地的电力输送网络。而这些网络绝大部分承担着发电站到电网的输送任务，这也就使得大部分输送电路都暴露在自然环境中而非聚落中，使其缺乏维护。输电线路的维护问题一直受到我国电力部门和有关学者的关注，其线路覆冰所发生的具体现象如线路受损、杆塔倒塌、电线不稳等等也是十分复杂。而往往居住在淮河以南的人们甚至是电力工作人员对线路覆冰没有一个明确的认识，这里就需要首先对线路覆冰进行分析。 1.输电线路覆冰概况 据不完全统计，自上世纪中期以来，我国输电线路遭受不同程度的覆冰灾害多达上千次[1]。我国对输电线路覆冰的研究始于20世纪50年代，我国最早有记录的输电线路冰害事故出现在1954年[2]。近七十年来，南方发生高压线路覆冰现象越来越频繁。2008年1月～2008年2月，我国南方大部分地区遭遇罕见冰雪灾害。其中湖南电网受灾晟为严重，根据冰冻发生范围、冰冻持续时间、冰冻强度等指标综合评价，此次灾害损失己达到特大型气象灾害标准，其综合强度指数已超过1954年，为建国以来湖南省最强的雨雪冰冻天气，属于“50年一遇”冰灾。 1.1线路覆冰所造成的主要危害 高压输电线路覆冰所造成的危害大致可以分为三个方面： （1）过荷载：由于覆冰厚度超过导线本身的设计抗冰厚度，使导线覆冰后因其质量、风压面积的增加而引发的事故。这种事故造成金具损坏、导线断股、杆塔损折、绝缘子串翻转、撞裂等机械事故；也可能使弧垂增大，造成闪络和烧伤、烧断导线的电气事故。 （2）同期脱冰或不均匀覆冰事故：相邻档导线不均匀覆冰或不同期脱冰会产生张力差，使导线、地线在线夹内滑动，严重时将使导线外层铝股在线夹出口处全部断裂，钢芯抽动。 （3）绝缘子串冰闪事故：绝缘子覆冰或被冰凌桥结后，绝缘强度下降，泄露距离缩短，融冰时，绝缘子的局部表面电阻增加，形成闪络事故，闪络发展过程中持续电弧烧伤绝缘子，引起绝缘子绝缘强度降低。 2.我国现今使用的各类除冰技术 输电线路覆冰，会严重影响电网的运行，从而给社会经济造成巨大的损失。因此，欧美等老牌工业国家及我国等诸多其他国家都对覆冰线路的除冰技术进行了深入的研究和应用，诸多方法已经被应用在广大的世界各地电网。我国的除冰技术基本上是融冰的方法，根据融冰原理的异同，可以把常见的融冰方法大致分为三类，即热力融冰法、机械除冰法和自然脱冰法。 2.1机械除冰法 机械除冰法的技术原理就是通过机械外力来使冰产生内外应力从而产生结构上的崩坏从而从输电线路上脱落。常见的机械除冰法有滑轮铲刮、强力振动和“ad hoc”方法。这里的“ad hoc”法，是由线路操作人员在现场处理，包括敲打、撞击等，方法千变万化，当线路停电，可以触及到冰时，可采用手工除冰；在线路带电时，应用与线路电压等级相符的绝缘棒敲打[3]。这些方法中唯一可行的机械除冰法是滑轮除冰法，已使用五十多年。然而，机械除冰法容易造成线路损坏，所以应用较少。 2.2热力融冰法 常见的热力融冰法有带负荷融冰、短路电流法、电阻丝伴随加热法、铁磁线法。在上述四种方法中，前两种方法的融冰原理是利用焦耳效应来融化冰雪，湖南就曾经使用过短路电流融冰法进行除冰。俄罗斯大力对加热融冰与无功静补的双用途可控硅整流装置。靠电阻性伴线或铁磁线中有交流电产生的边际电流进行的间接加热，目前应用较多的是低居里铁磁材料，这种材料在温度小于0℃时，磁滞损耗发热即可融冰；当温度大于0℃时，不需要融冰，损耗很小。 2.3自然脱冰法 自然脱冰法如表面意思一样，是不需要人为或外力因素来除冰的方法。自然脱冰法的分支应用有平衡重量、可动线夹、除冰环、风力脱冰、憎水行涂料。前三种方法简单易行，但是通过自然因素除冰具有一定的偶然性，所以并不能保证能够完全除冰。刷涂吸热涂料利用太阳能除冰只在有足够辐射时才有效，但它难于应用到高压线上，因为在夏天它会增加导线的温度；在导线表面涂憎水性材料以达到防冰目的己引起广泛兴趣，憎水性涂料虽有好的憎水性能，但对覆冰的影响并不明显，然而它可以降低冰与导线表面之间的粘附力。 2.4高频高压融冰法 高频高压融冰法是一种新型的除冰方法。一般认为，电阻率超过10Ω/cm的物质便归于电介质。电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间的力紧密束缚着，因此这些粒子的电荷为束缚电荷。在外电场作用下，这些电荷也只能在微观范围内移动，产生极化，而不能象导体中的自由电子那样脱离所属的原子作宏观的移动。 本文所研究的覆冰，是一种晶体结构的物质。在通常情况下，冰的晶体分子呈现出六角形，其中的电荷因为晶体内部的分子力被紧密束缚。所以，冰的介质损耗是很小以致可以忽略不计的。覆冰的输电线路的冰雪，在输电频率达到8KHz时，冰的晶体就有了足够大损耗使得可以产生明显的热量，而频率的增大频率又使电压损耗降低，使得可以在生活中应用高频高压融冰法，最佳工作频率在100KHz左右。
输电线路除冰机器人设计(开题报告)
重庆大学 研究生学位论文选题报告及论文工作实施计划 学院：研究生院 专业：控制工程 姓名：张琨 学位级别：工程硕士 指导老师：鲜晓东 2013年6月
输电线路除冰机器人的设计 1研究目的意义以及国内外研究概况 1.1研究目的及意义 在输变电工程中，输电线路覆冰是高压线路的安全运行的重大隐患之一。输电线路覆冰可引起导线舞动、杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络等问题[1]，从而导致通信中断或大面积停电。然而，目前解决输电线路覆冰的主要措施是以预防为主，紧急情况下大多数采用人工除冰的方式强制使输电线表面的覆冰脱落。然而，人工除冰工作量大，速度慢，安全系数底，致使一旦输电线路严重覆冰便会影响居民日常生活、造成经济损失，使得冰害事故频发等。 图1.1 线路覆冰导致输电线塔杆倒塌 针对输电线路覆冰现象及危害，近年来国内外大力开展对自动除冰机器人的研究，但大多数除冰机器人在对整条输电线进行除冰时不能自动越过绝缘子、防震锤、悬垂线夹等障碍物，因此，能够智能化、高效安全的对输电线路进行除冰，成为保证高压线路安全运行的一大课题。由此可见，输电线路的正常维护和覆冰线路的及时除冰，对于保障电力系统的安全运行乃至国民经济的稳定发展都有着重要的意义。所以本设计着力于设计和开发一种能自动循迹、自动越障、自动除
冰的自动化除冰机器人。 1.2国内外研究现状 1.2.1国外技术研究现状 在输电线除冰机器人的研究领域中，美国TRC公司早在1989年便研制了自治寻线机器人原型，该机器人不仅能沿架空导线上远距离爬行，还能执行电晕损耗、绝缘子、结合点、压接头等视觉检查任务，并能对探测到的线路故障数据预处理后，传送给地面工作人员，当机器人遇到塔杆时，利用手臂采用仿人攀援的方式从侧面越过塔杆[2]。 同年，日本东京电力公司研制出寻线机器人，该寻线机器人能挂钩在架空输电线路上行走，具有跨越防震锤，塔杆等各种障碍的功能[3]。 在2000年，加拿大魁北克水电研究院研制的名为HQLineROVer遥控小车[4]，不仅能对输电线路的故障进行红外检查，还能对压接头状态自动进行评估，并能完成导线与地线的更换，同时也能够完成导线清污、导线除冰，但HQLineROVer 遥控小车是在人工遥控下运行的，自动化程度较低，并且无越障能力。当遇到障碍物需要人工进行调整。 图1.2 HQ LineROVer遥控小车 2009年，加拿大魁北克水电研究院研制了名为LineScout小车，该小车具有越障功能，突破了除冰机器人无法越障的瓶颈，该越障机构采用了仿人手臂攀援机构[5]。