專利名稱：一種基于自然條件的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于自然條件的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及覆冰試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其是涉及一種覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]輸電線路覆冰導(dǎo)致的故障一直是國內(nèi)外電力系統(tǒng)的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，覆冰災(zāi)害至今沒有徹底的解決方法。同時線路覆冰易引起舞動，從而引發(fā)更為嚴(yán)重的災(zāi)害。線路覆冰研究對電網(wǎng)安全及可靠運(yùn)行乃至國民經(jīng)濟(jì)等都具有重要意義?；谧匀粭l件的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)是將自然條件與人工干預(yù)相結(jié)合，同時彌補(bǔ)兩者的不足，模擬自然條件(凍雨、雪等氣象條件)進(jìn)行試驗(yàn)研究的試驗(yàn)系統(tǒng)平臺。[0003]目前現(xiàn)有的覆冰試驗(yàn)站一種是僅靠自然環(huán)境進(jìn)行覆冰試驗(yàn)，一種是僅利用人工輔助進(jìn)行試驗(yàn)。[0004]輸電線路導(dǎo)線覆冰取決于導(dǎo)線周圍的空氣溫度、一定的環(huán)境濕度、現(xiàn)場風(fēng)速風(fēng)向及雨(雪)下落的速度等因素。周圍環(huán)境溫度太高、濕度低、風(fēng)向與導(dǎo)線平行及風(fēng)速過大等都不利于線路覆冰。導(dǎo)線覆冰需要低溫和高濕的環(huán)境，這首先增加了試驗(yàn)場地選址的難度，并且自然環(huán)境的低溫天氣和高濕環(huán)境同時出現(xiàn)的幾率非常小，在一年中所占的時間短，可用于試驗(yàn)的時間更短，試驗(yàn)非常被動，很難滿足一定的試驗(yàn)研究需求；由于自然環(huán)境條件、氣象參數(shù)的不可控，基于自然環(huán)境的覆冰試驗(yàn)站將試驗(yàn)線路建在露天，待低溫和高濕的環(huán)境來臨時進(jìn)行試驗(yàn)，對試驗(yàn)條件的依賴性過大、試驗(yàn)條件不能按照研究的需求進(jìn)行調(diào)整、變化或更改，因此很難進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)；綜上，自然條件覆冰試驗(yàn)站對自然環(huán)境的依賴性過大， 具有極大的局限性和不可控性。[0005]另外一種覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)在人工氣候室或人為搭建的噴霧室里進(jìn)行。然而人工氣候室的規(guī)模一般很小，內(nèi)部空間長、寬和高均在幾米的范圍之內(nèi)，遠(yuǎn)不能模擬實(shí)際線路的規(guī)模；另外其試驗(yàn)條件完全靠人工調(diào)節(jié)，導(dǎo)線覆冰是在自然條件下形成的現(xiàn)象，人工氣候不能完全替代自然條件下導(dǎo)線的覆冰過程；人工氣候室的造價(jià)非常高，一個4米見方的實(shí)驗(yàn)室建造費(fèi)用動輒上百萬甚至幾百萬，更大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室其造價(jià)更翻倍上漲，提高了試驗(yàn)研究的經(jīng)濟(jì)成本及負(fù)擔(dān)。[0006]第三，目前覆冰測量大多在覆冰導(dǎo)線只受重力的條件下進(jìn)行，自然覆冰試驗(yàn)站大多采用直線檔導(dǎo)線覆冰；人工氣候室由于尺寸空間小，導(dǎo)線靠絕緣子支撐或懸掛，僅能實(shí)現(xiàn)幾米范圍內(nèi)短距離線檔的覆冰試驗(yàn)，與實(shí)際線路的覆冰狀態(tài)差別很大。其次，大多測量系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)顯示在儀表上進(jìn)行讀數(shù)，這樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并非實(shí)時，且不完整。另外，目前商業(yè)化的在線監(jiān)測儀器主要靠太陽能蓄電池進(jìn)行供電，試驗(yàn)時經(jīng)常出現(xiàn)斷電的情況，導(dǎo)致其數(shù)據(jù)采集有一定的斷續(xù)性，并不完整。實(shí)用新型內(nèi)容[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于自然條件下的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，便于進(jìn)行覆冰機(jī)理研究、除冰融冰技術(shù)研究、絕緣子覆冰等各項(xiàng)試驗(yàn)研究。[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是[0009]一種基于自然條件的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，包括測量系統(tǒng)，包括試驗(yàn)場、線桿系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)，所述線桿系統(tǒng)架設(shè)在試驗(yàn)場上，所述線桿系統(tǒng)包括并列設(shè)置的砼桿，每列砼桿上分上下架設(shè)有兩層平行導(dǎo)線，每層導(dǎo)線包括兩根導(dǎo)線，導(dǎo)線與砼桿之間通過絕緣子連接；所述噴霧系統(tǒng)包括噴淋管道，噴淋管道與上層導(dǎo)線平行，所述噴淋管道上設(shè)有向下的噴頭。[0010]所述試驗(yàn)場上在線桿系統(tǒng)周邊圍設(shè)有風(fēng)墻。[0011 ] 所述風(fēng)墻與最外側(cè)的砼桿間距為2 4m。[0012]每列砼桿由3基砼桿組成。[0013]相鄰兩基砼桿之間間距為2(T25m。[0014]下層導(dǎo)線距地面I. 2nT2. 5m,上層導(dǎo)線距地面2. 5 4m。[0015]噴頭的出霧角度為90°。[0016]所述噴淋管道與上層導(dǎo)線在豎直方向上的間距為O. 5^1. 5m。[0017]所述噴淋管道外包裹一層電伴熱帶。[0018]所述噴頭的可調(diào)節(jié)粒徑范圍為10 μ πΓ200 μ m。[0019]測量系統(tǒng)包括氣象傳感器、拉力傳感器、傾角傳感器、數(shù)據(jù)采集卡，所述氣象傳感器、拉力傳感器、傾角傳感器均與數(shù)據(jù)采集卡連接。[0020]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)[0021]第一，其選址只需要低溫的氣候，同時采用人工噴霧系統(tǒng)模擬高濕的環(huán)境，相比自然環(huán)境下的覆冰試驗(yàn)場，大大延長了試驗(yàn)周期。[0022]第二，通過調(diào)節(jié)噴霧系統(tǒng)出霧(水)壓力，可以改變環(huán)境濕度及雨量的大小，從而改變覆冰的密度及結(jié)冰速率，極大地增加了試驗(yàn)研究內(nèi)容及靈活性。[0023]第三，可建造的試驗(yàn)場規(guī)模大，可比照真實(shí)線路進(jìn)行模擬試驗(yàn)。同時在直線檔及耐張段進(jìn)行覆冰試驗(yàn)及測量，采用拉力傳感器進(jìn)行耐張線路的覆冰測量，更為真實(shí)地模擬實(shí)際線路覆冰。[0024]第四，測量系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，將拉力、傾角傳感器信號，風(fēng)速、風(fēng)向、 環(huán)境溫度、濕度等信號通過光纖傳輸至前端主機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲和計(jì)算；同時用220V 市電不間斷供電，與傳統(tǒng)的表計(jì)式數(shù)據(jù)顯示和人工讀取方式相對比，增加了數(shù)據(jù)的連續(xù)及完整性。[0025]第五，相比人工氣候室，其造價(jià)低，試驗(yàn)場立桿，架設(shè)導(dǎo)線，場地平整及監(jiān)測系統(tǒng)總費(fèi)用不到一個4米見方實(shí)驗(yàn)室費(fèi)用的50%。[0026]本實(shí)用新型涉及的基于自然條件下的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)⒆匀画h(huán)境條件很好地利用，綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時彌補(bǔ)只靠自然條件試驗(yàn)的不足，有針對性地進(jìn)行人工干預(yù)，延長了試驗(yàn)時間(周期)，得到較為理想的試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)。


[0027]圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；[0028]圖2是絕緣子的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
4[0029]本實(shí)用新型應(yīng)用于IlOkV飛OOkV范圍的高壓輸電線路覆冰試驗(yàn)研究領(lǐng)域。[0030]本實(shí)用新型的試驗(yàn)場位于真型輸電線路綜合試驗(yàn)基地所在的河南省新密市尖山山頂，海拔800多米，該地區(qū)平均氣溫比鄭州市區(qū)低5°C左右。尖山地區(qū)一年中大約有6個月的時間每天有溫度低于零下的時間段且冬季時間較長，具有很好的低溫資源。[0031]如圖I所示，本實(shí)用新型包括試驗(yàn)場、線桿系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)及測量系統(tǒng)。線桿系統(tǒng)呈南北走向，共有9基5仝桿I,形成50mX4m的長方形,從東向西分為3列，每列由3基5仝桿 I組成，列間距為2米。這9基砼桿I構(gòu)成試驗(yàn)場的導(dǎo)線懸掛區(qū)，形成面積為50mX5m的長方形(每基砼桿I上可懸掛東、西兩根平行導(dǎo)線2，相鄰導(dǎo)線2之間間距l(xiāng)m)。[0032]導(dǎo)線2分上下兩層布置，兩層之間的導(dǎo)線2平行，下層導(dǎo)線2距地面I. 2nT2. 5m(本實(shí)施例取I. 5m),上層導(dǎo)線2距地面2. 5^4m (本實(shí)施例取3m)。試驗(yàn)場從東向西依序可掛6 組導(dǎo)線2，可以實(shí)現(xiàn)12根(每根60m長)導(dǎo)線2的覆冰試驗(yàn)。每根導(dǎo)線2通過絕緣子串懸掛于砼桿I之間，且與砼桿I絕緣，兩端的砼桿I模擬耐張塔，中間砼桿I模擬直線塔，形成由兩檔組成的耐張段。每檔的檔距較大，相鄰兩基砼桿I之間間距為2(T25m，本實(shí)施例為25m， 導(dǎo)線弧垂明顯，可以模擬自然環(huán)境條件下的導(dǎo)線覆冰狀況。[0033]噴霧系統(tǒng)包括噴淋管道3、供水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。噴淋管道由供水系統(tǒng)供水并提供壓力，控制系統(tǒng)對供水系統(tǒng)進(jìn)行控制。供水系統(tǒng)由供水裝置、管路、電磁閥和噴嘴組成。噴霧系統(tǒng)采用高壓水霧化原理，將水窖中的水過濾后加壓，并通過高效噴嘴噴出后霧化，形成許多高速運(yùn)動的細(xì)小水滴，細(xì)小水滴由于自身的重量慢慢飄落到導(dǎo)線上，調(diào)節(jié)噴霧噴頭的出水量至合適大小，較小的霧化小水滴慢慢飄落，非常接近自然條件下的雨水。水滴被霧化成 10 μ πΓ200 μ m的小粒徑水珠，成霧狀形態(tài)通過噴淋管道3噴到管道下方的試驗(yàn)導(dǎo)線2。噴淋管道3與上層導(dǎo)線2平行，為達(dá)到需求的覆冰密度，噴淋管道離導(dǎo)線的距離根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)情況進(jìn)行設(shè)定，本系統(tǒng)中噴淋管道3距上層導(dǎo)線2的間距為O. 5^1. 5m，本實(shí)施例取O. 5m。[0034]控制裝置保證噴霧系統(tǒng)的正常運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行采用自動控制程序?？刂蒲b置安裝在控制柜內(nèi)，對系統(tǒng)及時發(fā)出開閉指令進(jìn)行噴霧作業(yè)，通過調(diào)節(jié)水壓控制出霧密度及速度。[0035]噴淋管道3上設(shè)有若干噴頭4。為更接近自然條件的狀況，噴頭4在噴淋管道3上間隔I. 5m布置，此時的出霧角度為90°，然后進(jìn)行覆冰噴淋。因覆冰試驗(yàn)在冬季氣溫較低時進(jìn)行，噴淋管道3容易上凍，所以在噴淋管道3外包裹一層電伴熱帶進(jìn)行加熱保溫，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。[0036]測量系統(tǒng)包括氣象傳感器、拉力傳感器6、傾角傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和視頻監(jiān)控探頭，氣象傳感器、拉力傳感器6、傾角傳感器均與數(shù)據(jù)采集卡連接。測量系統(tǒng)可進(jìn)行覆冰質(zhì)量、厚度，氣溫、風(fēng)速及環(huán)境濕度，視頻等的監(jiān)測。在試驗(yàn)線路上安裝傳感器，通過網(wǎng)線傳輸至前端服務(wù)器上，通過控制平臺進(jìn)行監(jiān)測。在砼桿I上的導(dǎo)線2附近裝有氣象傳感器(含溫濕度、風(fēng)速參數(shù))和視頻監(jiān)控探頭。測量系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，將拉力、傾角傳感器信號，風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、濕度等信號通過光纖傳輸至前端主機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲和計(jì)算；同時用220V市電不間斷供電，與傳統(tǒng)的表計(jì)式數(shù)據(jù)顯示和人工讀取方式相對比，增加了數(shù)據(jù)的連續(xù)及完整性。[0037]試驗(yàn)溫度要求試驗(yàn)在低于0°C，盡量高于零下15°C下進(jìn)行。由于在溫度較低時， 過冷水滴轉(zhuǎn)變?yōu)檠?、冰晶或冰雹，不易在?dǎo)線上覆冰。[0038]在線桿系統(tǒng)的9基5全桿I周邊圍有一圈風(fēng)墻5,風(fēng)墻5聞4米，距尚最外側(cè)的5仝桿I為2 4m (本實(shí)施例為3米)遠(yuǎn)。[0039]風(fēng)的調(diào)節(jié)風(fēng)速和風(fēng)向會對導(dǎo)線覆冰產(chǎn)生影響，如果有風(fēng)將水滴吹向?qū)Ь€，加速導(dǎo)線覆冰。當(dāng)風(fēng)向與導(dǎo)線平行或夾角大于150°時，導(dǎo)線不易覆冰，此時，將在覆冰試驗(yàn)場周圍的風(fēng)墻5閉合，此時場內(nèi)基本無風(fēng)，噴霧系統(tǒng)基本在無風(fēng)狀態(tài)下進(jìn)行覆冰試驗(yàn)；在風(fēng)向與導(dǎo)線走徑方向夾角介于45° 150 °時，此時導(dǎo)線覆冰嚴(yán)重，需打開風(fēng)墻5，再進(jìn)行噴霧覆冰。[0040]覆冰密度的調(diào)節(jié)在一定的風(fēng)速條件下，覆冰密度與噴水(霧)的粒徑大小及出水 (霧)速度有關(guān)。噴霧系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)噴頭4的大小，可調(diào)節(jié)粒徑范圍在10μπΓ200μπι之間。 控制器的輸出壓力在10kg 40kg，調(diào)節(jié)壓力的大小改變噴霧系統(tǒng)的水流量。[0041]試驗(yàn)的測量在耐張段導(dǎo)線2兩端加裝拉力傳感器6以及傾角傳感器。如圖2所示，絕緣子包括耐張絕緣子串7，耐張絕緣子串7左端依次連接有U行掛環(huán)8和球頭掛環(huán)9。 拉力傳感器6以及傾角傳感器安裝在耐張絕緣子串的球頭掛環(huán)9處(如圖I中位置A)，代替球頭掛環(huán)9安裝。拉力傳感器6測量覆冰后導(dǎo)線的張力變化，從而得到導(dǎo)線覆冰質(zhì)量，在溫度為零下5°C ^O0C，水霧粒徑大于20 μ m，風(fēng)速較大時形成雨凇，其等值覆冰厚度h=m/ P / L-d (本計(jì)算公式將覆冰截面等效為圓，計(jì)算出的是等值覆冰厚度)，其中m為覆冰后導(dǎo)線及覆冰的總質(zhì)量，由拉力及傾角傳感器測量得出；P為覆冰密度，雨凇時取為O. 9g/cm3, L為覆冰導(dǎo)線的長度，d為導(dǎo)線直徑。在溫度更低，水霧粒徑小于20μπι，風(fēng)速較小時形成霧凇， 此時密度P取為O. 8g/cm3。[0042]試驗(yàn)場按照以上數(shù)據(jù)建好后，某次試驗(yàn)在環(huán)境溫度零下8°C、濕度95%、風(fēng)速O. 4m/ s，噴霧壓力設(shè)定在35kg，噴霧角度90°，6小時，覆冰最大厚度8mm。
權(quán)利要求1.一種基于自然條件的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，包括測量系統(tǒng)，其特征在于包括試驗(yàn)場、 線桿系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)，所述線桿系統(tǒng)架設(shè)在試驗(yàn)場上，所述線桿系統(tǒng)包括并列設(shè)置的砼桿， 每列砼桿上分上下架設(shè)有兩層平行導(dǎo)線，每層導(dǎo)線包括兩根導(dǎo)線，導(dǎo)線與砼桿之間通過絕緣子連接；所述噴霧系統(tǒng)包括噴淋管道，噴淋管道與上層導(dǎo)線平行，所述噴淋管道上設(shè)有向下的噴頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述試驗(yàn)場上在線桿系統(tǒng)周邊圍設(shè)有風(fēng)墻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)墻與最外側(cè)的砼桿間距為2 4m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于每列砼桿中相鄰兩基砼桿之間間距為2(T25m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于下層導(dǎo)線距地面I.2πΓ2· 5m,上層導(dǎo)線距地面2. 5 4m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于噴頭的出霧角度為90° ο
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述噴淋管道與上層導(dǎo)線在豎直方向上的間距為O. 5 1. 5m。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述噴淋管道外包裹一層電伴熱帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述噴頭的可調(diào)節(jié)粒徑范圍為10 μ m 200 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于測量系統(tǒng)包括氣象傳感器、拉力傳感器、傾角傳感器、數(shù)據(jù)采集卡，所述氣象傳感器、拉力傳感器、傾角傳感器均與數(shù)據(jù)采集卡連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于自然條件的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)，包括測量系統(tǒng)，包括試驗(yàn)場、線桿系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)，所述線桿系統(tǒng)架設(shè)在試驗(yàn)場上，所述線桿系統(tǒng)包括并列設(shè)置的砼桿，每列砼桿上分上下架設(shè)有兩層平行導(dǎo)線，每層導(dǎo)線包括兩根導(dǎo)線，導(dǎo)線與砼桿之間通過絕緣子連接；所述噴霧系統(tǒng)包括噴淋管道，噴淋管道與上層導(dǎo)線平行，所述噴淋管道上設(shè)有向下的噴頭。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的基于自然條件下的人工覆冰試驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)⒆匀画h(huán)境條件很好地利用，綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時彌補(bǔ)只靠自然條件試驗(yàn)的不足，有針對性地進(jìn)行人工干預(yù)，延長了試驗(yàn)時間(周期)，得到較為理想的試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)。
文檔編號G01D21/00GK202748048SQ20122032909
公開日2013年2月20日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者閻東, 韓金華, 寇曉適, 任歡, 楊威, 楊曉輝, 盧明, 陳瑞, 呂中賓, 龐鍇, 張宇鵬, 曹宏偉, 魏建林, 張博, 朱華 申請人:河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司