專利名稱：用于高壓輸電線的抗雪除冰的聲波振動方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于高壓輸電線的抗雪除冰的聲波振動方法。
背景技術：
2008年初，我國南方遭遇到了五十年一遇的特大雪災，使得南方各省的輸 電設施遭到的了嚴重的損失。特別是高壓輸電線在暴雪的氣候條件下，沉積上 了厚厚的冰雪層，使得高壓輸電線的自重大大增加，最終導致了高壓輸電線的 折斷甚至將高壓輸電塔拉倒。目前解決高壓輸電線上冰雪沉積的方法主要是事 后清除掉方法，例如電力工人高空作業(yè)，利用木棒和橡膠錘等絕緣設備清除高 壓輸電線上沉積冰雪，這種方法不僅效率低下，而且對于電力工人來說危險系 數(shù)很高。此外還有利用高壓輸電線短路后的自身發(fā)熱來融化沉積冰雪的方法， 但是由于冰的熔解熱的數(shù)值較大，且高壓輸電線的電阻值較小，此舉勢必會耗 費大量能量，成本高昂。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于高壓輸電線的抗雪除冰的聲波振動方法。 它是在高壓輸電塔上放置聲波發(fā)生裝置，并將聲波發(fā)生裝置的振動桿緊貼 在高壓輸電線一側鐵塔的絕緣瓷環(huán)處，工作時，聲波發(fā)生裝置的振動桿敲擊高 壓輸電線的端部產生聲波，利用聲波在高壓輸電線上的傳播引起高壓輸電線的 波動，當波動傳播到高壓輸電線另一側鐵塔的絕緣瓷環(huán)后被反射回來，則入射 波和反射波在高壓輸電線上形成駐波，使高壓輸電線產生振動，達到抗雪除冰 目的。
所述聲波發(fā)生裝置的聲波頻率為20 100千赫茲，聲波能量l 100kJ。 高壓輸電線的長度為IOO 2000米，高壓輸電線的橫截面積為50 1000mm2。 高壓輸電線電壓為100 500kV。
本發(fā)明在較低的能耗和成本的情況下，可以高效的防止高壓輸電線上冰雪 的沉積以及清除高壓輸電線上附著的冰雪，為暴雪氣候條件下輸電設備的安全 提供了保障。
具體實施例方式
用于高壓輸電線的抗雪除冰的聲波振動方法是在高壓輸電塔上放置聲波發(fā) 生裝置，并將聲波發(fā)生裝置的振動桿緊貼在高壓輸電線一側鐵塔的絕緣瓷環(huán)處， 工作時，聲波發(fā)生裝置的振動桿敲擊高壓輸電線的端部產生聲波，利用聲波在高壓輸電線上的傳播引起高壓輸電線的波動，當波動傳播到高壓輸電線另一側 鐵塔的絕緣瓷環(huán)后被反射回來，則入射波和反射波在高壓輸電線上形成駐波， 使高壓輸電線產生振動，達到抗雪除冰目的。
所述聲波發(fā)生裝置的聲波頻率為20 100千赫茲，聲波能量l 100kJ。
高壓輸電線的長度為IOO 2000米，高壓輸電線的橫截面積為50 1000mm2。 高壓輸電線電壓為100 500kV。
當波動傳播到另一側鐵塔的絕緣子后被反射回來，則入射波和反射波在高 壓輸電線上形成駐波。當聲波在導線中沿x方向傳播時，取導線一體積元AV，則 該體積元的動能AEk和勢能AEp分別為
AEA =丄Amv2 =丄Am(i)2 2 2 &
其中Y是導線的楊氏模量。則體積元的總能量為M;二A^+A^p。由于駐波的方
禾呈為_y = 2J cos&>/cos^x
代入體積元總能量的表達式后可得
1 "7 2 Ai^= — P(4v4ft> sinKcos fa)AF
= 5 / (4y4cos' w"in foc)AF
于是體積元的總能量為-
A￡* 二會/^4^(W(sin2 ^ cos2 Ax + cos2 Wsin2 fec)Ax
在相鄰波節(jié)內利用積分可以求得一個波節(jié)內駐波的總能量為-
￡ = J"巡=J""會PS4JW (sin2 W cos2 fcc + cos2 W sin2= ^ W
其中p為導線密度，S為導線橫截面，X為聲波波長，A為聲波振幅， 為聲波 角頻率。目前高壓輸電線多采用400/35型導線，其中400表示導線的外部鋁股 部分橫截面積為400 mm2， 35表示鋼芯部分橫截面積為35 mm2，其lm長度的 自重為1.511kg,因此導線的密度p為3473.6kg/m3。而目前高壓輸電塔的間距在 400-1000m之間。假設采用頻率f-20kHz的聲波，其振幅為lcm，由于聲波在導 線的中的傳播速度為5200m/s，所以波長為0.26m。假設輸電塔間距為lOOOm， 則在兩塔之間存在7692個波腹，聯(lián)系前面一個波節(jié)內駐波的能量的表達式，則 兩輸電塔間，使一根導線產生駐波所需能量為9.493kJ。當前500kV高壓送電線路一條為3相導線，然后每相導線有4根，共12根導線，還有2根避雷線，架 空在天上的共有14根線。所以在兩輸電塔間使導線振動所需總能量為132.9kJ。 由于駐波不會向外傳播能量，所以這些能量可以維持導線的振動。實際上由于 各種阻尼的影響，以及冰雪落在導線上的影響，所需的能量會超過計算值，但 是其能耗仍大大小于采用導線短路發(fā)熱除冰所需能量。因為冰的熔解熱為 333kJ/kg，假設輸電線覆蓋冰層為lcm，貝U lm輸電線上冰層重量為1.04kg，對 于1000m長的輸電線，即使假設10%的冰層融化就能使冰層完全脫落，仍需要 能量34632kJ的能量，大大大于前面所述的9.493kJ的能量。
在氣象預報出現(xiàn)暴雪氣候的前夕，利用遙控裝置啟動安裝在高壓輸電塔上 的聲波發(fā)生裝置，使得高壓輸電線在冰雪沉積以前預先振動起來，則在暴雪到 來之時，輸電線的振動能有效的振落輸電線上的冰雪，防止冰雪的沉積，做到 事前預防的作用。而若在暴雪以后發(fā)現(xiàn)輸電線上被冰雪包裹，則仍可啟動高壓 輸電塔上的聲波發(fā)生裝置，使導線振動，利用金屬導線的柔韌性和冰層剛度差 異，將冰層震碎落下，從而達到事后清除冰雪的效果。
權利要求
1.一種用于高壓輸電線的抗雪除冰的聲波振動方法，其特征在于在高壓輸電塔上放置聲波發(fā)生裝置，并將聲波發(fā)生裝置的振動桿緊貼在高壓輸電線一側鐵塔的絕緣瓷環(huán)處，工作時，聲波發(fā)生裝置的振動桿敲擊高壓輸電線的端部產生聲波，利用聲波在高壓輸電線上的傳播引起高壓輸電線的波動，當波動傳播到高壓輸電線另一側鐵塔的絕緣瓷環(huán)后被反射回來，則入射波和反射波在高壓輸電線上形成駐波，使高壓輸電線產生振動，達到抗雪除冰目的。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于高壓輸電線的抗雪除冰的聲波振動方法， 其特征在于所述聲波發(fā)生裝置的聲波頻率為20 100千赫茲，聲波能量1 100 kJ。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于高壓輸電線的抗雪除冰的聲波振動方法， 其特征在于所述高壓輸電線的長度為100 2000米，高壓輸電線的橫截面積為 50 1000mm2。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于高壓輸電線的抗雪除冰的聲波振動方法， 其特征在于所述高壓輸電線電壓為100 500kV。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于高壓輸電線的抗雪除冰的聲波振動方法。它是在高壓輸電塔上放置聲波發(fā)生裝置，并將聲波發(fā)生裝置的振動桿緊貼在高壓輸電線一側鐵塔的絕緣瓷環(huán)處，工作時，聲波發(fā)生裝置的振動桿敲擊高壓輸電線的端部產生聲波，利用聲波在高壓輸電線上的傳播引起高壓輸電線的波動，當波動傳播到高壓輸電線另一側鐵塔的絕緣瓷環(huán)后被反射回來，則入射波和反射波在高壓輸電線上形成駐波，使高壓輸電線產生振動，達到抗雪除冰目的。本發(fā)明在較低的能耗和成本的情況下，可以高效的防止高壓輸電線上冰雪的沉積以及清除高壓輸電線上附著的冰雪，為暴雪氣候條件下輸電設備的安全提供了保障。
文檔編號H02G7/16GK101299524SQ200810059798
公開日2008年11月5日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權日2008年2月29日
發(fā)明者方彥俊, 健 沙 申請人:浙江大學