專利名稱：輸電線冰雪去除方法
技術領域：
本發(fā)明涉及架空輸電線冰雪去除方法，屬于輸電線維護技術。
背景技術：
全世界的架空輸電線路，有三分之一會受到冰雪的干擾，甚至造成災害。
1998年,加拿大Quebec省和美國New York州遭遇罕見冰暴，魁北可境內(nèi)900公里735 千伏輸電線和150座電塔遭到毀壞，4百萬人遭遇停電，某些地區(qū)停電達60天以上，直接經(jīng) 濟損失達10億加幣。2005年2月的暴風雪壓垮了湖南輸電網(wǎng)電塔41座，輸電線結(jié)冰，先后 發(fā)生了電力線路冰閃跳閘、倒塔斷線事故。因不堪重負3條500kV線路倒塔24座、變形3座； 6條220kV線路倒塔18座、變形9座；其它電壓等級線路也遭到了嚴重破壞。2008年1月中 國各地普降中到大雪，南方數(shù)省輸電線路遭遇前所未有的災害。由于遭遇罕見覆冰，輸電線 路鐵塔倒塌，線路嚴重受損斷線，湖南、湖北、福建、廣西、浙江等省區(qū)的供電都大受影響。 這場冰災造成電網(wǎng)大量倒塔、斷線，變電站停運。電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)先后有90個縣市受停電影響， 2200多萬人陷入無電照明、無電取暖、無電煮飯等的困苦之中。
上述事故發(fā)生的主要原因是出事線路段覆冰太厚，最厚達80毫米，而按設計的抵御覆冰 的厚度為10-30毫米，輸電線路在冬季覆冰是電力系統(tǒng)的自然災害之一。由于導線上增加了 冰載荷，對導線、鐵塔和金具都會帶來一定的機械損壞，覆冰嚴重時會斷線、倒桿塔，導致 大面積停電事故。對電網(wǎng)安全運行和可靠供電將造成嚴重威脅。由于事故發(fā)生在嚴冬季節(jié)， 大雪封山，或公路結(jié)凍，使得搶修條件十分艱難，造成長時間停電，對國民經(jīng)濟造成重大損 失。雪災暴露出部分地區(qū)輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)脆弱和電力部門的輸變電設計上欠缺一定的前瞻性和 科學性， 一根根導線成為又粗又重的"冰線"。這是一個極待研究解決的問題
為解決輸電線路在冬季覆冰這一嚴重威脅電力系統(tǒng)安全運行的難題，國內(nèi)外對輸電線路
覆冰問題進行了大量研究?？笨呻娏?Hydro Quebec)在Quebec境內(nèi)的超高壓輸電線
加裝冰凍感應器和除冰裝置。國內(nèi)外已應用的除冰方法有輸電線配備電力電子裝置的除冰系
統(tǒng)，其方法是，當冰凍在電線積累時，由冰凍感應器預警，電力公司將冰凍線路暫時隔離出電
網(wǎng)。利用高壓電力電子裝置將此段線路行成回路并注入1000 2000A的直流電(電流大小由
線路類型決定)，線路因阻抗效應發(fā)熱除冰，保障了線路的安全可靠性。
短路融冰法是一種成熟的技術，高壓線路轉(zhuǎn)換到中壓母線上使線路導線短路發(fā)熱、融冰， 及時啟動融冰程序，可以避免輸電線路倒塌事故發(fā)生。但是，要求每條線路都設置了融冰母 線，工作時要停電，并將冰凍線路隔離出電網(wǎng)才能進行。還是要遭遇大面積的停電。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目上述問題，提出一種架空輸電線冰雪去除的新方法。
本發(fā)明的技術方案是 一個雙層或多層輸電導線路上安裝的冰雪感應器， 一套與多層輸 電導線相連接的切換開關， 一個控制切換開關的計算機控制系統(tǒng)。其方法是，冰雪感應器監(jiān) 測輸電線路和天氣條件， 一旦發(fā)現(xiàn)線路上結(jié)冰和積雪，就會發(fā)出一個信號，控制一個與雙層 或多層輸電導線相連接的開關切換到相應位置。從而減少投入運行的輸電導線的截面，升高 導線溫度的方法。
根據(jù)焦耳楞次定律，電流通過導體要發(fā)熱，發(fā)出的熱量Q與時間t、導體電阻R和電流強
度的平方成正比，即2 = 0.24^/2/ (卡)
從理論上說，只要設計得當，調(diào)度合理，滿負荷運行的架空輸電線路是不會產(chǎn)生覆冰。 但是，在架空輸電線路中，導線截面的選擇有多個因素，諸如經(jīng)濟電流密度、發(fā)熱條件、電 暈、電暈噪聲、無線電干擾、電壓損耗、機械強度等。 一般預測投運10年間發(fā)展情況的線路 輸送最大負荷來確定導線截面； 一般在輸電線路的設計中要求盡可能少的電壓損耗和功率損 耗；當架空輸電線路跨越鐵路、河流、公路、居民區(qū)時，必須規(guī)定導線的最小允許截面，以 保證足夠的機械強度。這些都使導線截面留有較大的余量，加之線路負荷的不穩(wěn)定性，環(huán)境 溫度和散熱速度的差異，使正常運行的輸電線路上產(chǎn)生覆冰成為可能。這也是本發(fā)明思想的 理論依據(jù)。
本發(fā)明投入融冰運行的輸電導線，因為是短時間運行，無須考慮經(jīng)濟電流密度、電暈、 電暈噪聲、機械強度的因素。按電壓損耗小于7%，環(huán)境溫度為0。C來設計，上限溫度按導線
長期工作允許的最高溫度來設計。多層輸電導線的運行最小允許截面的計算公式
d——融冰導線直徑(mm) p——電阻系數(shù)(Q隱7ra)
/——電線長度(km)
/——工作電流(A)
v——空氣流速(m/s) —般可取0.5。
所述的雙層或多層輸電導線，如圖1所示，由導線(1)、絕緣層(2)和帶絕緣層導線(3) 絞織而成。 一根輸電導線被絕緣層隔成兩個區(qū)域的稱為雙層輸電導線，被絕緣層隔成多個區(qū) 域的稱為多層輸電導線。各個區(qū)域的導線還可以設置成不同的材料，如某個區(qū)域的導線采用 電阻稍大的鋁合金材料，某個區(qū)域的導線采用強度較大和電阻較大的高碳鋼材料。輸電導線發(fā)熱溫度以能融冰雪為度，上限的控制以導線材料而不同，以不影響輸電導線的強度為度。 鋼絞線〈125。C，鋼芯鋁絞線、鋁合金絞線<85°(:，鋼芯鋁包鋁絞線〈10(TC，耐熱鋁合金絞 線<200"。
所述的切換開關一端與電源相聯(lián)接，另一端分別與各個區(qū)域的輸電導線相聯(lián)接。切換開 關可以手動和自動。自動切換開關受控于電磁執(zhí)行器，電磁執(zhí)行器受控于計算機控制系統(tǒng)， 計算機控制系統(tǒng)的指令信號來源于冰雪感應器。
所述的監(jiān)測系統(tǒng)冰雪感應器，包括冰雪厚度開關和溫度開關串聯(lián)而成的電路，當冰雪在 電線上積累到設定值時冰雪厚度開關開通，當氣溫低于設定值時溫度開關開通，當冰雪厚度 開關和溫度開關同時開通時，就會發(fā)出一個指令信號。冰雪厚度開關和溫度開關設定值可根 據(jù)當?shù)氐臍夂颦h(huán)境和架空線路的設計要求調(diào)整， 一般冰雪厚度調(diào)整值為大于6 20亳米，溫度 調(diào)整值為低于0 5'C，切換復原時間調(diào)整值為5~60分鐘。
本發(fā)明具有成本低，能耗省，不影響正常運行，自動控制，安全可靠的特點。
圖l為雙層或多層輸電導線結(jié)構(gòu)圖。圖2為帶絕緣層的鋼芯鋁絞輸電導線截面圖。圖3 為架空輸電線除冰雪方法電路圖。結(jié)合附圖對本發(fā)明方法做進一步的說明。
具體實施例方式
實施例，在110千伏架空輸電線路(10)上，采用雙層輸電導線如圖2所示，中心為鋼 絞導線(6)、外層為鋁絞導線(4)，在內(nèi)外層導線之間用絕緣體(5)隔開，內(nèi)外層導線的截 面之比為1 : 6。
架空輸電線冰雪去除方法如圖3所示，在110千伏架空輸電線路(10)上安置冰雪感應 器(9)，冰雪感應器(9)包括冰雪厚度感應開關、溫度感應丌關和信號發(fā)射裝置。冰雪厚度 設定為大于10毫米，溫度設定為低于2'C，高于10(TC。切換復原時間設定20分鐘。
在變壓器(7)和架空輸電線路(10)之間，設置高壓負荷開關(11)，輸電導線(8)被 分成兩路。高壓負荷開關(11)由電磁執(zhí)行器(12)操作，電磁執(zhí)行器(12)受控于計算機 控制系統(tǒng)(14)，計算機控制系統(tǒng)(14)與信號接收器(13)連接。
當冰雪在電線上積累到設定值大于IO毫米時，氣溫低于設定值2'C吋，冰雪厚度開關和 溫度開關同時開通時，冰雪感應器(9)就會發(fā)出一個信號，這個信號被接收器(13)接收， 計算機控制系統(tǒng)(14)動作，電磁執(zhí)行器(12)操作，高壓負荷開關(11)動作，分成兩路 的輸電導線(8)被切斷一路。雙層輸電導線只有一部分承擔輸電電流。在同樣的負荷下，由 于輸電導線的截面積減少，架空輸電線路(IO)的溫度升高，附著在輸電導線上的冰雪融化。 當輸電導線上的溫度升高到IO(TC或達到20分鐘時，計算機控制系統(tǒng)操作，高壓負荷開關(11) 復原。
權(quán)利要求
1. 輸電線冰雪去除方法，包括變壓器、輸電導線、計算機控制系統(tǒng)、冰雪感應器、信號接收器、切換開關，其特征是按計算公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>d</mi><mo>=</mo><mn>1.747</mn><mo>×</mo><msup> <mn>10</mn> <mrow><mo>-</mo><mn>4</mn> </mrow></msup><mo>·</mo><mfrac> <mrow><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>ρ</mi><mo>·</mo><mi>l</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>0.4</mn></msup><mo>·</mo><msup> <mi>I</mi> <mn>0.8</mn></msup> </mrow> <msup><mi>v</mi><mn>0.485</mn> </msup></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2008100609620C00011.gif" wi="49" he="9" top= "35" left = "102" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->確定最小允許截面的雙層或多層輸電導線的方法；一個在雙層或多層輸電導線路上安裝的冰雪感應器，計算機上連接信號接收器，控制電磁執(zhí)行器操作的控制系統(tǒng)；線路上覆冰和積雪，且氣溫低于設定值，就會發(fā)出信號，控制與雙層或多層輸電導線相連接的開關，從而減少投入運行的輸電導線的截面，升高導線溫度的方法。
2. 如權(quán)利要求1所述的輸電線冰雪去除方法，其特征是多層輸電導線的運行最小允許截面 的計算公式是按電壓損耗小于7%，環(huán)境溫度為0'C，上限溫度按導線長期工作允許的最高溫 度來設計的。
3. 如權(quán)利要求1所述的輸電線冰雪去除方法，其特征是雙層或多層輸電導線由導線、絕緣 層和帶絕緣層導線絞織而成，各個區(qū)域的導線還可以設置成不同的材料。
4. 如權(quán)利要求2所述的輸電線冰雪去除方法，其特征是各層導線發(fā)熱溫度的上限因?qū)Ь€材 料而不同，鋼絞線<125卩，鋼芯鋁絞線、鋁合金絞線<85°。，鋼芯鋁包鋁絞線<100匸，耐 熱鋁合金絞線〈20(TC。
5. 如權(quán)利要求1所述的輸電線冰雪去除方法，其特征是冰雪厚度開關和溫度開關設定值可 根據(jù)當?shù)氐臍夂颦h(huán)境和架空線路的設計要求調(diào)整，冰雪厚度調(diào)整值為大于6 20毫米，溫度調(diào) 整值為低于0~5°C ，切換復原時間調(diào)整值為5~60分鐘。
6. 如權(quán)利要求3所述的輸電線冰雪去除方法，其特征是雙層輸電導線的中心為鋼絞導線、 外層為鋁絞導線，內(nèi)外層導線的截面之比為1 : 6。
7. 如權(quán)利要求1所述的輸電線冰雪去除方法，其特征是在變壓器和架空輸電線路之間，設置高壓負荷開關，輸電導線被分成兩路。高壓負荷開關由電磁執(zhí)行器操作，電磁執(zhí)行器受控 于計算機控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)與信號接收器連接。
全文摘要
輸電線冰雪去除方法，屬于輸電線路維護技術。其方案是一個雙層或多層輸電導線路上安裝的冰雪感應器，一套與多層輸電導線相連接的切換開關，一個控制切換開關的計算機控制系統(tǒng)。當監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到惡劣天氣條件，一旦發(fā)現(xiàn)線路上覆冰和積雪，就會發(fā)出一個信號，控制一個與雙層或多層輸電導線相連接的開關切換到相應位置。從而減少輸電導線截面，升高導線溫度的方法。具有成本低，能耗省，不影響正常運行，自動控制，安全可靠的特點。
文檔編號H02G7/16GK101286382SQ20081006096
公開日2008年10月15日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者潤 李, 閆亞強, 陳云霞, 陶松壘, 陶鈞炳 申請人:浙江科技學院