一種感應(yīng)跨步電壓在高壓線上使用電熱絲仿剃刀式切冰的裝置開發(fā)

黎志勇 歐陽業(yè) 龔翔

摘 要：高壓輸電線是維持我國(guó)電力供應(yīng)的重要線路，但高壓線路在冬天經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象，結(jié)冰雖然不會(huì)影響線路的正常通電，但冰塊懸掛在線路上會(huì)給線路帶來巨大的承力負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重的會(huì)使線路斷裂，影響附近地區(qū)的供電。而目前我國(guó)尚缺乏對(duì)于高壓線路除冰的良好方式，而本文則設(shè)計(jì)了一種剃刀式高壓線路切冰裝置，通過電熱絲對(duì)高壓線路上的冰塊進(jìn)行切除，對(duì)于保障我國(guó)冬天的供電非常有幫助。

關(guān)鍵詞：高壓線;輸電線路;除冰技術(shù)

高壓線路結(jié)冰是我國(guó)北方冬天一種常見的輸電線路事故，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自我國(guó)建國(guó)以來至今因高壓輸電線路結(jié)冰導(dǎo)致的停電等事故多達(dá)數(shù)千起。輸電線路結(jié)冰不僅會(huì)導(dǎo)致線路因承力過大斷裂，當(dāng)冰塊融化時(shí)，很可能會(huì)導(dǎo)致輸電線路因短路而燒毀，造成停電或人員觸電等事故。我國(guó)研究人員對(duì)于輸電線路除冰防曬的研究較為重視，目前已經(jīng)研究出幾種除冰的方式，但均存在明顯缺點(diǎn)。因此研究適用于高壓輸電線路的除冰方式，對(duì)于保障我國(guó)北方地區(qū)冬天的正常供電具有重大意義。

1 傳統(tǒng)除冰方式

1.1 熱力除冰法

熱力除冰法本質(zhì)上是利用高壓輸電線路通電所產(chǎn)生的熱量將冰塊融化的一種方式，具體來說有過電流融冰法、短路融冰法和直流融冰法。

1.1.1 過電流融冰法

過電流融冰法是在輸電線路上通大電流，利用大電流產(chǎn)生的熱量將冰塊融化的方式。但這種方式需要對(duì)輸電線路供電地區(qū)進(jìn)行停電，同時(shí)受環(huán)境氣溫影響很大，寒冷天氣難以使用。

1.1.2 短路融冰法

此方法是將輸電線路短接，利用短接放熱融化冰塊，在湖南地區(qū)的輸電線路中有應(yīng)用。但這種方式操作繁瑣復(fù)雜，且需要對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行頻繁修改。

1.1.3 直流融冰法

直流融冰法是利用直流電的低電壓與大電流的優(yōu)勢(shì)，在電路中通直流電從而將冰塊融化。但大電流的直流電源應(yīng)用成本較高，且輸電線路的負(fù)載波動(dòng)對(duì)除冰效果影響較大。

1.2 機(jī)械除冰法

機(jī)械除冰法是指利用機(jī)械力將線路上的冰塊除去的方式，主要有ad hoc法、滑輪鏟刮法和電磁除冰法。

1.2.1 ad hoc法

此方法是使用敲打的方式去除線路上的冰塊，但這種方式效率非常低，僅適用于10kV以下的電路，應(yīng)用范圍較小。

1.2.2 滑輪鏟刮法

此方法通過操作人員控制線路滑輪的方式的使導(dǎo)線彎曲，冰塊在導(dǎo)線彎曲的影響下碎裂并脫落。這種方式效率較高且成本低廉，但受地形限制較大，在寒冷天氣效果不好。

1.2.3 電磁除冰法

此方法是指利用向?qū)Ь€中通以特殊的電流使導(dǎo)體產(chǎn)生相互吸引的電磁力而碰撞將冰塊撞落。但這種方式會(huì)帶來電壓降問題，且對(duì)于分布密度較低的線路無法使用。

2 適用于高壓線路上的電熱絲剃刀式除冰裝置

本文吸收了上述幾種傳統(tǒng)除冰方式的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了一種自熱式剃刀除冰裝置，該裝置利用電熱絲通電產(chǎn)生的熱量，配合專用的除冰刀具剔除輸電線路上的冰塊，具備適應(yīng)性好、效率高、使用成本低等優(yōu)勢(shì)，適用于各種地形下的高壓輸電線路的除冰工作。

2.1 技術(shù)原理

結(jié)合傳統(tǒng)的滑輪鏟刮法與熱能融冰法的優(yōu)勢(shì)，在剔除冰塊的剃刀中加入電熱絲，電熱絲通電時(shí)產(chǎn)生熱量，高溫的剃刀具有非常快的除冰速度，可以有效剔除線路上的厚冰層與殘留冰塊。

2.2 裝置構(gòu)成

裝置由充電模塊、加熱模塊、自行進(jìn)模塊與剃刀構(gòu)成。

2.2.1 充電模塊

充電模塊由三電平逆變器構(gòu)成，利用高壓線路中的電流完成對(duì)裝置的充電功能，可供裝置的自行進(jìn)以及電阻絲的加熱。

2.2.2 加熱模塊

由纏繞在剃刀上的電阻絲構(gòu)成，當(dāng)電阻絲通電時(shí)，會(huì)給剃刀傳導(dǎo)大量的熱，配合剃刀的機(jī)械裝置，增強(qiáng)除冰的效果。

2.2.3 自行進(jìn)模塊

整個(gè)裝置直接安裝在通電的線路上，裝置通過滑輪等結(jié)構(gòu)可在導(dǎo)線上自行進(jìn)，同時(shí)利用加熱的剃刀在行進(jìn)過程中剔除導(dǎo)線上附著的冰塊。

2.2.4剃刀

裝置的剃刀形狀與傳統(tǒng)的破冰刀相似，但其因具備發(fā)熱功能，可結(jié)合機(jī)械除冰與電熱除冰的優(yōu)勢(shì)，加快除冰速度。

2.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

本裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝與部署簡(jiǎn)單快捷，使用成本較低，可適用于北方寒冷地區(qū)以及南方部分地區(qū)的高壓輸電線路除冰工作。

對(duì)于傳統(tǒng)除冰裝置無法使用的特高壓輸電線路，如35kV、110kV、220kV線路，本裝置稍加改進(jìn)即可應(yīng)用，可有效應(yīng)對(duì)特高壓輸電線路結(jié)冰問題。

本裝置具備自充電與行進(jìn)裝置，可在行進(jìn)過程中完成除冰與充電的工作，無需人工干預(yù)，除冰過程簡(jiǎn)單迅速。

本裝置結(jié)合機(jī)械除冰與熱能除冰的雙重優(yōu)勢(shì)，可以在有效去除厚冰層的同時(shí)去除線路上的殘冰，去冰效果較好。

3 結(jié)論

輸電線路結(jié)冰導(dǎo)致的線路斷裂、停電問題一直是困擾我國(guó)電力部門的一大難題，而本文結(jié)合傳統(tǒng)除冰方式的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，研發(fā)了一種電熱式自行進(jìn)的剃刀除冰裝置。該裝置由充電模塊、加熱模塊與自行進(jìn)模塊構(gòu)成，具有部署簡(jiǎn)單、成本低、使用方便、除冰效率高的優(yōu)勢(shì)，期待本文的內(nèi)容能夠?yàn)槲覈?guó)寒冷地區(qū)輸電線路除冰工作提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建偉，周婭，黃祖欽，等.高壓輸電線路除冰技術(shù)綜述[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，（5）：290-292.

[2]解勇.一種高壓線除冰機(jī)器人行走越障系統(tǒng)的研究[D].北京林業(yè)大學(xué)，2014.