输电线路除冰机器人除冰机构设计【带CAD图纸设计说明书】.zip输电线路除冰机器人除冰机构设计【带CAD图纸设计说明书】.zip

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湘潭大学兴湘学院 毕业论文(设计)任务书 论文(设计)题目: 输电线路除冰机器人除冰机构设计 学号: 2006183834 姓名: 欧阳武 专业: 机械设计制造及其自动化 指导教师: 张高峰 系主任: 一、主要内容及基本要求 2008 年湖南冰灾的形成原因,除冰机器人的国内外发展情况和程度,对输电线路 覆冰产生的负面效果的研究,对国内外除冰方式的分析,对国内相关专利的检索并综 合分析,设计出新的除冰机构。 二、重点研究的问题 通过除冰机构的改进,使除冰效率提升,是除冰机器人更加安全和实用。 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 2008 年湖南冰灾形成的原因,除冰机器人国 内外发展情况和程度 2010-3-20 2 对输电线路覆冰产生的负面效果的研究,对国 内外除冰方式的分析 2010-4-9 3 对国内外除冰方式的分析,对国内相关专利的 检索并综合分析 2010-4-25 4 设计新的除冰机构 2010-5-20 5 绘制除冰机构图纸 2010-5-31 6 编写说明书 2010-6-3 7 答辩 2010-6-7 四、应收集的资料及主要参考文献 [1]张屹,邵威,高虹亮,罗成. 高压输电线路除冰机器人的机构设计[J]. 三学大学学 报,2008.12,Vol.30 No.6:P69-72 [2]濮良贵,纪名刚. 机械设计[M]. 北京:高等教育出版社,2002. [3]蒋正龙,陆佳政,雷红才,黄福勇. 湖南 2008 年冰灾引起的倒塔原因分析[J]. 高 电压技术,2008.11,Vol.34 No.11:P2468-2474 [4]Serge Jourden. De—leer Installation at Lrvis Substation on Hydro Qurbec’s High Voltage System[J].SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY,20099,Vol.3 No.1:P1-6 [5]高虹亮,孟遂民,罗成,马小强.架空输电线路除冰机器人的结构设计[J].电力建 设,2009.3,Vol.30 No.3:P93-96 [6]甘辰予,陈劲生.LEGO 智能除冰机器人的设计[J].大众科技,2009.10,No.10. [7]杨振宇,范建中. 输电线路抗冰技术新进展[J].2009 输配电及电力系统论文集, 2009.No5. 湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目: 输电线路除冰机器人除冰机构设计 专 业: 机械设计制造及其自动化 学 号: 2006183834 姓 名: 欧阳武 指导教师: 张高峰 完成日期: 2010-6-3 湘 潭 大 学 兴湘学院 本科毕业设计(论文)开题报告 题 目 输电线路除冰机器人除冰机构设计 姓 名 欧阳武 学号 2006183834 专 业 机械设计者及其自动化 班级 一班 指导教师 张高峰 职称 副教授 填写时间 2010 年 4 月 24 日 2010 年 4 月 说 明 1.根据湘潭大学《毕业设计(论文)工作管理规定》,学生必须撰写 《毕业设计(论文)开题报告》,由指导教师签署意见,系主任批准后实 施。 2.开题报告是毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查 的依据材料之一。学生应当在毕业设计(论文)工作前期内完成,开题 报告不合格者不得参加答辩。 3.毕业设计(论文)开题报告各项内容要实事求是,逐条认真填写。 其中的文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中 文表达。第一次出现缩写词,须注出全称。 4.本报告中,由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描 述,应不少于 2000 字。 5.开题报告检查原则上在第 2~4 周完成,各系完成毕业设计开 题检查后, 应写一份开题情况总结报告。 6. 填写说明: (1) 课题性质 :可填写 A.工程设计;B. 论文;C. 工程技术研究;E.其它。 (2) 课题来源:可填写 A.自然科学基金与部、省、市级以上科研课题; B.企、事业单位委托 课题;C.校级基金课题;D.自拟课题。 (3) 除自拟课题 外,其它课题必须要填写课题的名称。 (4) 参考文献不能少于 10 篇。 (5) 填写内容的字体大小为小四,表格所留空不够可增页。 本科毕业设计(论文)开题报告 学生姓名 欧阳武 学 号 2006183834 专 业 机械设计者及其自动化 指导教师 张高峰 职 称 副教授 所在系 兴湘学院 课题来源 D 课题性 质 A 课题名称 输电线路除冰机器人除冰机构设计 一、选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况 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。 二、研究内容、预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案 和主要措施 2008 年湖南冰灾的形成原因,除冰机器人的国内外发展情况和程度,对输 电线路覆冰产生的负面效果的研究,对国内外除冰方式的分析,对国内相关专 利的检索并综合分析,设计出新的除冰机构。 其关键技术由国家 863 计划的巡线机器人做动力,行走,越障和控制方面 为设计的基础,再由湖南大学 2009 年的除冰机器人各个除冰专利为参考,还加 上 08 年后各个期刊杂志上的除冰方法和机构设计为支持,完成自己的设计。 通过对覆冰原理和输电线路参数的分析得出最大覆冰限度 20cm 时进行除冰, 然后对除冰机构的高效组合的形式进行匹配性的讨论,最后得出新的除冰机构 的设计。 三、主要特色及工作进度 工作进度: 第 4 周:2008 年湖南冰灾形成的原因,除冰机器人国内外发展情况和程度 第 5 周:对输电线路覆冰产生的负面效果的研究 第 5 周:对国内外除冰方式的分析 第 6 周~第 9 周:对国内外除冰方式的分析,对国内相关专利的检索并综合分析 第 10 周~第 12 周: 设计新的除冰机构,绘制除冰机构图纸 第 13 周: 编写设计说明书、翻译英文资料 第 14 周: 准备毕业答辩 主要特色: 通过除冰机构的改进,使除冰效率提升,是除冰机器人更加安全和实用,并提出微 波融冰技术和机械除冰复合除冰的高效除冰方式。 四、主要参考文献(按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出) [ 1] 张 屹 , 邵 威 , 高 虹 亮 , 罗 成 . 高 压 输 电 线 路 除 冰 机 器 人 的 机 构 设 计 [J].三 学 大 学 学 报 , 2008.12, Vol.30 No.6: P69-72 [ 2] 濮 良 贵 , 纪 名 刚 . 机 械 设 计 [M]. 北 京 :高 等 教 育 出 版 社 , 2002. [ 3] 蒋 正 龙 , 陆 佳 政 , 雷 红 才 , 黄 福 勇 . 湖 南 2008 年 冰 灾 引 起 的 倒 塔 原 因 分 析 [J].高 电 压 技 术 , 2008.11, Vol.34 No.11: P2468-2474 [ 4] Serge Jourden. De—leer Installation at Lrvis Substation on Hydro Qurbec’s High Voltage System[J].SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY, 20099, Vol.3 No.1: P1-6 [ 5] 高 虹 亮 , 孟 遂 民 , 罗 成 , 马 小 强 .架 空 输 电 线 路 除 冰 机 器 人 的 结 构 设 计 [J].电 力 建 设 , 2009.3, Vol.30 No.3: P93-96 [ 6] 甘 辰 予 , 陈 劲 生 .LEGO 智 能 除 冰 机 器 人 的 设 计 [J].大 众 科 技 , 2009.10, No.10. [ 7] 杨 振 宇 , 范 建 中 . 输 电 线 路 抗 冰 技 术 新 进 展 [J].2009 输 配 电 及 电 力 系 统 论 文 集 , 2009.No5. 指导教师 意 见 指导教师签名: 年 月 日 系意见 系主任签名: 年 月 日 院意见 教学院长签名: 年 月 日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文(设计)评阅表 学号 2006183834 姓名 欧阳武 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文(设计)题目: 输电线路除冰机器人除冰机构设计 评价项目 评 价 内 容 选题 1.是否符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求,达到 综合训练的目的; 2.难度、份量是否适当; 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。 能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力; 2.是否有综合运用知识的能力; 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力; 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力; 5.工科是否有经济分析能力。 论文 (设计) 质量 1.立论是否正确,论述是否充分,结构是否严谨合理;实验是否正确,设 计、计算、分析处理是否科学;技术用语是否准确,符号是否统一,图表 图纸是否完备、整洁、正确,引文是否规范; 2.文字是否通顺,有无观点提炼,综合概括能力如何; 3.有无理论价值或实际应用价值,有无创新之处。 综 合 评 价 评阅人: 2010 年 5 月 日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文(设计)鉴定意见 学号: 2006183834 姓名: 欧阳武 专业: 机械设计制造及其自动化 毕业论文(设计说明书) 页 图 表 张 论文(设计)题目: 输电线路除冰机器人除冰机构设计 内容提要: 通过覆冰原理分析和湖南冰灾工况分析,进一步了解了国内外除冰机器人 的构造和组成的模块,及其各模块的功能和及局限性,以利于设计时明确设计意图和 设 计关键注意的地方,以求得发展性的设计。在对专利和实际工况中进行分析和匹配, 求 的适合湖南省的除冰机器人的机构设计,增加设计的实用性和经济型。在能源方面通 过 对各个除冰方法的总结和能源利用的多少进行分析,采用机械复合式除冰以节约能源。 绘出复合式除冰装配示意图,复合除冰机构图纸,解析说明运动方式及其功用。并在 此 前提上提出展望式的微波机械复合式除冰机器人的设计,由于能源方面有待解决,只 提 出方案和部分图纸。总结此次设计,对除冰机器人有了综合性的评述,对除冰方式分 析 和除冰结构方面做出了新的复合性设计方案,以推进除冰机器人的发展和制造方面的 优 化。 指导教师评语 指导教师: 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长: 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任: 年 月 日 I 输电线路除冰机器人除冰机构设计 摘要 分析湖南 2008 年冰灾引起的倒塔原因,现场调查了 2008 年湖南冰灾期间≥220 kV 输电线路的受损情况,发现倒塔线路覆冰厚度主要集中在 20~60 mm ,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的原因. 从而制造输电线路上的除冰机器人成为必要,由国家 863 计划和 08 年后的除冰机器人的研 究和综合分析,设计一个由各个选用模块组成的高效除冰机器人。 关键词 巡线机器人 除冰机器人 除冰机构 除冰方法 冰灾 II Mechanical Design of a Robot for Deicing Transmission Lines Abstract The damage of the transmission lines in Hunan during the 2008 ice storm is surveyed and the main causes for the tower collapses and line failures are analyzed.It is found that the ice accretion thickness on the failed Iines mostly falls in the range of 20~60mm which is well beyond the designed standard.In addition,the situation may be worsened by the nonhomogeneity of the ice accretion due to microtopography and micrometeorology conditions,spandistance,and the imbalanced tension caused by vertical load。Thus the ice on the transmission in manufacturing, it becomes necessary to design a comprehensive analysis of each choose modules of efficient deicing robot by national 863 plan and 8 years of study and the deicing robot. Key words line patrol robot deicing robot deicing institutions deicing method Ice plagues 目录 摘要…………………………………………………………………… Ⅰ Abstract………………………………………………………………Ⅱ 第一章 绪言……………………………………………………………1 1.1 引言…………………………………………………………………………1 1.2 湖南省 2008 年冰灾的电网分析……………………………………2 第二章 覆冰原理…………………………………………………… 4 第三章 输电线路覆冰的危害……………………………………… 5 3.1 线路过荷载……………………………………………………… 5 3.2 不均匀覆冰或不同期脱冰……………………………………… 5 3.3 绝缘子串冰闪…………………………………………………… 5 3.4 导线覆冰舞动…………………………………………………… 5 第四章 除冰方法 ………………………………………………… 6 第五章 巡线机器人 ……………………………………………… 8 5.1 巡线机器人机构 ……………………………………………… 9 5.2 工作电源………………………………………………………… 10 5.3 控制系统………………………………………………………… 10 第六章 除冰机器人机构……………………………………………11 第七章 国内除冰机器人专利……………………………………… 14 7.1 一种线缆除冰机器人……………………………………………14 7.2 输变线路除冰机器人……………………………………………14 7.3 一种可跨越障式多分裂除冰机器人……………………………15 7.4 高压输电线路导线除冰方法与装置……………………………16 7.5 电力设施的微波除冰装置和除冰方法…………………………16 第八章 除冰机构专利………………………………………………18 8.1 三机械臂架空线除冰机器人多功能夹持机构…………………18 8.2 一种除冰机器人的挂线驱动机构………………………………18 8.3 一种导线可越障机器人行走装置………………………………19 8.4 一种架空线除冰机器人的制动机构……………………………20 8.5 架空线除冰机器人的除冰机构…………………………………21 第九章 综合设计除冰机器人……………………………………… 22 9.1 除冰机器人总装示意图………………………………………… 22 9.2 除冰机器人结构和步骤………………………………………… 23 9.3 除冰机器人各组装模块…………………………………………23 9.4,除冰机器人复合除冰…………………………………………… 25 结论………………………………………………………………… 28 致谢………………………………………………………………… 29 参考文献…………………………………………………………… 30 附录 1 ………………………………………………………………31 1 毕业设计论文 输电线路除冰机器人除冰机构设计 2 输电线路除冰机器人除冰机构设计 摘要 分析湖南 2008 年冰灾引起的倒塔原因,现场调查了 2008 年湖南冰灾期间≥220 kV 输电线路的受损情况,发现倒塔线路覆冰厚度主要集中在 20~60 mm ,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的原因. 从而制造输电线路上的除冰机器人成为必要,由国家 863 计划和 08 年后的除冰机器人的研 究和综合分析,设计一个由各个选用模块组成的高效除冰机器人。 关键词 巡线机器人 除冰机器人 除冰机构 除冰方法 冰灾 3 Mechanical Design of a Robot for Deicing Transmission Lines Abstract The damage of the transmission lines in Hunan during the 2008 ice storm is surveyed and the main causes for the tower collapses and line failures are analyzed.It is found that the ice accretion thickness on the failed Iines mostly falls in the range of 20~60mm which is well beyond the designed standard.In addition,the situation may be worsened by the nonhomogeneity of the ice accretion due to microtopography and micrometeorology conditions,spandistance,and the imbalanced tension caused by vertical load。Thus the ice on the transmission in manufacturing, it becomes necessary to design a comprehensive analysis of each choose modules of efficient deicing robot by national 863 plan and 8 years of study and the deicing robot. Key words line patrol robot deicing robot deicing institutions deicing method Ice plagues 4 目录 摘要…………………………………………………………………… Ⅰ Abstract………………………………………………………………Ⅱ 第一章 绪言……………………………………………………………1 1.1 引言…………………………………………………………………………1 1.2 湖南省 2008 年冰灾的电网分析……………………………………2 第二章 覆冰原理…………………………………………………… 4 第三章 输电线路覆冰的危害……………………………………… 5 3.1 线路过荷载……………………………………………………… 5 3.2 不均匀覆冰或不同期脱冰……………………………………… 5 3.3 绝缘子串冰闪…………………………………………………… 5 3.4 导线覆冰舞动…………………………………………………… 5 第四章 除冰方法 ………………………………………………… 6 第五章 巡线机器人 ……………………………………………… 8 5.1 巡线机器人机构 ……………………………………………… 9 5.2 工作电源………………………………………………………… 10 5.3 控制系统………………………………………………………… 10 第六章 除冰机器人机构……………………………………………11 第七章 国内除冰机器人专利……………………………………… 14 7.1 一种线缆除冰机器人……………………………………………14 7.2 输变线路除冰机器人……………………………………………14 7.3 一种可跨越障式多分裂除冰机器人……………………………15 7.4 高压输电线路导线除冰方法与装置……………………………16 7.5 电力设施的微波除冰装置和除冰方法…………………………16 第八章 除冰机构专利………………………………………………18 8.1 三机械臂架空线除冰机器人多功能夹持机构…………………18 8.2 一种除冰机器人的挂线驱动机构………………………………18 8.3 一种导线可越障机器人行走装置………………………………19 8.4 一种架空线除冰机器人的制动机构……………………………20 8.5 架空线除冰机器人的除冰机构…………………………………21 第九章 综合设计除冰机器人……………………………………… 22 9.1 除冰机器人总装示意图………………………………………… 22 9.2 除冰机器人结构和步骤………………………………………… 23 9.3 除冰机器人各组装模块…………………………………………23 5 9.4,除冰机器人复合除冰…………………………………………… 25 结论………………………………………………………………… 28 致谢………………………………………………………………… 29 参考文献…………………………………………………………… 30 附录 1 ………………………………………………………………31 6 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。 7 电动机除冰装置的示意图和实际工作图 1.2 湖南省 2008 年冰灾的电网分析 全球气候正经历以变暖为主要特征的变化,气候变暖导致“厄尔尼诺”和 “拉尼娜”等极端天气气候事件的频率与强度明显增加,输电线路所处地质条 件复杂,容易遭受冰灾等极端天气的影响,目前国内外对已多次发生的输电线 路冰灾事故进行了相关的研究。2008 年年初袭击湖南的持续低温、雨雪、冰冻 天气过程来 I 临之前,湖南温度偏高、空气干燥。湖南东、南、西部三面环山, 向中部、北部过渡为丘陵和平地,冷空气袭击湖南后,湖南降温迅速,冷暖空 气交汇形成的锋面逆温强度大,加上湖南北低南高的地势使逆温层得以加强, 地势陡增处南下冷空气因推进受阻而徘徊驻留,随着暖湿气流不断补充,易形 成长时间降雨、冰冻,形成持续的雨凇。由于降温迅速,湘西高海拔山区和纬 度较高的湘北地区地表气温低,但降水主要集中在湘南、湘中、湘东,且停留 时间较长,导致湘南、湘中、湘东冰冻灾害强于湘北和湘西高海拔山区。湖南 电网冰冻灾害是在大尺度天气形势控制下形成的,拉尼娜现象起到推波助浪的 作用,冰冻灾害受损范围与程度具有较强的微地形影响特征。长时间的低温 (0~﹣5℃)、降水过程为覆冰提供了适宜条件。 2008 年初,受冷暖空气共同影响,湖南从 01-11/02-07,共出现 4 次明显 的雨雪天气过程,这次持续时间长的冻雨和冰冻天气给湖南电网带来了灾难性 的影响。湖南省电力公司 500 kV 线路 33 条有 14 条线路倒塔 182 基,变形 75 基,导线断线或受损 159 处,地线断线或受损 322 处;220 kV 有 44 条线路倒 塔 679 基,110 kV 有 121 条倒塔 1864 基;≤35 kV 高压线路倒杆 6 万 4 千多基, 发生断线超过 5 万处;低压线路倒杆断杆 33 万多基,断线近 37 万处,在整个 冰冻期间,发生了多次电网解裂和衡阳、郴州等地区大面积停电事故,使湖南 电网受了有史以来最严峻的威胁,直接经济损失数 10 亿元。 8 现场调查了 2008 年湖南冰灾期间≥220 kV 输电线路的受损情况,发现倒 塔线路覆冰厚度主要集中在 20~60 mm,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的 原因。 江城线 4979—4983 段的冰情照片 2005 年湖南冰灾后对覆冰倒塌的杆塔以及选择性选取的一些重要杆塔进行 了改造,7 条 500 kV 线路新增和改造杆塔共 142 基,220 kV 共 9 条线路增加和 改造铁塔 32 基,通过对局部区域杆塔更换塔型(将自立塔改为加强型转角耐张 塔)、采用提高一级覆冰设计厚度(将 15mm 覆冰设计改为 20mm)等措施提高杆塔 的抗冰强度,通过新增杆塔缩小设计档距、缩短耐张段的距离,减少单基铁塔 所受的重力荷载等技术措施进行改造,2008 年这些改造的 500 kV 杆塔未发生 倒塌现象,220 kV 有 2 基因仅对主材加厚,在此次冰灾中发生扭曲受损,在同 一区域有 3 基未改的杆塔发生了倒塌。因此对杆塔抗冰强度适当加强,是防止 覆冰倒塌的最好措施之一。 为应对冰冻灾害的影响,应进一步完善重大灾害的应急预案;按照差异化 原则,易覆冰区段线路按 20mm 及以上覆冰设计,建设电网最小骨干网架;加快 覆冰机理、融冰技术和冰情监测的研究和应用,覆冰期间提高重要线路的需送 容量防止导线结冰,深入开展微地形、微气象的监测和冰区分布图的绘制工作。 9 第二章 覆冰原理 影响导线覆冰因素很多,主要包括:气象条件、地理及地形条件、海拔高 程、导线悬挂高度、导线直径、水滴直径、电场强度等。 按不同的分类方法,导线覆冰类型可分为: (1)按冰的表现特性分为:雨凇、雾凇、混合凇、积雪和白霜等[1, 5, 6]; 雨凇是过冷却的降水碰到温度等于或低于 0℃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,其密度较大,一般为 0.85g/cm3。雾凇分 为两种:一种是粒状雾凇,即过冷却雾滴碰到冷的物体后迅速结成粒状小冰块, 其结构较为紧密;另一种是晶状雾凇,结构较松散,稍有震动就有脱落。一般 雾凇密度为 0.25g/cm3。混合凇是过冷却水滴在导线的迎风面形成的雨凇和雾 凇混合冻结的不透明或半透明覆冰,密度在 0.26~0.6 g/cm3,黏附力较强。 积雪为黏附在导线上的自然降雪,有干、湿之分。干雪密度≤0.1g/cm3,粘附 力很弱;湿雪密度 0.1~0.5 g/cm3,粘附力较弱。白霜是空气中的湿气与 0℃ 以下的冷物体表面 接触凝结而成,对导线威胁不大,但会增加输电线路的电晕损失[7]。冻雨 覆冰形成的雨凇因密度大、附着力强,对架空输电线路的危害最大,08 年初的 南方电力冰灾主要由该原因造成。 (2)按冰的形成机理分为:降水覆冰、云中覆冰和升华覆冰; (3)按冰在导线上的横截面形状分为:圆形或椭圆形覆冰、翼型覆冰和新 月形等,如图 1 所示。 (4)按冰在导线表面的增长过程分为:干增长、湿增长[1]。这种分类利 于分析导线覆冰的形成机理及形成过程中的热平衡及热传递。雾淞和干雪是干 增长覆冰过程,雨淞和湿雪是湿增长覆冰过程,而混合淞是介于二者间的一种 覆冰过程。 10 导线覆冰截面图 第三章 输电线路覆冰的危害 3.1 线路过荷载 线路覆冰时,导线将承受数百到数千 kg 的荷载,导线和覆冰重量产生的拉 力将通过导线、金具、绝缘子传递给杆塔,杆塔再传递给拉线,只要其中一个 环节承受不住拉力,就将出现倒杆和断线事故,并往往会扩展至一个耐张段。 3.2 不均匀覆冰或不同期脱冰 相邻档线路不均匀覆冰或不同期脱冰都会产生张力差,使导线在线夹内滑 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,造成线夹另 一侧的铝股发生颈缩,拥挤在线夹附近,长达 1~20m。不均匀覆冰的张力差是 静荷载,而不同期脱冰为动荷载,二者有所不同。其次,直线杆塔承受邻档的 张力差,会使绝缘子串产生较大偏移,碰撞横担而造成损伤。再次,当张力差 达到一定程度后,会使横担转动,导线碰撞拉线,电气间隙减小而烧断拉线, 杆塔因失去拉线支持后倒塌。 3.3 绝缘子串冰闪 冰闪为污闪的一种特殊形式。绝缘子严重覆冰时,大量伞形冰凌桥接,泄 漏距离缩短,绝缘强度降低。融冰过程中,冰体表面水膜因溶解污秽中的电解 质而形成导电水膜,使得绝缘子串的电压分布发生畸变,闪络电压被降低。融 冰时期常伴有大雾,使大气中的污秽微粒进一步增加融化冰水导电率,形成冰 闪。冰闪的持续电弧将烧伤绝缘子,绝缘强度降低。 3.4 导线覆冰舞动 由于覆冰形状的不对称,改变了导线的空气动力学特性。当风速在 4~20m/s,且风向与线路走向≥45°时,导线具有较好的空气动力性能,在风 的激励下产生低频高幅振荡。轻者发生闪络、跳闸,重者发生金具及绝缘子损 坏,导线断股、断线,杆塔倾斜、倒塌等电气事故。 11 第四章 除冰方法 序号 方法 定类 数据 消耗能量 比较系数 1 融冰 (3mm) 除冰 理论 904 100 2 航空标准 除冰法 除冰 实验 400 44 3 融冰 (1mm) 除冰 理论 301 33 4 射频+铲刮 除冰 实验 305 34 5 加热法 防冰 实验 180 20 6 红外线 除冰 实验 170 19 7 激光+铲刮 除冰 实验 120 13 8 形记合金 除冰 理论 72 8 9 气动脉冲 (50Ls) 除冰 实验 6.8 0.75 10 电磁脉冲 除冰 实验 2.3 0.25 11 气动低环 除冰 理论 0.9 0.06 12 铲刮 除冰 理论 0.2 0.02 13 碰撞试验 除冰 实验 0.011 0.0012 14 牵引试验 除冰 实验 0.007 0.00069 适用于输电线路的机械除冰技术 使用机械外力手工或自动强制使覆冰脱落的除冰方法,称为机械除冰方法。 研制机械除冰方法的历史远早于其他类型的除冰、防冰方法。机械法是针对输 电线路的,有“ad hoc”法、滑轮辗压铲刮法和强力振动法,滑轮辗压铲刮法 达到了实用水平。 “adhoc”法由 Phlman 和 Landers 于 1982 年提出,它需要线路操作者在现 场执行。并且处理方法千变万化,包括敲打、撞击等。当线路停电,可以触及 到冰时,可采用手工除冰,从地面向导线、避雷线抛掷短木棍将覆冰打掉,或 用木棒、竹竿敲打。在线路带电时,应用与线路电压等级相符的绝缘棒敲打。 此外,也可用木制套圈套在导线上,用绳子顺着导
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