本發(fā)明涉及直流融冰領(lǐng)域，特別是涉及一種對(duì)覆冰線路采用脈沖直流融冰的仿真實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

直流融冰主要是通過(guò)對(duì)輸電線路施加直流電壓并在輸電線路末端進(jìn)行短路，使導(dǎo)線發(fā)熱對(duì)輸電線路進(jìn)行融冰，從而避免線路因結(jié)冰而倒桿斷線。直流融冰技術(shù)的原理就是將覆冰線路作為負(fù)載，施加直流電源，用較低電壓提供短路電流加熱導(dǎo)線使覆冰熔化。但對(duì)于施加的電流功率，持續(xù)時(shí)間等直流電流的融冰操作參數(shù)規(guī)程的選擇主要是依靠直流功率與目標(biāo)線路的電阻率來(lái)大致?lián)Q算一個(gè)直流電流的融冰技術(shù)規(guī)程，并通過(guò)相關(guān)直流電流的融冰經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作。如對(duì)于常用的LGJ240導(dǎo)線，在環(huán)境溫度為-5℃，覆冰厚度10mm時(shí)，電流選擇600A以上，在2.5h左右，有融冰掉落。

值得注意的是，覆冰線路通入直流電流進(jìn)行融冰時(shí)，輸電線路上的溫度并非是均勻的。導(dǎo)致溫度不均勻的原因有：一、直流電流經(jīng)過(guò)的輸電線路的線徑不均勻。輸電線路上存在線路壓接關(guān)節(jié)或防震金具等連接在輸電線路上的器件，會(huì)使得輸電線路的局部出現(xiàn)塑性變形，導(dǎo)致輸電線路的線徑不均勻，進(jìn)而致使輸電線路上的溫度不均勻。二、直流電流經(jīng)過(guò)的輸電線路的電阻不均勻。鋼芯鋁絞線局部區(qū)域絞制松弛，鋁股、鋼股之間出現(xiàn)接觸電阻，在通入恒定的電流時(shí)，導(dǎo)致直流融冰操作過(guò)程中絞制松弛的區(qū)域電阻較高，因此該絞制松弛的區(qū)域的溫度也較高，使輸電線路的溫度不均勻。而且在恒定直流電流的作用下，上述輸電線路的局部區(qū)域的溫度遠(yuǎn)高于輸電線路的平均溫度（計(jì)算溫度），那么在持續(xù)通入恒定直流電流后，該局部區(qū)域的輸電線路表面的冰會(huì)受熱蒸發(fā)直接升華成水蒸氣，當(dāng)遇到很低的外界溫度時(shí)，水蒸氣會(huì)在外層覆冰上再次凝華，周而復(fù)始，就會(huì)大大降低直流融冰效率，由此形成的大量覆冰嚴(yán)重影響輸電線路及鐵塔的安全；同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)輸電線路局部集中發(fā)熱的問(wèn)題，導(dǎo)致輸電線路的性能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)覆冰線路采用脈沖直流融冰的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)以解決輸電線路中結(jié)冰的問(wèn)題，從而長(zhǎng)時(shí)間保證線路性能的穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：一種對(duì)覆冰線路采用脈沖直流融冰的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，包括：覆冰線路、直流電流發(fā)生裝置、短路接線、測(cè)溫元件、溫度顯示單元，其特征在于：所述的直流電流發(fā)生器與脈沖電流發(fā)生控制器相連接；脈沖電流發(fā)生控制器的正負(fù)極與所述覆冰線路一端的兩側(cè)相連接，覆冰線路的另一端的兩側(cè)短路接線；所述的測(cè)溫元件安裝在覆冰線路的鋼芯鋁絞線不同區(qū)域位置，測(cè)溫元件輸出端與溫度顯示單元輸入端連接。

所述的直流電流發(fā)生裝置包括直流電流發(fā)生器和控制器；所述的控制器安裝在所述直流電流發(fā)生器內(nèi)部。

所述的直流電流發(fā)生器外部安裝有調(diào)整旋鈕。

所述的直流電流發(fā)生裝置電源輸入端與外部電源連接。

所述的測(cè)溫元件為K型熱電偶。

所述的溫度顯示單元為數(shù)顯示式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：本發(fā)明采用脈沖電流的方法進(jìn)行覆冰線路熱力融冰進(jìn)行試驗(yàn)，利用試驗(yàn)方法證明了融冰效果明顯，從而避免了未經(jīng)試驗(yàn)的裝置實(shí)用性不夠的問(wèn)題，該方案通過(guò)在輸電線路上電流在一定周期內(nèi)的增加或減少，保證了線路上維持均勻穩(wěn)定的溫度范圍，一方面可防止持續(xù)通入恒定直流電而持續(xù)升溫導(dǎo)致的覆冰先升華再凝華反復(fù)結(jié)冰現(xiàn)象，使得輸電線路的覆冰逐漸融化成水滴落，提高融冰效率；另一方面通過(guò)對(duì)電流周期性增減的控制來(lái)滿足線路溫度的穩(wěn)定，預(yù)防了采用恒定電流時(shí)線路上局部區(qū)域持續(xù)發(fā)熱而導(dǎo)致溫度過(guò)高，從而造成線路力學(xué)性能降低的問(wèn)題。

說(shuō)明書(shū)附圖

圖1 為本發(fā)明實(shí)施例仿真技術(shù)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2位本發(fā)明熱電偶安裝示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1-2所示，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)覆冰線路采用脈沖直流融冰的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，包括：覆冰線路、直流電流發(fā)生裝置、短路接線、測(cè)溫元件、溫度顯示單元，其特征在于：所述的直流電流發(fā)生器與脈沖電流發(fā)生控制器相連接；脈沖電流發(fā)生控制器的正負(fù)極與所述覆冰線路一端的兩側(cè)相連接，覆冰線路的另一端的兩側(cè)短路接線；所述的測(cè)溫元件安裝在覆冰線路的鋼芯鋁絞線不同區(qū)域位置，測(cè)溫元件輸出端與溫度顯示單元輸入端連接。

所述的直流電流發(fā)生裝置包括直流電流發(fā)生器和控制器；所述的控制器安裝在所述直流電流發(fā)生器內(nèi)部。

所述的直流電流發(fā)生器外部安裝有調(diào)整旋鈕。

所述的直流電流發(fā)生裝置電源輸入端與外部電源連接。

所述的測(cè)溫元件為K型熱電偶。

所述的溫度顯示單元為數(shù)顯示式。

試驗(yàn)時(shí)由于在輸變電線路的鋼芯鋁絞線中的鋼芯為冷拔鋼絲，鋁股也為冷拔鋁股，所述冷拔鋼絲（鋼絲）和冷拔鋁股（鋁股）均屬于冷拔金屬，冷拔金屬的特點(diǎn)在于通過(guò)冷變形進(jìn)而強(qiáng)化。鋼絲及鋁股中，由于冷變形，鋼絲和鋁股產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，位錯(cuò)密度的上升，提高了鋼絲以及鋁股的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度，在這種條件下，絞制的鋼芯鋁絞線具有較高的使用載荷。但是，這種冷變形線材在經(jīng)歷了一定的溫度后，就會(huì)發(fā)生恢復(fù)，即在一定溫度與時(shí)間的作用下，位錯(cuò)恢復(fù)，密度降低，因此其力學(xué)性能也會(huì)發(fā)生明顯的降低。在一些輸電線路失效分析報(bào)告中，一些鋼芯鋁絞線在異常服役溫度條件下，其中的鋼絲，可由正常條件下的1500-1700MPa降低為1000-1200MPa，鋁絞線可由170MPa降低為80MPa。在這樣的條件下，整個(gè)鋼芯鋁絞線在持續(xù)的服役過(guò)程中，就開(kāi)始從這些性能降低的薄弱環(huán)節(jié)開(kāi)始出現(xiàn)破壞，最終導(dǎo)致斷裂。在完成覆冰操作后，一些線路中出現(xiàn)了異常的斷股，甚至斷線的報(bào)告，在斷線區(qū)域，鋼絲與鋁股的強(qiáng)度均有明顯的下降。特別是鋼絲，局部區(qū)域強(qiáng)度可由1600MPa降低為1200MPa。

在對(duì)覆冰線路進(jìn)行直流融冰的模擬仿真技術(shù)試驗(yàn)中，將熱電偶插入鋼芯鋁絞線的不同區(qū)域進(jìn)行溫度測(cè)量。

如圖2所示，在熱電偶的位置，主要在鋁絞線表面、外層鋁絞線與內(nèi)層鋁絞線線之間和鋁絞線與鋼絞線之間進(jìn)行測(cè)量。

以LGJ240鋼芯鋁絞線為例：

針對(duì)LGJ240型鋼芯鋁絞線線路在冰點(diǎn)以下覆冰，進(jìn)行融冰操作時(shí)，選用通入直流電電流范圍為400-800A，在通入過(guò)程中采用脈沖式接入，直流電從0A開(kāi)始，經(jīng)過(guò)1-300秒的時(shí)間增加到峰值電流（峰值電流是指進(jìn)行融冰操作時(shí)的最大電流，一般為400-800A），然后在峰值電流期間保持1-600秒，然后在1-300秒的時(shí)間內(nèi)將電流降低到400A以下，保持1-300秒。然后再次在1-300秒時(shí)間增加電流到峰值電流，保持1-600秒。由此進(jìn)行反復(fù)循環(huán)，直至覆冰線路達(dá)到期望融冰程度。

研究證明，采用脈沖直流融冰技術(shù)方案后，LGJ240鋼芯鋁絞線任何部位溫升均不超過(guò)70℃，該方法完全避免融冰后的水汽在線路上的重新凝結(jié)，線路表面的融冰層得到很好的解決，即解決了融冰問(wèn)題，又解決了線路服役的安全，可靠性問(wèn)題。

在凍雨，溫度-8~ -2 ℃的條件下，某條LGJ240試驗(yàn)線路，覆冰層厚度8mm，采用本發(fā)明的融冰方法，確定峰值電流600A，通入直流電在60秒時(shí)間從0A到600A，保持1200秒，然后在60s內(nèi)從600A降到400A以下，保持1200秒，再次在60秒內(nèi)升到600A。由此進(jìn)行循環(huán)，2小時(shí)左右，并配合對(duì)線路的輕微震動(dòng)即可脫冰。此時(shí)，線路各處溫度均勻，各點(diǎn)檢測(cè)溫度為超過(guò)90℃，從而避免了覆冰線路局部發(fā)熱的問(wèn)題。

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室步入式環(huán)境試驗(yàn)箱-5℃覆冰環(huán)境與通直流點(diǎn)進(jìn)行加熱的模擬測(cè)試，在進(jìn)行不同直流電輸入，在安裝熱電偶的這三個(gè)位置的溫度具有明顯差異。在實(shí)際融冰條件下，最有效的發(fā)熱是在熱電偶1位置，即直接與冰接觸的鋁絞線表面，而熱電偶2，熱電偶3點(diǎn)由于電流的作用也會(huì)發(fā)熱，因此其產(chǎn)生的熱量是在內(nèi)部，需要向外界傳送熱量。但在直流電通入過(guò)程中，由于外層發(fā)熱的導(dǎo)線與內(nèi)層發(fā)熱的導(dǎo)線之間的溫差其實(shí)較小，不存在較大的溫度梯度，因此內(nèi)部熱量的傳導(dǎo)輸出實(shí)際是很慢的，這就導(dǎo)致在長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)融冰的直流電時(shí)，內(nèi)部的溫度越來(lái)越高。并且由于在鋼芯鋁絞線上安裝了夾具、緊固件等器件，在這些具有器件的區(qū)域，電阻率的異常變化，使得不同位置的溫度差異更大。

由于直流電融冰最主要，最直觀的需要是在線路表面實(shí)現(xiàn)溫升來(lái)熔化表面覆冰，因此在很多情況下，輸入的直流電流功率，持續(xù)的時(shí)間，使表面溫升達(dá)到50-70℃ 溫度，開(kāi)始逐漸導(dǎo)致覆冰層的熔化時(shí)，內(nèi)部溫度往往比表面還要高30-40℃，在一些鋼芯鋁絞線材質(zhì)極端不均勻的區(qū)域，溫度可能會(huì)接近150℃以上，如果在一些局部有利于產(chǎn)生接觸電阻的線路缺陷位置，溫度甚至更高。由于融冰過(guò)程需要足夠的持續(xù)加熱的時(shí)間，因此在這種條件下，相當(dāng)于導(dǎo)線局部區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間被加熱，導(dǎo)致線路上鋁股、鋼股性能大幅度降低，這種情況存在極大的威脅線路服役安全的隱患，容易造成嚴(yán)重的線路倒塌事故。

綜上所述，直流融冰方案雖然能解決線路覆冰問(wèn)題，但也會(huì)帶來(lái)線路可靠性降低的問(wèn)題。本發(fā)明主要是對(duì)現(xiàn)有直流融冰方案進(jìn)行合理優(yōu)化，提出一種脈沖式直流融冰方案，通過(guò)脈沖方式，周期性通入直流電流，來(lái)解決局部集中發(fā)熱，導(dǎo)致線路性能質(zhì)量下降的問(wèn)題。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。