專利名稱：輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及防冰融冰領(lǐng)域，具體是一種利用電流熱效應(yīng)(焦耳熱)的 輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
08年初，南方經(jīng)歷了 50年不遇的冰凍雪災(zāi)，這場(chǎng)災(zāi)害使南方電網(wǎng)大面積 陷于癱瘓，線斷塔倒，供電設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，許多地方電力供應(yīng)中斷，致使 許多南方人因此渡過(guò)了一個(gè)真正寒冷的冬天。這場(chǎng)冰凍雪災(zāi)對(duì)電力設(shè)施的損壞 大都是由于架空輸電線結(jié)冰厚度太厚引起，但似乎我們對(duì)線路嚴(yán)重的結(jié)冰顯得 無(wú)能為力。其實(shí)，架空輸電線的結(jié)冰狀況是可防可治的。但是，如果想對(duì)線路 結(jié)冰采取必要的措施，必須隨時(shí)了解輸電線路的結(jié)冰情況，常規(guī)的方法是靠巡 線員翻山越嶺沿線路進(jìn)行觀察，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，且觀察結(jié)果不很準(zhǔn)確。雖然目 前已有一些線路上裝設(shè)了攝像頭監(jiān)控，但攝像頭本身亦容易受到惡劣環(huán)境的影 響，不能保證監(jiān)測(cè)效果。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為了解決目前靠巡線員翻山越嶺觀察輸電線路結(jié)冰狀況費(fèi)時(shí) 費(fèi)力、且觀察結(jié)果不很準(zhǔn)確等問(wèn)題，提供了一種用于模擬大電流(數(shù)百到上千 安培)、小電阻(千米電阻不足O.l歐姆)架空輸電線(工作于幾十到幾百千伏 的高壓或超高壓)發(fā)熱情況的低電壓(幾十伏)、小電流(幾安培)、較大電阻
3(幾十歐姆)的發(fā)熱裝置——輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置， 包括一段與架空輸電線同規(guī)格的去除掉了中間全部/部分/僅中央鋼芯的鋼芯鋁 絞線，該鋼芯鋁絞線去除掉鋼芯處貫穿設(shè)置有并聯(lián)于電源兩端的電熱絲，電熱 絲與鋼芯鋁絞線等長(zhǎng)，且電熱絲外包有絕緣層?？紤]到，如果截取的鋼芯鋁絞 線太長(zhǎng)，則裝置笨重，耗電量大；太短，則由于兩端效應(yīng)使顯示結(jié)果不準(zhǔn)確； 因此，所述與架空輸電線路同規(guī)格的鋼芯鋁絞線一般截取1米，亦便于計(jì)算。 另外，為保證電熱絲對(duì)鋼芯鋁絞線外各處的傳熱效果均勻一致， 一般皆是去除 鋼芯鋁絞線中央的鋼芯，并將電熱絲貫穿設(shè)置于該處。
根據(jù)架空輸電線輸送的功率Po和輸電電壓U。求得架空輸電線的輸電電流 IcrPo/Uo,每米鋼芯鋁絞線的電阻為Ri (該電阻值可設(shè)法測(cè)出或從鋼芯鋁絞線 規(guī)格參數(shù)中查出)，利用焦耳定律可求得輸電電流通過(guò)架空輸電鋼芯鋁絞線每 米的電熱功率為P產(chǎn)I。2^，使本實(shí)用新型所述輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi) 電熱絲的電功率P2=Pp即可模擬架空輸電線正常供電時(shí)的發(fā)熱情況，若電熱
絲電阻為R2，則電源電壓U2應(yīng)滿足PfP「U22/112。即本實(shí)用新型所述輸電線
防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置的參數(shù)(一般電熱絲的電阻確定，所述參數(shù)主要指電源 電壓)與被模擬的架空輸電線實(shí)際電熱功率相關(guān)。
舉例如下若南方某輸電線路輸送的功率300MW (MVA)，輸電電壓 500kV，可求得輸電電流600A，以500/35型鋼芯鋁絞線為例，每千米500/35 型鋼芯鋁絞線的電阻為0.05 Q ，則每米500/35型鋼芯鋁絞線的電阻為0.00005 Q，那么輸電電流通過(guò)鋼芯鋁絞線時(shí)，每米鋼芯鋁絞線的電熱功率為18W，若 輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)電熱絲的電阻為8Q，則要求輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置所接電源電壓為12V，可使輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置的電功 率也是18W。
在應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行輸電線結(jié)冰監(jiān)測(cè)時(shí)，將本實(shí)用新型所述輸電線防冰 融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置置于與被模擬的架空輸電線所在之處的氣候條件相同或相 近的環(huán)境中，接上電源，電源電壓由被模擬的架空輸電線實(shí)際電熱功率求得， 使本實(shí)用新型所述輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)電熱絲的電熱功率與架空 輸電線每米的電熱功率相等，由于本實(shí)用新型與被模擬的架空輸電線處在相同 或相近的氣候環(huán)境中，因此可以較準(zhǔn)確模擬架空輸電線供電時(shí)的發(fā)熱情況，實(shí) 現(xiàn)間接監(jiān)測(cè)架空輸電線結(jié)冰情況的目的，為確定防冰融冰的重大決策提供依 據(jù)。其中，電熱絲的選擇范圍很寬，可以由數(shù)歐姆到數(shù)十歐姆范圍內(nèi)進(jìn)行選擇， 電阻值較大，電源工作電流可以小至幾安培，工作電壓低，容易實(shí)現(xiàn)。
而且，在具體監(jiān)測(cè)時(shí)，可以同時(shí)設(shè)置多個(gè)本實(shí)用新型所述輸電線防冰融冰 模擬實(shí)驗(yàn)裝置，并使各裝置的電功率不同(供電電壓相同而使用不同阻值的電 熱絲，或使用同阻值的電熱絲但供電電壓不同)，如上例算得每米架空輸電線 的電熱功率為18w，則使其中一實(shí)驗(yàn)裝置的電功率為18w，其它實(shí)驗(yàn)裝置的電 功率分別高于、低于架空輸電線的實(shí)際電熱功率，如按12W、 15w、 21w、 25w 等電功率分布，某一功率值對(duì)應(yīng)架空輸電線的某一電流值，可用前述原理做出 計(jì)算，以監(jiān)測(cè)架空輸電線在不同電熱功率(對(duì)應(yīng)不同的輸電電流)情況下的結(jié) 冰情況，通過(guò)巡線員長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)和比較，可總結(jié)出實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)冰跟實(shí)際線路 結(jié)冰情況間的聯(lián)系(當(dāng)模擬單元數(shù)較多時(shí)，還可間接地監(jiān)測(cè)出某型導(dǎo)線在一定 氣候條件下、 一段時(shí)間的臨界電流)，為確定防冰融冰的重大決策提供依據(jù)。
另配有能外套于上述鋼芯鋁絞線的、并使鋼芯鋁絞線兩端恰好伸出的中空筒模，中空筒模兩底中央開(kāi)有供鋼芯鋁絞線兩端伸出的直徑與鋼芯鋁絞線直徑 相等的通孔，中空筒模上開(kāi)有進(jìn)水口。
本實(shí)用新型所述輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行融冰實(shí)驗(yàn)的依據(jù)原理 是電流通過(guò)架空輸電線會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，當(dāng)輸電線結(jié)冰后，如輸電線的電熱功 率足夠大，產(chǎn)生的焦耳熱除了供熱量散失外的較大余量，使架空輸電線溫度升 高，即可使冰層熔化。
實(shí)驗(yàn)前，將中空筒模套于鋼芯鋁絞線上，中空筒模的進(jìn)水口朝上，使所述 輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置的鋼芯鋁絞線兩端伸出中空筒模，且使中空筒模 兩底中央的通孔與鋼芯鋁絞線之間密封，經(jīng)進(jìn)水口向中空筒模內(nèi)注滿燒開(kāi)涼置 的清水(目的為了減少氣泡)后，置于冰柜中，在中空筒模內(nèi)的水結(jié)冰后，脫 掉中空筒模，就模擬得到了跟架空輸電線結(jié)冰相似的情況。
其中，中空筒模的內(nèi)徑這樣確定若采用的鋼芯鋁絞線外徑為30mm，如 要試驗(yàn)的冰層厚度為10 mm，則中空筒模內(nèi)徑應(yīng)為30mm+2X10mm=50mm; 如要試驗(yàn)的冰層厚度為20mm，則中空筒模內(nèi)徑為70mm;如要試驗(yàn)的冰層厚 度為30mm，則中空筒模內(nèi)徑為90mm;以此類推。
進(jìn)行融冰實(shí)驗(yàn)時(shí)，同樣將上結(jié)有冰層的輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置置于 與模擬的架空輸電線所在之處的氣候條件相同或相近的環(huán)境中，接上電源，并 調(diào)整電壓輸出，電流通過(guò)輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的電阻絲產(chǎn)生焦耳 熱，當(dāng)電流增大到一定程度時(shí)，輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置的電熱功率足夠 大，產(chǎn)生的焦耳熱除了供熱量散失外有較大余量，使輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn) 裝置上的冰熔化，可以測(cè)算出融冰時(shí)輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置電熱絲相應(yīng) 的電熱功率，該厚度冰層在該電功率下熔化所需的時(shí)間，從而確定熔冰速度跟架空輸電線電熱功率的關(guān)系。
同樣，在進(jìn)行融冰實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以同時(shí)設(shè)置多個(gè)本實(shí)用新型所述輸電線防冰 融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置，1、使實(shí)驗(yàn)裝置覆冰厚度相同，置于同樣的氣候環(huán)境中， 但各實(shí)驗(yàn)裝置提供不等的電功率，這樣，可以了解輸電線上相同厚度的冰層在
不同電熱功率情況下融冰的快慢；2、使實(shí)驗(yàn)裝置覆冰厚度不同，置于同樣的 氣候環(huán)境中，給各實(shí)驗(yàn)裝置提供相等的電功率，可以了解輸電線上不同厚度的 冰層在同樣電熱功率情況下融冰的快慢。
本實(shí)用新型是基于如下理論、技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的在冬季，影響架空輸電線
路覆冰厚度的因素很多，諸如輸電線路所處的溫度、濕度、風(fēng)力、光照等氣候
因素，且這些氣候因素是無(wú)法人為改變的；與此同時(shí)，還跟輸電線路自身發(fā)熱 情況有關(guān)。
架空輸電線工作時(shí)，由于輸電線存在電阻，電流通過(guò)它要產(chǎn)生焦耳熱，這 就是電流通過(guò)輸電線產(chǎn)生的電熱，產(chǎn)生的電熱一方面通過(guò)導(dǎo)線外表面或覆冰層 外表面向外散熱，同時(shí)使導(dǎo)線溫度升高，溫度升高將直接地影響輸電線上覆冰 的速度。當(dāng)氣候因素適于線路結(jié)冰時(shí)，如電熱功率較小，則結(jié)冰速度較快；電 熱功率較大，則結(jié)冰速度變慢；當(dāng)電熱功率增大一定值時(shí)，線路將不會(huì)結(jié)冰， 線路剛好不結(jié)冰時(shí)線路電流值叫臨界電流。
目前，為減小輸電線路的線路損耗，現(xiàn)有輸電線一般采用截面較大的鋁線， 其單位長(zhǎng)度電阻很小，某500/35型鋼芯鋁絞線每千米的電阻不足0.06Q，但 通過(guò)的電流很大， 一般可達(dá)幾百到上千安培。電熱功率可用下式計(jì)算 P=Q/t=I2R，架空線路正常輸電時(shí)，每米的電熱功率約為數(shù)十瓦特?？紤]到， 若用原輸電線直接進(jìn)行模擬試驗(yàn)，需要的電流很大，但是大電流不易得到，即便得到也不易控制。因此，將原輸電線作簡(jiǎn)單改造，使改造后的輸電線通電后 與架空輸電線單位長(zhǎng)度的電熱功率相同，然后將其置于相同或相近的環(huán)境中， 即可間接地模擬架空輸電線路的結(jié)冰情況。
本實(shí)用新型以與架空輸電線路同規(guī)格、且中間加設(shè)有電熱絲的輸電線構(gòu) 成，置于跟架空輸電線路所在之處相同或相近的氣候環(huán)境中，，也可在人造氣 候條件下，模擬架空輸電線路， 一般在站所附近選擇，既便于觀察又便于接電 源，并以輸電線中間電熱絲的電功率來(lái)模擬實(shí)際架空輸電線路的電熱功率，使 電熱絲的電功率跟與電熱絲同長(zhǎng)度的架空輸電線路消耗的電熱功率相同，使得 本裝置等同/等效于架空輸電線路發(fā)熱情況，通過(guò)本裝置可以模擬出跟輸電線
路相似的結(jié)冰情況；并可以借助中空筒模人為地在與架空輸電線路等同/等效
的本裝置上覆冰，然后通電融冰，間接地了解對(duì)架空輸電線路進(jìn)行融冰時(shí)，架 空輸電線路上冰層厚度、融冰速度、融冰所需電熱功率等參數(shù)之間的關(guān)系。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，模擬效果準(zhǔn)確，可以間接地實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離架 空輸電線路結(jié)冰狀況的監(jiān)測(cè)，以及完成輸電線路各種結(jié)冰程度的融冰實(shí)驗(yàn)。以 上裝置既可以用現(xiàn)成輸電導(dǎo)線改制(如上所述)，也可以由電力導(dǎo)線生產(chǎn)廠家 批量生產(chǎn)。


圖1為本實(shí)用新型所述輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型進(jìn)行結(jié)冰監(jiān)測(cè)時(shí)的具體應(yīng)用狀態(tài)圖； 圖3為圖2的側(cè)視圖； 圖4為中空筒模的結(jié)構(gòu)示意圖5為應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行融冰實(shí)驗(yàn)時(shí)的具體狀態(tài)示意圖；圖中l(wèi)-電熱絲；2-通孔；3-進(jìn)水口； 4-緊固圈；5-絕緣層；6-鋼芯鋁絞線； 7-固定卡；8-支撐體；9-隔熱墊；lO-電源；ll-中空筒模；12-冰層。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括一段與架空輸電線同規(guī)
格的去除掉了中間全部/部分/僅中央鋼芯的鋼芯鋁絞線6，該鋼芯鋁絞線6去 除掉鋼芯處貫穿設(shè)置有并聯(lián)于電源IO兩端的電熱絲1，電熱絲1與鋼芯鋁絞線 6等長(zhǎng)，且電熱絲1外包有絕緣層5。如圖4所示，另配有能外套于上述鋼芯 鋁絞線6的、并使鋼芯鋁絞線6兩端恰好伸出的中空筒模11，中空筒模ll兩 底中央開(kāi)有供鋼芯鋁絞線6兩端伸出的直徑與鋼芯鋁絞線6直徑相等的通孔2， 中空筒模11上開(kāi)有進(jìn)水口3。
具體實(shí)施時(shí)，電源10用可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；為了避免本實(shí)用新型所述輸 電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置的鋼芯鋁絞線6散開(kāi)，鋼芯鋁絞線6兩端設(shè)置有緊 固圈4，以便將鋼芯鋁絞線6兩端與電熱絲1兩端綁牢；要求電熱絲l外的絕 緣層5防水、導(dǎo)熱性能要好、強(qiáng)度高。
如圖2、 3、 5所示，在同時(shí)設(shè)置多個(gè)本實(shí)用新型所述輸電線防冰融冰模擬 實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行對(duì)比性實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以將實(shí)驗(yàn)裝置排列設(shè)置在支撐體8上，各實(shí)驗(yàn) 裝置鋼芯鋁絞線6兩端通過(guò)固定卡7固定于支撐體8上，鋼芯鋁絞線6與固定 卡7、支撐體8之間墊有隔熱墊9;各實(shí)驗(yàn)裝置可以并聯(lián)于同一電源兩端，或 分別配置電源；對(duì)于各實(shí)驗(yàn)裝置分別配有電源的情況，實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng) 的電源電壓來(lái)控制控制本裝置電熱絲的電功率即可，各實(shí)驗(yàn)裝置電熱絲的電阻 值可同可不同；對(duì)于各實(shí)驗(yàn)裝置同時(shí)并聯(lián)于同一電源兩端的情況，則各實(shí)驗(yàn)裝
置電熱絲的電阻值不同，具體多大由要求達(dá)到的電熱絲電功率決定。實(shí)驗(yàn)裝置所用電源的輸出電壓可以通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以配設(shè)將電源 調(diào)節(jié)與變電站所輸配電控制中心進(jìn)行關(guān)聯(lián)的調(diào)控裝置，實(shí)現(xiàn)電源輸出電壓的自 動(dòng)調(diào)節(jié)，即調(diào)控裝置從變電站所輸配電控制中心獲得被監(jiān)測(cè)輸電線路電熱功率 的變化，根據(jù)該變化調(diào)節(jié)電源的輸出電壓，使實(shí)驗(yàn)裝置電阻絲的電功率跟輸電 線路電熱功率同步變化，即使得實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)電熱絲的電功率始終跟被監(jiān)測(cè)輸電 線路每米消耗的電熱功率相同，這就可更好地監(jiān)測(cè)輸電線路的結(jié)冰情況。所述 實(shí)現(xiàn)上述功能的調(diào)控裝置對(duì)于電子技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很容易實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1、一種輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括一段與架空輸電線同規(guī)格的去除掉了中間全部/部分/僅中央鋼芯的鋼芯鋁絞線(6)，該鋼芯鋁絞線(6)去除掉鋼芯處貫穿設(shè)置有并聯(lián)于電源(10)兩端的電熱絲(1)，電熱絲(1)與鋼芯鋁絞線(6)等長(zhǎng)，且電熱絲(1)外包有絕緣層(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于另配有能外套于上述鋼芯鋁絞線(6)的、并使鋼芯鋁絞線(6)兩端恰好伸出的 中空筒模(11)，中空筒模(11)兩底中央開(kāi)有供鋼芯鋁絞線(6)兩端伸出的 直徑與鋼芯鋁絞線(6)直徑相等的通孔(2),中空筒模(11)上開(kāi)有進(jìn)水口 (3)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及防冰融冰領(lǐng)域，具體是一種利用電流熱效應(yīng)的輸電線防冰融冰模擬實(shí)驗(yàn)裝置。解決了目前靠巡線員翻山越嶺觀察輸電線路結(jié)冰狀況費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問(wèn)題，包括一段與架空輸電線同規(guī)格的去除掉了中間全部/部分/僅中央鋼芯的鋼芯鋁絞線，該鋼芯鋁絞線去除掉鋼芯處貫穿設(shè)置有并聯(lián)于電源兩端的電熱絲，電熱絲與鋼芯鋁絞線等長(zhǎng)，且電熱絲外包有絕緣層。另配有能外套于上述鋼芯鋁絞線的、并使鋼芯鋁絞線兩端恰好伸出的中空筒模，中空筒模兩底中央開(kāi)有供鋼芯鋁絞線兩端伸出的直徑與鋼芯鋁絞線直徑相等的通孔，中空筒模上開(kāi)有進(jìn)水口。結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，模擬效果準(zhǔn)確，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離架空輸電線路結(jié)冰狀況的監(jiān)測(cè)，完成輸電線路各種結(jié)冰程度的融冰實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)H02G7/16GK201352696SQ20092010148
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月7日
發(fā)明者張俊昌 申請(qǐng)人:張俊昌