关键词：
输电线路
覆冰
状态监测
融冰时间
动力特性
耦合共振
超声波除冰
摘要：
高压输电线路的覆冰灾害是国内外普遍关注的问题。在极端的低温气象条件下,线路上容易形成覆冰,会造成相问闪络,增加导线的张力和塔架等金具的支承载荷,严重时会造成断线、倒塔、电网列解等事故。随着我国大电网的建设和发展,电网运行的稳定和安全要求逐渐提高,因此,为保障电网对抗冰灾的能力,高压输电线路的覆冰监测及除冰技术日日益成为急需解决的重大课题之一。目前,国际上普遍采用的除冰方法大致可分为机械式除冰、热力融冰和被动法等。在高压输电线路除冰技术方法中,能耗大小、除冰效率、安全性和适用范围是其工程实施可行性高低的主要评价依据。本文通过高压输电线路覆冰的动力学特性、热力学融冰过程、除冰技术与除冰装置等方面的研究,提出工程实施性高的除冰技术方法。覆冰状态的实时监测是高压输电线路除冰技术实施的一个重要前提。由于覆冰线路所处的地理条件具有多样性,并且气象条件具有随机性,适用于覆冰线路状态监测的条件不尽相同,因此,其状态监测的种类较多。本文首先提出一种高压输电线路覆冰状态的智能监测方法,通过唤醒式工作方式,能够实现导线覆冰实时预警、覆冰厚度监测、气象数据查询、现场图像远程监控等功能,为选取合理的高压输电线路除冰技术方法,提供可靠的前提智能监测依据。为得到本文的计算分析所需的覆冰参数,研究单轴冰的力学性能,对其压缩强度和弹性模量进行试验；研究导线覆冰的力学性能,对不同截面导线覆冰,进行强度试验,得到不同温度、不同截面导线覆冰的压缩强度。从热力学角度分析高压输电线路融冰的非线性过程,针对融冰时流体产生的热阻难以精确确定,应用介值定理,计算覆冰导线在极限流体热阻下的融冰时间,得到平均融冰时间。相对误差分析表明,平均融冰时间产生的误差小于5%。在此基础上,重点分析风载条件下覆冰厚度、对流换热系数等对平均融冰时间的影响。计算结果表明,平均融冰时间随着覆冰厚度和对流换热系数的增加而增加,随环境温度的降低而增加。建立覆冰导线的振动模型,分析高压输电线路除冰技术工程实施可行的位移边界条件,研究不同激励位移下,覆冰导线的动力响应。结果表明,导线覆冰区域的应力幅值随着激励频率和位移的增大而增大。根据导线上覆冰区域的应力幅值,得到高压输电线路除冰技术合理的激励位移参数。提出高压输电线路的耦合共振除冰技术,计算圆柱形、椭圆形、扇形雨凇导的固有频率,得到随雨凇厚度、约束长度、椭圆长半轴、扇形半径的变化趋势,对导线雨凇区域的应力幅值进行分析研究和对比。结果显示,计算参数下,雨凇区域的应力幅值大于其破碎强度。提出高压输电线路的接触式超声波除冰方法,研究高压输电线路超声波除冰理论。计算超声波激励下导线覆冰区域的动力响应。结果显示,导线覆冰区域的应力幅值大于其破碎强度。在此基础上,进一步得到高压输电线路的最佳超声波除冰频率,并对高压输电线路的超声波除冰装置进行了结构设计,研究高压输电线路超声波除冰装置所需的变幅杆,计算结果表明,贯穿孔垂直变幅杆的最大纵向位移量能够很好的达到超声波除冰所需的位移技术参数。
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