一种自取能的测冰器装置及使用方法

技术领域

本发明属于输电线路覆冰监测技术领域，尤其涉及一种自取能的测冰器装置及使用方法。

背景技术

基于相似性原理，以测量目标的输电线路分裂导线为对象，建立旋转圆柱体，测量其覆冰质量，并将该数据传回服务器后台，实时计算输电线路的单位长度的覆冰质量及情况，用于测量输电线路覆冰状态的装置。

由于高度不同，环境具体参数不同，导致覆冰情况不一致，测冰器需要同线路安装在同一高度，其供能存在一定困难。传统的在线监测设备通常采用导线取能的方式，但该种方式无法对接地的在线监测装置进行供能，存在击穿风险。部分接地的在线监测装置可以通过太阳能的方式进行供能，但其无法提供较大功率的电能，且在极端环境下无法保持稳定的供能，尤其是在极端覆冰条件下。此外，除冰器还具有自身融冰的供能，在融冰状态下对能量的需求较正常工作时更大，太阳能取电几乎不能满足供能需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种自取能的测冰器装置及使用方法，以解决输电线路附近测冰装置不能从导线取能所带来的供能不足、难以自身融冰问题。

本发明技术方案是：

一种自取能的测冰器装置，它包括：测冰模块，取能模块与整流、滤波及稳压电路连接；整流、滤波及稳压电路分别与储能模块、测冰模块、控制模块及通讯模块连接；储能模块分别与测冰模块、控制模块及通讯模块连接。

所述取能模块包括光伏取能单元及地线取能单元；所述地线取能单元通过取能线圈进行感应取能；所述取能线圈安装在接地线上。

所述测冰模块采用单根圆柱体设计，内部为多层同轴结构，由外向内依次为高导热金属蒙皮、正温度系数加热层、隔热层和空气层，单根圆柱体与旋转轴固定连接；旋转轴通过电机带动旋转。

取能模块的确定方法为：首先确定装置在非加热状态下的功率和加热状态下的功率，以非加热状态的功率初步计算光伏取能面积和地线取能单元的铁芯尺寸，进一步通过融冰电流计算地线感应电流，并最终确定取能铁芯和线圈的的尺寸达到自身加热所需功率；光伏取能和地线取能总功率大于装置自身功率，储能模块的能量设计满足两小时的加热功耗，储能模块采用一个以上电池组串并联而成。

金属蒙皮的外径同目标线路单分裂导线的外径一致或成相似性等效。

一种自取能的测冰器装置的使用方法，它包括：

步骤1、在非覆冰期将测冰器装置安装在杆塔接地线处，并完成取能线圈的安装及接线；

步骤2、取能模块采用光伏和地线取能结合的方式，储能模块通过取能模块取能，保持正常工作的同时，将多余能量输送到储能模块中；

步骤3、覆冰时，电机带动旋转轴同轴心旋转，控制模块开始记录单根圆柱体的覆冰质量，并将该数据通过通讯模块上传至后台服务器，由后台服务器计算实际覆冰情况；

步骤4、当输电线路开始融冰时，通过电线对正温度系数加热层进行电加热，由于隔热层的作用热量直接传递至蒙皮表面实现融冰，待测冰模块和输电线路融冰均完成后，即可再次进行覆冰测量。

当输电线路开始融冰时，测冰器装置同输电线路一致开展融冰工作；光伏、地线取能和储能模块三种方式共同作用的方式实现测冰器装置的测量、通讯和融冰的供能。

本发明的有益效果：

本发明为自取电的旋转测冰器，通过输电线路附近的旋转测冰器覆冰质量的测量，通过相似性原理，计算出输电线路的覆冰情况；在平常旋转测冰器由光伏和地线取能线圈共同供电工作，并将多余电能输入至储能模块中；在严重覆冰时，光伏基本停止取电，此时依靠储能模块和地线取能的共同供能；当覆冰到一定程度时，电网将对输电线路开展主动融冰，此时线路融冰电流较大，故而将地线上感应出较大的电流，通过地线取能线圈，获得较大的取能功率，实现了在融冰条件下的自取电，保障了除冰器测量和融冰的功率需求。

本发明实现旋转测冰器装置的自取电和智能化控制和测量，确保输电线路的覆冰荷载满足安全运行的要求，从而达到防止因输电线路覆冰超过预期而导致输电线路发生覆冰灾害，进而提高输电线路的预警能力，避免由输电线路发生冰灾导致停运造成的经济损失和社会影响；同时采用了自取电方式减少了输电线路融冰损耗，提高了能量的利用率。

解决了输电线路附近测冰装置不能从导线取能所带来的供能不足、难以自身融冰问题。

附图说明

图1为本发明装置主要模块示意图；

图2为本发明装置整体图；

图3为本发明装置安装位置示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明，如图所示：

测冰器装置主要包括测冰模块、控制模块、储能模块、取能模块和通讯模块，如图1所示；测冰模块采用旋转测冰器结构。

通讯模块：接受输电线路的融冰信号、将收集到覆冰测量数据发出回至后台服务器。

确定旋转测冰器安装位置，并对自取能模块进行理论计算。首先确定装置的非加热状态下的功率和加热状态下的功率，以非加热状态的功率初步计算光伏取能面积和地线取能的铁芯尺寸，进一步通过融冰电流计算地线感应电流，并优化取能铁芯和线圈的设计使其达到自身加热所需功率。需要说明的是，光伏取能和地线取能总功率设计需大于装置自身功率，使得能够在一定时间内将储能模块充满电。储能模块的能量设计应至少满足两小时的加热功耗，初步确定装置本体尺寸，并结合光伏板最小面积优化设计装置整体尺寸，储能模块需要多个电池组串并联而成，进而根据整体尺寸分布规划储能模块，保证各模块电气、机械连接顺畅。

S3.非覆冰期将测冰器装置安装在杆塔接地线处附近，并完成取能线圈的设计、安装及接线，如图3所示；

S4.取能模块采用光伏、地线取能结合的方式，并在旋转测冰器内部安装储能模块，在环境良好时，通过安装在旋转测冰器其他位置的光伏板和地线上的取能线圈共同取能，保持正常工作的同时，将多余能量输送到储能模块中；

取能模块具体包括：包括光伏板，地线取能线圈，与整流、稳压、滤波电路连接，光伏板和地线取能线圈均通过电线直接接入整流、稳压、滤波电路，通过电路将光伏板和地线取能的交流转换成可供装置工作、融冰用的直流电；其中电路部分安装在装置内部，光伏板安装在装置表面，并将有光伏板直接面对直射的太阳，以提高太阳能的取能功率；地线取能线圈直接安装固定在附近的地线上，地线取能线圈同导线取能线圈类似，但由于其平常感应电流较小，故其铁芯尺寸较导线取能线圈更大，同取能功率下，铁芯截面积一般为导线取能线圈2~3倍，线圈磁路长度也需为导线取能线圈的2~3倍。

储能模块采用高能量密度的储能电容，尽可能在有限空间内，储存更多的能量。在太阳能和地线取能能够保证装置正常工作时，以备光伏和地线取能都失效时，保证装置能自行供电直至再次供电。

在环境恶劣时，输电线路由于有融冰需求，故此时地线上感应的电流较大，地线取能作为主要供能方式，和储能模块共同提供旋转测冰器所需的融冰功耗，通过该三种方式实现了自取能旋转测冰器装置的设计；

测冰模块采用单根圆柱体设计，内部为多层同轴结构，由外向内依次为高导热金属蒙皮、正温度系数加热层、隔热层、空气层和旋转轴，其金属蒙皮的外径同目标线路单分裂导线的外径一致或成相似性等效；

覆冰时，电机带动高导热金属蒙皮、旋转轴等部件同轴心旋转，并开始记录单根圆柱体的覆冰质量，并将该数据上传至后台，由后台服务器开始计算实际覆冰情况；

当输电线路开始融冰时，为保证旋转测冰器同输电线路覆冰情况保持一致，需要通过电线对正温度系数加热层进行电加热，由于隔热层的作用，大部分热量直接传递至蒙皮表面实现融冰，待旋转测冰器和输电线路融冰均完成后，即可再次进行覆冰测量；

由于正温度系数材料加热效率高，加热能耗小，融冰速度快，旋转测冰器的整体功耗不大。

具体地：冬季覆冰条件下，自然风的气流携带过冷却的雾滴和水滴，与输电线路发生碰撞，过冷水水滴和雾滴在迎风面发生冻结并生长成冰。据此，根据相似性原理，设计与目标输电线路导线等效直径一致或成比例的旋转测冰器装置，实现对输电线路导线覆冰质量的测量、计算和记录。当超过设定阈值时，可以实现覆冰灾害预警功能，使得输电线路可以及时进行融冰工作，降低电网灾害风险，实现坚强电网的建设。

同时，旋转测冰器由于自身体积、功能和安装位置的限制，导致无法采取导线取能的方法，所以需要采取其他方法进行取能。一旦输电线路开始融冰，而测冰器未开始融冰，未与输电线路保持一致，其测量结果即失去意义。

因此，测冰器装置必须同输电线路一致开展融冰工作，故对能量有一定需求，且无法采用导线取能方式，故光伏、地线取能和储能模块三种方式共同作用的方式，实现旋转测冰器装置的测量、通讯、融冰等动作的供能，进一步提高了能量的利用率，降低了输电线路的损耗，提高了输电线路覆冰实施测量的准确性。

本发明主要解决了输电线路附近测冰装置不能从导线取能所带来的供能不足、难以自身融冰问题。通过这种自取电的旋转测冰器，解决了安装在低电位点的旋转测冰器供能不足问题，进行了输电线路覆冰质量较为精简的测量，同时能够通过地线取能线圈进行自身融冰同融冰的输电线路保持一致，降低了能耗。