一种高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法及装置

技术领域

本发明涉及的技术领域是输电线路除冰技术领域，尤其涉及一种高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法及装置。

背景技术

地线作为输电线路中重要的组成部分，保护输电线路避免遭受雷击。但随着全球气候的变化，冬季降雪频率降低、冻雨天气频发。输电线路覆冰严重时将会导致倒塔、导线断裂等事故，对电网安全运行造成严重威胁。由于地线的等效直径相比于导线更小，容易覆冰。随着覆冰的加重，地线弧垂幅度会增大，减小了输电导线和地线之间的安全距离，将有可能导致地线和导线发生放电跳闸。

针对电网覆冰，国内外提出了许多防治措施和除冰方法，其中应用比较成功的是直流融冰技术。由于地线无法实施短路融冰，因此，地线除冰采用比较广泛的方法是机械除冰，通对覆冰导线施加机械力，促使导线上的覆冰在机械力的作用下脱落，如人工敲打、爆破、滑轮铲刮等。目前使用的机械除冰方法将对地线造成损坏，出现断股、松散、磨损等情况，尤其是爆炸式除冰对地线的机械性能有极大的影响，增大安全运营风险；同时需要耗费大量的人力，存在一定的安全隐患。因此，现有机械除冰方法有待于改善，需要一种较为温和但又高效的机械除冰方法。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：现有机械除冰方法有待于改善，需要一种较为温和但又高效的机械除冰方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法，包括：

根据历史地线覆冰情况，选取目标除冰地线；

根据所述目标除冰地线历史等值覆冰厚度情况，确定致动装置的安装位置；

在未覆冰时，按照所述安装位置提前预安装分布式致动装置，设定等值覆冰厚度阈值；覆冰后，通过设备测量或人工观察、测量地线覆冰的等值覆冰厚度，判断地线覆冰情况并进行分类；

当地线实时等值覆冰厚度超过等值覆冰厚度阈值时，控制脉冲电压和致动装置开关，根据覆冰情况类别依次使多个致动装置产生高冲量、大幅值的脉冲机械力进行除冰。

作为高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的一种优选方案，其中：

所述覆冰情况包括覆冰期、覆冰次数、覆冰类型和地线覆冰厚度，基本情况包括：地线长度、弧垂、两端张力。

作为高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的一种优选方案，其中：

所述致动装置包括：可实现通讯的开关，机械致动器，电磁转换器；可实现通讯的开关，当远端确定除冰方案后，实时调整开关状态；电磁转换器，可以采用纯线圈形式，或单状态的永磁继电形式，使机械致动器产生目标的机械力。

作为高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的一种优选方案，其中：

所述致动装置还包括：致动装置的激励源包括通讯装置，用于接受除冰信号、并发出除冰完成信号；电源装置，用于给致动装置提供直流或脉冲电源；控制装置，用于当接受到除冰信号后，闭合除冰开关，此时致动装置内接受通讯的开关已提前闭合，直接开始机械除冰。

作为高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的一种优选方案，其中：

所述判断地线覆冰情况并进行分类包括：

若覆冰类型为雨凇，且等值覆冰厚度大于等值覆冰厚度阈值的110％，则将地线覆冰情况归入L1类；

若覆冰类型为雨凇，且等值覆冰厚度不超过等值覆冰厚度阈值的110％，则将地线覆冰情况归入L2类；

若覆冰类型为雾凇，且等值覆冰厚度不超过等值覆冰厚度阈值的130％，则将地线覆冰情况归入L3类；

若覆冰类型为雾凇，且等值覆冰厚度不超过等值覆冰厚度阈值的130％，则将地线覆冰情况归入L4类。

作为高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的一种优选方案，其中：

进行除冰时，L1类的地线覆冰情况对应的除冰力为3000N；

L2类的地线覆冰情况对应的除冰力为2300N；

L3类的地线覆冰情况对应的除冰力为1600N；

L4类的地线覆冰情况对应的除冰力为900N。

作为高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的一种优选方案，其中：

设致动装置的总数为N个，进行除冰时，L1类的地线覆冰情况启动N个致动装置，依次交替启动N/2个致动装置；L2类的地线覆冰情况启动N/2个致动装置；L3类的地线覆冰情况启动N/3个致动装置；L4类的地线覆冰情况启动N/4个致动装置。

第二方面，本发明实施例提供了一种高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰系统，其特征在于，包括：

选取模块，用于根据历史地线覆冰情况，选取目标除冰地线；

布局模块，用于根据所述目标除冰地线历史等值覆冰厚度情况，确定致动装置的安装位置；

预处理模块，用于在未覆冰时，按照所述安装位置提前预安装分布式致动装置，设定等值覆冰厚度阈值；覆冰后，通过设备测量或人工观察、测量地线覆冰的等值覆冰厚度，判断地线覆冰情况并进行分类；

除冰模块，用于当地线实时等值覆冰厚度超过等值覆冰厚度阈值时，控制脉冲电压和致动装置开关，根据覆冰情况类别依次使多个致动装置产生高冲量、大幅值的脉冲机械力进行除冰。

第三方面，本发明实施例提供了一种计算设备，包括：

存储器和处理器；

所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明任一实施例所述的高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述的高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法。

本发明的有益效果：本发明通过高冲量、大幅值的脉冲作用产生的机械力，大小可达上千牛顿，上升沿作用迅速，下降沿变化缓慢，一个周期内作用时间长，为几毫秒，不会对地线结构造成损坏；根据地线的覆冰状态确定致动装置的数量、安装位置和安装间距，各致动装置之间实现良好的配合，利用脉冲作用沿覆冰地线的传播特点，实现能量的合理利用，提高除冰的效率和除冰长度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1是本发明第一个实施例所述的高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的整体流程图；

图2是本发明第二个实施例所述的高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的仿真实例中多个致动装置以分布式的方式安装于地线上的示意图；

图3是本发明第二个实施例所述的高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的仿真实例中致动装置和脉冲激励源的连接原理框图；

图4是本发明第二个实施例所述的高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法的仿真实例中覆冰后地线受脉冲作用形变图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法，包括：

S1：根据历史地线覆冰情况，选取目标除冰地线；根据所述目标除冰地线历史等值覆冰厚度情况，确定致动装置的安装位置；

具体的，所述覆冰情况包括覆冰期、覆冰次数、覆冰类型和地线覆冰厚度，基本情况包括：地线长度、弧垂、两端张力。

所述致动装置包括：可实现通讯的开关，机械致动器，电磁转换器；可实现通讯的开关，当远端确定除冰方案后，实时调整开关状态；电磁转换器，可以采用纯线圈形式，或单状态的永磁继电形式，使机械致动器产生目标的机械力。

致动装置的激励源包括通讯装置，用于接受除冰信号、并发出除冰完成信号；电源装置，用于给致动装置提供直流或脉冲电源；控制装置，用于当接受到除冰信号后，闭合除冰开关，此时致动装置内接受通讯的开关已提前闭合，直接开始机械除冰。

应说明的是，电磁转换器可以采用纯线圈形式，或单状态的永磁继电形式，其核心功能是使机械致动器产生目标的机械力；机械致动器可由线圈形式决定其材料及结构组成，若采用纯线圈形式，需采用电导率较高、机械性能较好的铝材，若采用永磁继电形式时，需采用磁导率较好、机械性能较好的钢材，且两者结构将有较大区别，机械致动器需要通过机械连接件和地线连接为一体，在除冰时，使地线发生弹性形变。

S2：在未覆冰时，按照所述安装位置提前预安装分布式致动装置，设定等值覆冰厚度阈值；覆冰后，通过设备测量或人工观察、测量地线覆冰的等值覆冰厚度，判断地线覆冰情况并进行分类；

具体的，判断地线覆冰情况并进行分类包括：

若覆冰类型为雨凇，且等值覆冰厚度大于等值覆冰厚度阈值的110％，则将地线覆冰情况归入L1类；

若覆冰类型为雨凇，且等值覆冰厚度不超过等值覆冰厚度阈值的110％，则将地线覆冰情况归入L2类；

若覆冰类型为雾凇，且等值覆冰厚度不超过等值覆冰厚度阈值的130％，则将地线覆冰情况归入L3类；

若覆冰类型为雾凇，且等值覆冰厚度不超过等值覆冰厚度阈值的130％，则将地线覆冰情况归入L4类。

应说明的是，根据目标地线覆冰情况，确定除冰所需要的致动装置数量和除冰点，并且明确除冰所需的机械力，使各致动器之间实现良好的配合，利用好脉冲在地线上产生的机械力的传播特点，减少能量的损耗。

S3：当地线实时等值覆冰厚度超过等值覆冰厚度阈值时，控制脉冲电压和致动装置开关，根据覆冰情况类别依次使多个致动装置产生高冲量、大幅值的脉冲机械力进行除冰。

具体的，进行除冰时，L1类的地线覆冰情况对应的除冰力为3000N；

L2类的地线覆冰情况对应的除冰力为2300N；

L3类的地线覆冰情况对应的除冰力为1600N；

L4类的地线覆冰情况对应的除冰力为900N。

更进一步的，设致动装置的总数为N个，进行除冰时，L1类的地线覆冰情况启动N个致动装置，依次交替启动N/2个致动装置；L2类的地线覆冰情况启动N/2个致动装置；L3类的地线覆冰情况启动N/3个致动装置；L4类的地线覆冰情况启动N/4个致动装置。

应说明的是，整个除冰过程所需的能量由脉冲激励源提供，根据确定的除冰力和除冰点，调节脉冲激励源的输出，电源部分经电磁转换器后，将电能转化为机械致动器的动能，使得机械致动器产生一个或多个高冲量、大幅值的机械动作，由于机械致动器和地线固定在一起，继而在目标地线上产生毫秒量级、大小为几百至数千牛顿的机械力，该力将在目标地线发生局部的弹性形变，而覆冰在高应变率下将产生破裂，进而覆冰破裂而脱落。

实施例2

参照图2-4，为本发明的一个实施例，提供了一种高冲量、大幅值的覆冰地线脉冲除冰方法，为了验证本发明的有益效果，通过仿真实验进行科学论证。

参考本地区历史地线等值覆冰厚度，以档距200m，单档地线等值覆冰厚度5mm时布置20个致动装置为标准，历史最大等值覆冰厚度每增加1mm，致动装置数量增加2个，且最大数量为30个。档距每增加100m，致动装置数量增加10个。

提前预安装分布式致动装置如图2所示，致动装置通过机械连接件地线固定在一起，以分布式的方式将N(1、2、……N，N最大为地线长度/5)个致动装置预装在导线20上。并将致动装置与脉冲激励源30进行连接，如图3所示。

致动装置包括：可实现通讯的开关，机械致动器，电磁转换器等。可实现通讯的开关，当远端确定除冰方案后，将实时调整开关状态，从而实现智能除冰。电磁转换器，可以采用纯线圈形式，或单状态的永磁继电形式，其核心功能是使机械致动器产生目标的机械力；机械致动器可由线圈形式决定其材料及结构组成，若采用纯线圈形式，需采用电导率较高、机械性能较好的铝材，若采用永磁继电形式时，需采用磁导率较好、机械性能较好的钢材，且两者结构将有较大区别，机械致动器需要通过机械连接件和地线连接为一体，在除冰时，使地线发生弹性形变。

激励源包括：通讯装置，用来接受除冰信号、并发出除冰完成信号，电源装置，给致动装置提供直流或脉冲电源；控制装置，当接受到除冰信号后，闭合除冰开关，此时致动装置内接受通讯的开关已提前闭合，直接开始机械除冰。

在覆冰时，通过测量设备或人工观察、测量地线覆冰情况。

具体地：观察地线覆冰类型，即判断覆冰是雾凇、雨凇、混合凇中的哪一种，并测量地线覆冰厚度。观察与测量装置不仅限于无人机等。

根据地线实时覆冰情况和致动装置分布位置两者共同确定需要启动的致动器的数量和除冰力。

具体地：根据获取的目标地线覆冰情况，确定除冰所需要的致动装置数量和除冰点，并且明确除冰所需的机械力，使各致动器之间实现良好的配合，利用好脉冲在地线上产生的机械力的传播特点，减少能量的损耗。

当覆冰类型为雨凇且覆冰厚度较厚时，由于雨凇的粘结力强，所需除冰力较大，除冰点较密集，需要启动N个致动装置。当覆冰类型为雾凇且覆冰厚度较薄时，由于雾凇的粘结力小，所需除冰力较小，需要启动的致动装置数量较少，可为N/4个，且除冰点较分散，需要启动的致动装置之间的间隔较大。

调节激励源，依次使多个致动装置产生高冲量、大幅值的脉冲机械力进行除冰。

具体地：整个除冰过程所需的能量由脉冲激励源提供，根据步骤S5确定的除冰力和除冰点，调节脉冲激励源的输出，电源部分经电磁转换器后，将电能转化为机械致动器的动能，使得机械致动器产生一个或多个高冲量、大幅值的机械动作，由于机械致动器和地线固定在一起，继而在目标地线上产生毫秒量级、大小为几百至数千牛顿的机械力，该力将在目标地线发生局部的弹性形变，而覆冰在高应变率下将产生破裂，进而覆冰破裂而脱落，如图4所示。

当目标地线覆冰类型为雨凇且覆冰厚度较厚时，启动N个致动装置动作使部分雨凇在脉冲机械力的作用下破裂并脱落。

进一步地，为避免目标地线出现脱冰跳跃现象，根据覆冰脱落的情况，可依次交替启动N/2个致动装置，逐步使残留在目标地线上的覆冰脱落，降低地线的冰跳高度和横向摆幅。

当目标地线覆冰类型为雾凇且覆冰厚度较薄时，由于雾凇的密度和粘结力相对较小，可启动N/4个致动装置动作使覆冰脱落。

进一步地，对于残留在目标地线上的覆冰，可依次启动另外的N/4个致动装置动作，使覆冰脱落，以实现除冰的目的。

本发明所提供的除冰方法与传统方法相比，效果如下：

可以看出，本发明中，各致动装置之间实现良好的配合，利用脉冲作用沿覆冰地线的传播特点，实现了能量的合理利用，提高了除冰的效率和除冰长度。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。