一种除冰环、除冰装置、除冰方法及系统

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一种除冰环、除冰装置、除冰方法及系统
申请号	CN202110406582.3	申请日	2021-04-15	公开(公告)号	CN112952717A	公开(公告)日	2021-06-11
申请人	重庆大学; 国网四川省电力公司; 国网江西省电力有限公司;			发明人	蒋兴良; 黄亚飞; 邓颖; 曾蕴睿; 刘小江;
摘要	本发明公开了一种除冰环，包括：由铁磁材料构成的环体；以及包覆在所述环体外的发热覆层。现有防除冰技术均无法实现输电线路的不停电除冰，均无法应对微地形、微气象等小范围重覆冰区域内输电线路覆冰灾害。除冰环是一种低成本、有效的不停电导线防冰、除冰措施。可以在微地形、微气象等小范围重覆冰区域内推广使用。
权利要求	1.一种除冰环，其特征在于，包括：由铁磁材料构成的环体；以及包覆在所述环体外的发热覆层。 2.根据权利要求1所述的除冰环，其特征在于，所述发热覆层具有导电、发热功能。 3.根据权利要求1所述的除冰环，其特征在于，所述环体包括：第一环体；第二环体，与所述第一环体扣合形成一环状结构，所述环状态结构具有一供输电导线穿过的空间。 4.根据权利要求2所述的除冰环，其特征在于，所述环体还包括连接件，所述第一环体与所述第二环体通过所述连接件固定连接。 5.一种除冰装置，其特征在于，包括：间隔设置在输电导线上的若干如权利要求1‑4任意一项所述的除冰环。 6.一种除冰方法，其特征在于，在输电导线上间隔设置若干如权利要求1‑4任意一项所述的除冰环，并向所述输电导线施加交流电。 7.一种除冰系统，其特征在于，包括：融冰模块，用于在交变磁场中产生热量的若干个除冰环；若干个所述除冰环间隔设置在输电导线上；交流电施加模块，用于向所述输电导线上施加交流电。 8.根据权利要求7所述的除冰系统，其特征在于，所述除冰环为权利要求1‑4任意一项所述的除冰环。
说明书全文	一种除冰环、除冰装置、除冰方法及系统技术领域 [0001] 本发明涉及输电线路在线除冰技术领域，特别是一种除冰环、除冰装置、除冰方法及系统。背景技术 [0002] 我国是输电线路覆冰事故最频发的国家之一，长期以来难以预测输电线路覆冰事故给国家造成极大的经济损失。一旦覆冰发生，输电线路将可能发生导线断股、断线、舞动，杆塔金具损坏等机械和电气事故，严重时造成大范围、长时间的供电中断。 [0003] 在长期的研究过程中，从输电线路覆冰积雪的不同影响因素出发，许多防冰除冰的方法被提出，如机械除冰、防冰涂料、热力学融冰及电脉冲除冰等。各种方法在不同的环境和使用条件下均有一定的效果，但都存在局限性，没有任何一种方法能完全解决导线覆冰问题。现阶段直流融冰方法作为一种高效的主动除冰方式在中国被广泛采用。但是直流融冰方法需要线路停电进行、设备成本高昂，而且直流融冰装置的接入操作和起效均需要一定的时间。所以对于极速、大面积的冰雪寒流侵袭，直流融冰也显得无能为力。 [0004] 分析我国输电线路的覆冰灾害，除了大范围的冰雪天气来袭造成大范围的冰灾事故，其还具有典型的微地形、微气象的特点。微地形、微气象覆冰是指在某个小范围内由于微地形的存在，使该区域内的微气象因子将发生异变，引发该该处输电线路严重的覆冰灾害。常见的微地形有高山分水岭、地势抬升、峡谷、垭口等，其范围可小至几百米空间、几个甚至一个档距之间。微地形、微气象区域的覆冰现象严重，持续时间长、危害大，并且难以防治，大范围的直流融冰设备都束手无策。 [0005] 因此电网亟需一种应对微地形、微气象区域覆冰灾害的不断电防除冰手段。发明内容 [0006] 本发明的目的是提出一种除冰环、除冰装置、除冰方法及系统，以解决现有技术中的至少一个缺陷。 [0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： [0008] 本发明提供的一种除冰环，包括： [0009] 由铁磁材料构成的环体； [0010] 以及包覆在所述环体外的发热覆层。 [0011] 可选地，所述发热覆层具有导电功能。 [0012] 可选地，所述环体包括： [0013] 第一环体； [0014] 第二环体，与所述第一环体扣合形成一环状结构，所述环状态结构具有一供输电导线穿过的空间。 [0015] 可选地，所述环体还包括连接件，所述第一环体与所述第二环体通过所述连接件固定连接。 [0016] 本发明提供的一种除冰装置，包括： [0017] 间隔设置在输电导线上的若干所述的除冰环。 [0018] 本发明提供的一种除冰方法，其特征在于，在输电导线上间隔设置若干所述的除冰环，并向所述输电导线施加交流电。 [0019] 本发明提供的一种除冰系统，包括： [0020] 融冰模块，用于在交变磁场中产生热量的若干个除冰环；若干个所述除冰环间隔设置在输电导线上； [0021] 交流电施加模块，用于向所述输电导线上施加交流电。 [0022] 可选地，所述除冰环为前述的除冰环。 [0023] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点： [0024] 本发明结合磁热计算和除冰过程热平衡分析，提出采用低成本复合铁磁材料所制成涡流自热环进行导线自动不断电除冰的方法。其非常适合用以微地形、微气象覆冰区域等小范围局部覆冰严重的地区的冰灾防治。当输电线路途径长几km甚至几百m的微地形、微气象覆冰区域时，倒塔、断线的等冰灾事故难以杜绝，大规模融冰手段又难以实时开展，这时非常适合在该区域布置涡流自热环来抑制导线覆冰形成，降低冰灾风险。 [0025] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明 [0026] 本发明的附图说明如下。 [0027] 图1为本发明一实施例一种除冰环的结构图，a为一视角下的除冰环的结构图，b为另一视角下的除冰环的结构图； [0028] 图2为本发明另一实施例除冰环的结构图； [0029] 图3为本发明一实施例除冰装置的结构图。具体实施方式 [0030] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0031] 如图1所示，本申请实施例提供的一种除冰环，包括： [0032] 由铁磁材料构成的环体； [0033] 以及包覆在所述环体外的发热覆层。其中，所述发热覆层具有导电功能。 [0034] 在一实施例中，如图2所示，所述环体包括： [0035] 第一环体11； [0036] 第二环体12，与所述第一环体扣合形成一环状结构，所述环状态结构具有一供输电导线穿过的空间。 [0037] 在一实施例中，所述环体还包括连接件，所述第一环体与所述第二环体通过所述连接件固定连接。 [0038] 本申请的除冰环在使用时，套设在输电导线上。当通以交流电流时，输电导线外侧将存在一个交变的磁场，位于其附近的铁磁材料(即除冰环)在交变磁场中将产生强烈的交变磁感应强度，引发磁滞损耗和涡流损耗。与此同时，在铁磁材料外包覆的电阻率较小的发热覆层(导电覆层)，使其在铁磁材料感应的交变磁感应强度中产生涡流损耗，其产生的热能将进一步增大。当铁磁材料的磁热达到一定数值时就可以减轻、延缓或融化输电导线上的覆冰。铁磁材料中的磁场强度H和磁感应强度B可分别表示为： [0039] H＝Hmcos(ω1t) (1) [0040] B＝Bmcos(ω1t‑δ) (2) [0041] 式中，Hm为磁场强度峰值，Bm为磁感应强度峰值，ω1为工频角频率，δ为相位差。 [0042] 除冰环的磁热Pm来源有磁心(铁磁材料)的磁滞损耗Pe、磁心涡流损耗Ph及除冰环发热覆层的涡流损耗Pr，即： [0043] Pm＝Pe+Ph+Pr (3) [0044] 磁心的磁滞损耗功率Pe为： [0045] [0046] 式中，f为工作频率，η为施泰因梅茨系数，μm为磁心的磁导率，V1为磁心体积。 [0047] 磁心的涡流损耗功率Ph为 [0048] [0049] 式中，ρm为磁心材料的电阻率。 [0050] 发热覆层的涡流损耗功率Pr为 [0051] [0052] 式中，ρc为发热覆层材料的电阻率，V2为发热覆层体积。 [0053] 为了得到较大的发热量，同时考虑到材料的成本，除冰环(涡流自热环)的磁心来用价格低廉、易于加工的铸铁制成，按输电导线直径尺寸加工成单只可开口铁环以便于安装。铁心外部镀上一层的铜作为发热覆层。 [0054] 涡流自热环的外形尺寸如图1所示： [0055] 图1中：R1为内径，R2为外径，L为除冰环宽度，D为除冰环厚度。 [0056] 在一实施例中，一种涡流自热环的结构参数如表1所示。铁心外部镀上一层1.5mm的铜作为发热覆层。 [0057] 表1 [0058] [0059] 通过公式(1)‑(6)计算，得出单个涡流自热环的发热功率随着传输电流的增大迅2 速增加。当传输电流超过140A，即传输电流密度为0.35A/mm 时，涡流自热环的发热量达到稳定值，为2.0w左右。环身宽度为20mm，换算成标准单位为100W/m，理论上在涡流自热环的布置处足以实现特定条件的导线表面防冰。 [0060] 本申请实例提供一种除冰装置，包括： [0061] 间隔设置在输电导线上的若干的除冰环，除冰环如图1、2所示。 [0062] 除冰装置的实际的除冰效果如图3所示，具体试验条件为：风速：6m/s；温度：‑5℃；3 空气中的液态水含量：0.6g/m ；空气中的液滴平均直径：25μm；导线电流400A。从图中可以看出，在试验条件下涡流自热环布置处没有覆冰形成，说明该试验条件下涡流自热环所产生的热量可以有效抑制环身处的覆冰形成。此外，由于涡流自热环的存在导致导线上形成分段覆冰，相互之间附着力减小，有利于冰层在自然或者热力融冰过程中的自行脱落。 [0063] 本申请实例提供一种除冰方法，在输电导线上间隔设置若干所述的除冰环，除冰环如图1、2所示，并向所述输电导线施加交流电。 [0064] 本申请实例提供一种除冰系统，包括： [0065] 融冰模块，用于在交变磁场中产生热量的若干个除冰环，除冰环如图1、2所示；若干个所述除冰环间隔设置在输电导线上； [0066] 交流电施加模块，用于向所述输电导线上施加交流电。 [0067] 最后说明的是，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。