CN111725738A - 一种高压线路绝缘子电磁除冰系统 - Google Patents
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Abstract
一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，涉及电力设备运维领域。解决了如何提供一种不影响电网运行的除冰装置问题。包括电磁感应取电模块、整流模块、逆变模块、射频发生模块、探测模块、控制模块、多频段微波发射器、M个频率选择阻波环和继电保护模块；M个频率选择阻波环被划分成N组；N组频率选择阻波环分别设置在绝缘子串的N层绝缘层上；同一绝缘层上的频率选择阻波环用于接收同一频段电磁波，不同绝缘层上的频率选择阻波环所接收的电磁波频段不同，多频段微波发射器向绝缘子串上的频率选择阻波环辐射多个频段电磁波，每个频率选择阻波环吸收相应波段电磁波的电磁能量发生电磁振荡生热进行除冰。主要用于对高压输电线路绝缘子进行除冰。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备运维领域，具体涉及对高压线路绝缘子表面覆冰的清除技术。
背景技术
我国拥有世界领先的超高压、特高压输电技术，并广泛地应用在我国的远距离电能输送，为国民经济的发展提供充足稳定的能源供应。但由于特殊的地理和环境因素，我国多条高压输电线路都经过积雪覆冰非常严重的地区，近年来我国输变电系统已经发生了多起重大覆冰灾害，对于电网运行安全造成重大威胁。
严重的覆冰灾害会导致线路杆塔过重发生倒塌，而较轻的覆冰天气则会导致绝缘子发生覆冰闪络，特别在特高压输电线路上，绝缘子发生覆冰闪络甚至击穿等故障会直接威胁电力系统的安全运行。因此，对绝缘子进行除冰是高压线路运维中的重要工作。
现有的绝缘子除冰多为机械除冰、自然除冰和热力融冰等方式，然而这些方式和装置有些需要停电检修，影响电网正常运行，而且在雨雪覆冰天气下存在难以人工登上高压架空线路，不仅工作量大而且危险度高，因此，难以施展除冰工作。因此，亟需提供一种能够安全自动除冰且不影响电网运行的除冰装置。
发明内容
本发明目的是为了解决如何提供一种不影响电网运行的除冰装置问题，提供了一种高压线路绝缘子电磁除冰系统。
一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，包括电磁感应取电模块、整流模块、逆变模块、射频发生模块、探测模块、控制模块、多频段微波发射器、M个频率选择阻波环和继电保护模块；
M个频率选择阻波环被划分成N组，每组中包括一个或多个频率选择阻波环；N组频率选择阻波环分别设置在绝缘子串的N层绝缘层上；同一绝缘层上的频率选择阻波环用于接收同一频段电磁波，不同绝缘层上的频率选择阻波环所接收的电磁波频段不同；M＞N，且M和N均为整数；
每个频率选择阻波环包括两个环体，两个环体均存在缺口，且两个环体的缺口朝向的夹角为A，120°≤A≤240°，所述两个环体同轴且共面，且两个环体间存在等间距的间隙；
探测模块，用于对绝缘子串表面积冰厚度进行探测，并将探测结果发送至控制模块，控制模块根据接收的探测结果对继电保护模块的工作状态进行控制；
控制模块，还用于对整流模块、逆变模块和射频发生模块的工作状态进行控制；
电磁感应取电模块，根据电磁感应原理从通电状态的输电线路上取电，并将获得的电能输送至继电保护模块，继电保护模块的电能输出端与整流模块的电能输入端连接；
继电保护模块用于对电磁感应取电模块输出的电能进行检测，并为整流模块提供继电保护；当检测到电磁感应取电模块输出的电能发生过电流和/或过电压时，继电保护模块自动切断，并禁止向整流模块输出电能；当电磁感应取电模块输出的电能未发生过电流和/或过电压时，继电保护模块向整流模块输出电能；
整流模块，用于对接收的电能进行整流后，输出直流电至逆变模块，逆变模块对接收的直流电进行逆变后转化为低频交流电发送至射频发生模块，射频发生模块对接收的低频交流电通过电子管自激振荡或晶体控制振荡进行频率改变，转化为微波波段的高频电磁能并发送至多频段微波发射器；
多频段微波发射器向绝缘子串的绝缘层上的M个频率选择阻波环辐射多个频段电磁波，每个频率选择阻波环吸收相应频段电磁波的电磁能量后进行电磁振荡生热，从而进行除冰。
优选的是，频率选择阻波环由半导体材料制成，具有柔韧性、可拉伸性；
频率选择阻波环设置在绝缘子串的绝缘层上的固定方式有两种：
其一、频率选择阻波环一个端面可通过粘接胶粘附在绝缘子串的绝缘层表面，再通过室温硫化硅橡胶涂料对频率选择阻波环另一个端面进行表面涂敷固定；
其二、绝缘子串生产过程中，可将频率选择阻波环直接内置绝缘子串的绝缘层中。
优选的是，电磁感应取电模块包括P组电磁线圈单元，且P组电磁线圈单元并联连接；
每组电磁线圈单元包括Q个串联连接的电磁线圈；其中，P和Q均为大于2的正整数。
优选的是，多频段微波发射器由多个不同频段的天线组成，且多个不同频段的天线组成一个环形结构，多频段微波发射器可拆卸的固定在绝缘子串高压端，绝缘子串的轴心线穿过多频段微波发射器的环形圆心，且绝缘子串与多频段微波发射器的环形平面垂直，每个频段的天线的主瓣方向与绝缘子串轴线方向的夹角大于0°且小于30°。
优选的是，每组频率选择阻波环中的两个环体的结构相同。
优选的是，同一绝缘层上的所有频率选择阻波环的尺寸相同，不同绝缘层上的频率选择阻波环的尺寸不同。
优选的是，探测模块为红外探测器。
优选的是，红外探测器包括红外光发射端和接收端。
优选的是，控制模块根据接收的探测结果对继电保护模块、整流模块、逆变模块和射频发生模块的工作状态进行控制的具体过程为：
当控制模块接收的探测结果大于预设阈值时，控制模块发出相应的控制指令使继电保护模块、整流模块、逆变模块和射频发生模块开始工作。
优选的是，电磁感应取电模块为圆筒型或多边形筒结构；筒形结构由两个对称弧形结构组成，两个对称弧形结构为独立的电磁感应取电结构，两个对称弧形结构通过卡扣或螺丝紧固在一起，电磁感应取电模块包覆且固定在输电线路上，电磁感应取电模块外部由环氧树脂和/或硅橡胶绝缘材料构成，与输电线路绝缘。
本发明所带来的有益效果是：本发明可对缘子的状态实时进行监测，通过微波谐振生热对缘子表面的冰进行自动清理，工作效率高且无需人工参与，对电网安全和人身安全无任何危害。除冰基于频率选择阻波环与微波谐振生热，不会产生高温，对缘子自身材料和工作特性无影响，本发明对于提高电网运维的工作效率、保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。
本发明还具有自动化程度高、稳定工作时间长、具有不需要辅助外部电源、运维检测成本低、对电网运行安全影响低等优点。
附图说明
图1是本发明所述一种高压线路绝缘子电磁除冰系统的原理示意图。
图2为绝缘层10的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
具体实施方式一：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，包括电磁感应取电模块1、整流模块2、逆变模块3、射频发生模块4、探测模块5、控制模块6、多频段微波发射器7、M个频率选择阻波环8和继电保护模块9；
M个频率选择阻波环8被划分成N组，每组中包括一个或多个频率选择阻波环8；N组频率选择阻波环8分别设置在绝缘子串的N层绝缘层10上；同一绝缘层10上的频率选择阻波环8用于接收同一频段电磁波，不同绝缘层10上的频率选择阻波环8所接收的电磁波频段不同；M＞N，且M和N均为整数；
每个频率选择阻波环8包括两个环体，两个环体均存在缺口，且两个环体的缺口朝向的夹角为A，120°≤A≤240°，所述两个环体同轴且共面，且两个环体间存在等间距的间隙；
探测模块5，用于对绝缘子串表面积冰厚度进行探测，并将探测结果发送至控制模块6，控制模块6根据接收的探测结果对继电保护模块9的工作状态进行控制；
控制模块6，还用于对整流模块2、逆变模块3和射频发生模块4的工作状态进行控制；
电磁感应取电模块1，根据电磁感应原理从通电状态的输电线路上取电，并将获得的电能输送至继电保护模块9，继电保护模块9的电能输出端与整流模块2的电能输入端连接；
继电保护模块9用于对电磁感应取电模块1输出的电能进行检测，并为整流模块2提供继电保护；当检测到电磁感应取电模块1输出的电能发生过电流和/或过电压时，继电保护模块9自动切断，并禁止向整流模块2输出电能；当电磁感应取电模块1输出的电能未发生过电流和/或过电压时，继电保护模块9向整流模块2输出电能；
整流模块2，用于对接收的电能进行整流后，输出直流电至逆变模块3，逆变模块3对接收的直流电进行逆变后转化为低频交流电发送至射频发生模块4，射频发生模块4对接收的低频交流电通过电子管自激振荡或晶体控制振荡进行频率改变，转化为微波波段的高频电磁能并发送至多频段微波发射器7；
多频段微波发射器7向绝缘子串的绝缘层10上的M个频率选择阻波环8辐射多个频段电磁波，每个频率选择阻波环8吸收相应频段电磁波的电磁能量后进行电磁振荡生热，从而进行除冰。
本实施方式所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统的处理对象是绝缘子串的上的冰，绝缘子串由玻璃、陶瓷或硅橡胶制成。当绝缘子串由硅橡胶制成时，绝缘层10被称为绝缘子的伞裙，当绝缘子串由玻璃或陶瓷制成时，绝缘层10被称为绝缘子的绝缘件。
本实施方式所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统可对绝缘子串的状态实时进行检测，通过微波谐振生热对绝缘子串表面的冰进行自动清理，工作效率高且无需人工参与，对电网安全和人身安全无任何危害。除冰基于频率选择阻波环与微波谐振生热，不会产生高温，对绝缘子串自身材料和工作特性无影响，本发明对于提高电网运维的工作效率、保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。
本实施方式中，每组频率选择阻波环8中包括两个环体，两个环体均存在缺口，且两个环体的缺口朝向有特定夹角的作用是可以使得任一方向振荡的电场均能在频率选择阻波环上产生共振的最佳滤波效果。
具体实施方式二：具体参见图1和图2，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高压线路绝缘子串电磁除冰系统作进一步说明，频率选择阻波环8由半导体材料制成，具有柔韧性、可拉伸性；
频率选择阻波环8设置在绝缘子串的绝缘层10上的固定方式有两种：
其一、频率选择阻波环8一个端面可通过粘接胶粘附在绝缘子串的绝缘层10表面，再通过室温硫化硅橡胶涂料对频率选择阻波环8另一个端面进行表面涂敷固定；
其二、绝缘子串生产过程中，可将频率选择阻波环8直接内置绝缘子串的绝缘层10中。
具体应用时，布设在不同玻璃、陶瓷绝缘件或硅橡胶上的频率选择阻波环的结构尺寸和分布数量具有特定差异性，频率选择阻波环的结构尺寸和分布数量由其最佳阻波频段决定，最佳阻波频段越大的频率选择阻波环8的结构尺寸越小、分布数量越少、离多频段微波发射器7距离越近，频率选择阻波环8的最佳阻波频段与多频段微波发射器7其中的某个天线的工作频率具有匹配关系。
具体实施方式三：具体参见图1，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统作进一步说明，电磁感应取电模块1包括P组电磁线圈单元，且P组电磁线圈单元并联连接；
每组电磁线圈单元包括Q个串联连接的电磁线圈；其中，P和Q均为大于2的正整数。
具体应用时，电磁线圈与输电线路共面，保证通电状态的输电线路上所产生的磁场垂直穿过电磁线圈所在平面。
具体实施方式四：具体参见图1，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统作进一步说明，多频段微波发射器7由多个不同频段的天线组成，且多个不同频段的天线组成一个环形结构，多频段微波发射器7可拆卸的固定在绝缘子串高压端，绝缘子串的轴心线穿过多频段微波发射器7的环形圆心，且绝缘子串与多频段微波发射器7的环形平面垂直，每个频段的天线的主瓣方向与绝缘子串轴线方向的夹角大于0°且小于30°。
本优选实施方式中，这种夹角的设置方式使得天线发出的电磁波的主要传播方向与频率选择阻波环平面保持近似垂直的夹角关系，保证电磁波电场振荡方向与频率选择阻波环平面近似平行或成小角度夹角，以达到最佳的吸收电磁能量进而生热的效果。
应用时，频率选择阻波环的最佳阻波频段与多频段微波发射器7中的某个天线的工作频率的具有严格的一致性，这样的一致性可以保证不同绝缘层10上的频率选择阻波环能够吸收对应频率的电磁波，避免靠近多频段微波发射器7的频率选择阻波环吸收电磁能量多，远离多频段微波发射器7的频率选择阻波环吸收电磁能量少的问题，实现绝缘子串各绝缘层10上能够均匀生热除冰。
具体实施方式五：具体参见图1，本实施方式是对具体实施方式一或二所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统作进一步说明，具体参见图1，同一绝缘层10上的所有频率选择阻波环8的尺寸相同，不同绝缘层10上的频率选择阻波环8的尺寸不同。
本优选实施方式中，每组频率选择阻波环8中的两个环体的形状一致，但尺寸存在大小差异，其中小尺寸的环体的外径小于大尺寸的环体的内径，并且二者间距与两个环体的尺寸具有固定比例关系。
具体实施方式六：具体参见图1，本实施方式是对具体实施方式五所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统作进一步说明，每组频率选择阻波环8中的两个环体的结构为圆环、方形环、三角形环或多边形环。
具体实施方式七：具体参见图1，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统作进一步说明，探测模块5为红外探测器。
本优选实施方式中，探测模块5还可采用机械式的探测器，进行传感探测。
具体实施方式八：具体参见图1，本实施方式是对具体实施方式七所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统作进一步说明，红外探测器包括红外光发射端和接收端。
本优选实施方式中，红外探测器安装于绝缘子串高压端第一个绝缘层10的上表面通过检测对比冰和其他存在于空气中介质对于红外光的不同透射和发射率，判断绝缘子串表面是否覆冰，并向控制模块6传送信号。
具体实施方式九：具体参见图1，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统作进一步说明，控制模块6根据接收的探测结果对继电保护模块9、整流模块2、逆变模块3和射频发生模块4的工作状态进行控制的具体过程为：
当控制模块6接收的探测结果大于预设阈值时，控制模块6发出相应的控制指令使继电保护模块9、整流模块2、逆变模块3和射频发生模块4开始工作。
具体实施方式十：具体参见图1，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高压线路绝缘子串电磁除冰系统作进一步说明，电磁感应取电模块1为圆筒型或多边形筒结构；筒形结构由两个对称弧形结构组成，两个对称弧形结构为独立的电磁感应取电结构，两个对称弧形结构通过卡扣或螺丝紧固在一起，电磁感应取电模块1包覆且固定在输电线路上，电磁感应取电模块1外部由环氧树脂和/或硅橡胶绝缘材料构成，与输电线路绝缘。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，包括电磁感应取电模块(1)、整流模块(2)、逆变模块(3)、射频发生模块(4)、探测模块(5)、控制模块(6)、多频段微波发射器(7)、M个频率选择阻波环(8)和继电保护模块(9)；
M个频率选择阻波环(8)被划分成N组，每组中包括一个或多个频率选择阻波环(8)；N组频率选择阻波环(8)分别设置在绝缘子串的N层绝缘层(10)上；同一绝缘层(10)上的频率选择阻波环(8)用于接收同一频段电磁波，不同绝缘层(10)上的频率选择阻波环(8)所接收的电磁波频段不同；M＞N，且M和N均为整数；
每个频率选择阻波环(8)包括两个环体，两个环体均存在缺口，且两个环体的缺口朝向的夹角为A，120°≤A≤240°，所述两个环体同轴且共面，且两个环体间存在等间距的间隙；
探测模块(5)，用于对绝缘子串表面积冰厚度进行探测，并将探测结果发送至控制模块(6)，控制模块(6)根据接收的探测结果对继电保护模块(9)的工作状态进行控制；
控制模块(6)，还用于对整流模块(2)、逆变模块(3)和射频发生模块(4)的工作状态进行控制；
电磁感应取电模块(1)，根据电磁感应原理从通电状态的输电线路上取电，并将获得的电能输送至继电保护模块(9)，继电保护模块(9)的电能输出端与整流模块(2)的电能输入端连接；
继电保护模块(9)用于对电磁感应取电模块(1)输出的电能进行检测，并为整流模块(2)提供继电保护；当检测到电磁感应取电模块(1)输出的电能发生过电流和/或过电压时，继电保护模块(9)自动切断，并禁止向整流模块(2)输出电能；当电磁感应取电模块(1)输出的电能未发生过电流和/或过电压时，继电保护模块(9)向整流模块(2)输出电能；
整流模块(2)，用于对接收的电能进行整流后，输出直流电至逆变模块(3)，逆变模块(3)对接收的直流电进行逆变后转化为低频交流电发送至射频发生模块(4)，射频发生模块(4)对接收的低频交流电通过电子管自激振荡或晶体控制振荡进行频率改变，转化为微波波段的高频电磁能并发送至多频段微波发射器(7)；
多频段微波发射器(7)向绝缘子串的绝缘层(10)上的M个频率选择阻波环(8)辐射多个频段电磁波，每个频率选择阻波环(8)吸收相应频段电磁波的电磁能量后进行电磁振荡生热，从而进行除冰。
2.根据权利要求1所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，频率选择阻波环(8)由半导体材料制成，具有柔韧性、可拉伸性；
频率选择阻波环(8)设置在绝缘子串的绝缘层(10)上的固定方式有两种：
其一、频率选择阻波环(8)一个端面可通过粘接胶粘附在绝缘子串的绝缘层(10)表面，再通过室温硫化硅橡胶涂料对频率选择阻波环(8)另一个端面进行表面涂敷固定；
其二、绝缘子串生产过程中，可将频率选择阻波环(8)直接内置绝缘子串的绝缘层(10)中。
3.根据权利要求1所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，电磁感应取电模块(1)包括P组电磁线圈单元，且P组电磁线圈单元并联连接；
每组电磁线圈单元包括Q个串联连接的电磁线圈；其中，P和Q均为大于2的正整数。
4.根据权利要求1所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，多频段微波发射器(7)由多个不同频段的天线组成，且多个不同频段的天线组成一个环形结构，多频段微波发射器(7)可拆卸的固定在绝缘子串高压端，绝缘子串的轴心线穿过多频段微波发射器(7)的环形圆心，且绝缘子串与多频段微波发射器(7)的环形平面垂直，每个频段的天线的主瓣方向与绝缘子串轴线方向的夹角大于0°且小于30°。
5.根据权利要求1或2所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，同一绝缘层(10)上的所有频率选择阻波环(8)的尺寸相同，不同绝缘层(10)上的频率选择阻波环(8)的尺寸不同。
6.根据权利要求5所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，每组频率选择阻波环(8)中的两个环体的结构为圆环、方形环、三角形环或多边形环。
7.根据权利要求1所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，探测模块(5)为红外探测器。
8.根据权利要求7所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，红外探测器包括红外光发射端和接收端。
9.根据权利要求1所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，控制模块(6)根据接收的探测结果对继电保护模块(9)、整流模块(2)、逆变模块(3)和射频发生模块(4)的工作状态进行控制的具体过程为：
当控制模块(6)接收的探测结果大于预设阈值时，控制模块(6)发出相应的控制指令使继电保护模块(9)、整流模块(2)、逆变模块(3)和射频发生模块(4)开始工作。
10.根据权利要求1所述的一种高压线路绝缘子电磁除冰系统，其特征在于，电磁感应取电模块(1)为圆筒型或多边形筒结构；筒形结构由两个对称弧形结构组成，两个对称弧形结构为独立的电磁感应取电结构，两个对称弧形结构通过卡扣或螺丝紧固在一起，电磁感应取电模块(1)包覆且固定在输电线路上，电磁感应取电模块(1)外部由环氧树脂和/或硅橡胶绝缘材料构成，与输电线路绝缘。
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