用于超高压输电线路中绝缘子的热水除冰系统和方法与流程

本发明涉及电网输电设备除冰领域，尤其涉及一种用于超高压输电线路中绝缘子的热水除冰系统和方法。

背景技术：

电网输电设备在低温等恶劣气象环境下输电设备表面容易覆冰，覆冰后输电设备的电气性能发生改变，威胁电网的安全与稳定，尤其是特高压主网输电线路中输电设备表面覆冰导致输电设备电气性能不稳定，如绝缘子覆冰闪络，若线路绝缘子发生覆冰闪络故障，对输电主网的安全运行造成严重威胁。在现有除冰方法中，采用大电流对覆冰线路进行融冰的方法早已人所共知,但该方法只能除去导线上的结冰,对清除带电绝缘子上的覆冰则是无能为力的；在超高压主网中，如50万千伏及以上，因架设的电网很高，无法直接采用现有的地面变电站热力除冰的方法。

因此，亟需一种用于超高压输电线路中绝缘子的热水除冰系统和方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种基于直升机搭载的用于超高压输电线路中绝缘子的热水除冰系统和方法。

本发明提供一种用于超高压输电线路中绝缘子的热水除冰系统，其特征在于：包括：热水除冰设备、用于向所述热水除冰设备提供工作用电的电源和用于搭载热水除冰设备的直升机；

所述热水除冰设备包括进行预处理的水、用于盛装进行预处理的水的水箱、对预处理的水进行加热并将水温控制在预设温度范围内的温控装置、增压装置、射流装置和电源，所述电源用于向所述热水除冰设备提供工作用电，所述增压装置用于向所述射流装置提供预设压力值的水流，所述温控装置的输入端与所述水箱的出水口连接，所述温控装置的输出端与所述增压装置的进水端连接，所述增压装置的出水端经高压水管与所述射流装置的输入端连接，所述射流装置的输出的高压热水将绝缘子表面的覆冰清除，

所述预处理的水为经过蒸馏、冷凝的蒸馏水。

进一步，所述预处理的水为接触绝缘子时的电导率小于1×10^-5s/cm的离子化的水。

进一步，其中加热前的预处理的水的电导率γ采用如下方式确定，

其中，γ表示常温下水的电导率，kt表示与绝缘子接触的水和加热前的水电导率的换算系数，γt表示与绝缘子接触的水的电导率，t表示温度。

进一步，所述除冰系统还包括可伸缩的中空绝缘杆，所述中空绝缘杆内置高压水管，且所述中空绝缘杆的直径的最小值大于等于高压水管的直径。

进一步，所述中空绝缘杆贯穿与所述直升机固定连接的环形基座。

进一步，所述环形基座的支撑架与所述直升机舱门向外延伸的工作台固定连接。

进一步，所述射流装置至少包括锥直型喷嘴，所述锥直型喷嘴包括锥形收缩管和圆柱形整流管，所述锥形收缩段的左端与所述高压水管连接，所述锥形收缩管的右端与所述圆形整流的一端连接。

进一步，所述高压水管包括增强层和保温层，所述增强层用于增强高压水管的耐压强度，所述保温层用于对流经高压水管的水进行保温。

相应的本发明还提供一种用于超高压输电线路中绝缘子的热水除冰方法，用于权利要求1-8任一所述热水除冰系统，其特征在于：包括：

s1：预处理用于绝缘子除冰的水；

s2：将预处理后的水装入水箱，并对水箱中的水进行加热；

s3：待水箱中的水温达到预设温度后，由直升机搭载热水除冰系统至目标位置；

s4：打开水阀，调整绝缘杆的角度使射流装置的出水正对绝缘子表面，进行除冰，当前绝缘子除冰完成后关闭水阀；

s5：前往下一个除冰点进入步骤s4，直至完成除冰任务完成。

进一步，步骤s3包括：根据所述直升机机翼长度以及待除冰绝缘子所在的输电线路电压等级确定安全距离。

本发明的有益技术效果：本方法主要用于特高压，如50万千瓦及以上，输电线路中的绝缘子的除冰，通过对除冰的热水进行去离子化处理，可在输电线路带电情况下进行除冰作业且除冰效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的热水除冰示意图。

图3为本发明的射流装置的结构示意图。

图4为本发明的中空绝缘杆的结构示意图。

图5为本发明的流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：

图1为本发明的原理框图，图2为本发明的直升机热水除冰示意图，图3为本发明的锥直型喷嘴的结构示意图，图4为本发明的中空绝缘杆的结构示意图，图5为本发明的步骤流程图，图2中，a为水箱，b为热水保温、增压装置，c为高压水管，d为绝缘杆末端的开关阀，e为中空绝缘杆，中空绝缘杆内部虚线部分表示内置于其中的高压水管，f为热力射流装置，g为两脚架,图3中，d为入口直径，α为收缩角，d为出口直径，l为收缩段长度，l为圆柱整流段长度，图4中，h为中空绝缘杆第一节，i为中空绝缘杆第二节，以此类推，j为滑块。

本发明提供的一种用于超高压输电线路中绝缘子的热水除冰系统，其特征在于：包括：热水除冰设备、用于向所述热水除冰设备提供工作用电的电源和用于搭载热水除冰设备的直升机；所述直升机，型号为小松鼠as350,其最大起飞重量为2250kg，翼展长度为10.69m，客舱长为2m，高为1.3m，宽为1.65m。所述除冰装置于直升机中后部；所述电源采用现有的5500w柴油发电机，输出电压为220v，发电机重量为85kg。

所述热水除冰设备包括进行预处理的水、用于盛装进行预处理的水的水箱、对预处理的水进行加热并将水温控制在预设温度范围内的温控装置、增压装置、射流装置和电源，所述电源用于向所述热水除冰设备提供工作用电，所述增压装置用于向所述射流装置提供预设压力值的水流，所述温控装置的输入端与所述水箱的出水口连接，所述温控装置的输出端与所述增压装置的进水端连接，所述增压装置的出水端经高压水管与所述射流装置的输入端连接，所述射流装置的输出的高压热水将绝缘子表面的覆冰清除，

所述预处理的水为经过蒸馏、冷凝的蒸馏水。

本实施例中，所述水箱为圆柱体水箱，包括入水口和出水口，所述入水口在上表面，所述出水口位于距离水箱下表面5cm处并且出口处连接管道至热水保温、增压装置；所述圆柱体水箱体积约为200l，其高度为0.93m，底部直径为5.8m。所述增压泵用于将热水经过数级加压，使其压力达到兆帕级别且增压泵出口水压力可调。所述增压泵为高压柱塞泵，用于将原动机的机械能经泵直接转化为输送液体的压力能，其额定功率为2200w，工作压力为0-10mpa。在除冰过程中，可根据实际除冰工况来调节水压。所述温控装置采用电热桶，所述电热桶的出水口与增压泵通过具有保温层的耐热水管连接。本实施例中，所述电热水桶额定功率为3200w，其体积约为80l，高度为0.6m，底部直径为0.5m。。

通过上述技术方案主要用于特高压，如50万千瓦及以上，输电线路中的绝缘子的除冰，通过对除冰的热水进行去离子化处理，使对绝缘子除冰过程中无需做断电处理且除冰效率高。

在本实施例中，所述预处理的水为接触绝缘子时的电导率小于1×10^-5s/cm的离子化的水。由于水的电导率随着水温度升高，水电导率会增加，预设温度是现场操作人员根据实际工况来进行设定，所述预设温度范围为80摄氏度至90摄氏度，因此在本实施例中采用限定加热前的水的电导率。

其中，加热前的预处理的水的电导率γ采用如下方式确定，

其中，γ表示常温下水的电导率，kt表示与绝缘子接触的水和加热前的水电导率的换算系数，γt表示与绝缘子接触的水的电导率，t表示温度，其中下标20表示假设加热前的经预处理的水的温度为20摄氏度。

在本实施例中，当水被加热至80℃时，则喷嘴出口处80℃热水的最大电导率为1×10^-5s/cm，此时温度换算系数

k80＝1.28704×0.96128⁸⁰+0.41571＝0.470359；

则经过制水系统去离子化处理后的低电导率冷水的电导率不应超过γ20＝0.480359×1×10^-5s/cm＝4.80359×10^-6s/cm。当改变加热温度时，计算过程与上诉方法相同。

将水预处理后，降低与绝缘子接触的水的电导率，从而实现输电线路带电状态时对输电线的绝缘子除冰，增强了输电主网的稳定性。

在本实施例中，如图4所示，所述除冰系统还包括可伸缩的中空绝缘杆，所述中空绝缘杆内置高压水管，且所述中空绝缘杆的直径的最小值大于等于高压水管的直径。本实施例中，所述中空绝缘杆采用可伸缩结构以用于不同电压等级输电线路或不同距离下的除冰作业，绝缘杆分为5节，每节中空杆长度为3m且直径依次增大，最小处直径足够内置高压水管。绝缘杆的材质为pvc(聚氯乙烯)，具有优良的绝缘性能，密度小。

所述中空绝缘杆贯穿与所述直升机固定连接的环形基座。

所述环形基座的支撑架与所述直升机舱门向外延伸的工作台固定连接。如图2所示。

当对不同电压等级输电线路进行除冰时，根据绝缘距离以及直升机安全飞行距离要求，伸长或缩短中空绝缘杆，确保操作人员与待除冰绝缘子保持安全距离；也就是说当对不同电压等级输电线路进行除冰时，直升机机体与输电线路之间的距离不小于15m，同时满足直升机机翼边沿与输电线路的距离不小于电压等级规定的安全距离，即110kv输电线路不小于1.5m，220kv输电线路不小于3m，500kv输电线路不小于5m。中空绝缘杆伸出长度不小于10m，绝缘杆长度与水射流有效喷射距离之和不小于直升机机体与输电线路的距离。或者当对一定电压等级输电线路进行除冰时，在满足安全距离的前提下，伸缩绝缘杆以改变喷嘴与除冰线路的距离用于改变除冰效果。也就是说，当除冰输电线路电压等级确定时，在满足直升机机体与输电线路之间距离不小于15m以及直升机机翼与输电线路间距不小于相应电压等级的安全距离的前提下，通过伸缩绝缘杆的长度，在水射流有效喷射范围内改变除冰距离，实现快速除冰。

当中空绝缘杆伸展开之后，中间部分穿过固定在两脚架上的圆环，以该圆环为操纵支点，用于让操作人员在直升机机舱内通过控制中空绝缘杆末端的开关阀来开关热力射力装置，并在一定角度范围内以圆环为支点旋转绝缘杆及其内部高压水管，用于进行不同角度的除冰作业。所述两脚架及其支撑平台焊接于直升机舱门外，用于支撑绝缘杆及其内部高压水管。

中空绝缘杆用于确保操作人员除冰过程中的人身安全，并可通过中空绝缘杆实时调整除冰角度，增强除冰效果。

在本实施例中，如图3所示，所述射流装置至少包括锥直型喷嘴，所述锥直型喷嘴包括锥形收缩管和圆柱形整流管，所述锥形收缩段的左端与所述高压水管连接，所述锥形收缩管的右端与所述圆形整流的一端连接。收缩段与高压水管末端通过螺纹连接，经锥形收缩段加速后的水流经过圆柱整流段后进入空气。所述左端和右端为图2所示的左边和右边，即左边为锥直型的入口，右边为锥直型的出口；所述锥直型喷嘴的主要结构参数包括：入口直径d＝7mm、收缩角α＝13°、出口直径d＝1-5mm可调、收缩段长度l＝5mm、圆柱整流段长度与出口直径的比值l/d＝6。

射流装置用于增加流入的水的速度，增大热水与绝缘子串接触的应力，从而使覆冰更快的脱落。

在本实施例中，所述高压水管包括增强层和保温层，所述增强层用于增强高压水管的耐压强度，所述保温层用于对流经高压水管的水进行保温。所述高压水管，包括内层、增强层、外包层和保温层。所述内管用于输送水，由耐水的橡胶制成；所述增强层用于提高内管的强度以耐受高压，由3层碳钢丝相互编织而成；所述外包层用于保护作用，防止管路腐蚀和机械损伤；所述保温层，用于将外包层与周围空气隔离，降低外包层表面的导热率，以确保高压水管入口与出口热水温度基本一致。

相应的本发明还提供一种用于超高压输电线路中绝缘子的热水除冰方法，用于权利要求1-8任一所述热水除冰系统，其特征在于：包括：

s1：预处理用于绝缘子除冰的水；

s2：将预处理后的水装入水箱，并对水箱中的水进行加热；

s3：待水箱中的水温达到预设温度后，由直升机搭载热水除冰系统至目标位置；

s4：打开水阀，调整绝缘杆的角度使射流装置的出水正对绝缘子表面，进行除冰，当前绝缘子除冰完成后关闭水阀；如图2所示，所述水阀的开关设置在中空绝缘杆的末端，所述末端为操作人员手持的一端，即远离

s5：前往下一个除冰点进入步骤s4，直至完成除冰任务完成。

根据所述直升机机翼长度以及待除冰绝缘子所在的输电线路电压等级确定安全距离。当对不同电压等级输电线路进行除冰时，根据绝缘距离以及直升机安全飞行距离要求，伸缩中空绝缘杆，确保操作人员与待除冰输电线路保持安全的距离；也就是说当对不同电压等级输电线路进行除冰时，直升机机体与输电线路之间的距离不小于15m，同时满足直升机机翼边沿与输电线路的距离不小于电压等级规定的安全距离，即110kv输电线路不小于1.5m，220kv输电线路不小于3m，500kv输电线路不小于5m。中空绝缘杆伸出长度不小于10m，绝缘杆长度与水射流有效喷射距离之和不小于直升机机体与输电线路的距离。或者

当对一定电压等级输电线路进行除冰时，在满足安全距离的前提下，伸缩绝缘杆以改变喷嘴与除冰线路的距离用于改变除冰效果。也就是说，当除冰输电线路电压等级确定时，在满足直升机机体与输电线路之间距离不小于15m以及直升机机翼与输电线路间距不小于相应电压等级的安全距离的前提下，通过伸缩绝缘杆的长度，在水射流有效喷射范围内改变除冰距离，从而控制除冰效果。

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，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。