一种线路分裂导线防冰除冰装置、子导线间隔棒及系统的制作方法

1.本公开涉及架空线路分裂导线防冰除冰技术领域，尤其涉及一种基于圆柱凸轮机构的架空线路分裂导线防冰除冰装置，用于分布式固定安装在架空线路分裂导线上。


背景技术：

2.架空线路分裂导线覆冰问题一直是国内外电力系统严重的自然灾害之一。架空线路重度覆冰会造成倒塔断线等影响电网安全运行的严重问题，覆冰脱落还会引起线路脱冰跳跃，造成导线灼伤、故障跳闸等强迫停运。受气候条件和微地形、微气象以及电网大规模建设的影响，近年来覆冰灾害频繁发生，许多地区因雨雪覆冰引起架空线路的荷重增加，造成倒塔断线、故障跳闸等事件和巨大的经济损失。
3.一般来说，架空线路的导线覆冰现象是由于一些特定气象原因形成的，其中主要包括：温度、湿度、冷暖空气对流、环流和风速等气象因素。大气中的过冷水滴因没有结晶核而以液态形式存在极不稳定，当下落到导线上，导线将作为结晶核，同时伴随着热交换的作用，过冷水滴快速凝结并且粘附在导线上，形成覆冰。从形成机理来看，覆冰可以分为如下几种：
①
大气中的水汽在过饱和时附着在导线上，升华凝结后形成放射状的结晶为雾凇，在其形成的过程中，水滴在相互紧密结合前冻结，其内部包含了许多空隙或者气泡，雾凇密度较小，相对松散，与导线的附着力相对较弱。
②
大气中的过冷水滴在导线的迎风面形成清澈光滑透明的覆冰为雨凇，在其形成过程中，水滴在相互紧密结合后冻结，形成的覆冰光滑而紧密，密度大，且与导线的附着力强。
③
过冷水滴在迎风面形成透明与不透明交替重叠或类似毛玻璃的冰层即混合淞，这类覆冰的密度较大，与导线的附着力相对较强。


技术实现要素：

4.覆冰对架空输电线路的危害主要包括两个方面：一是覆冰厚度大幅超过设计标准，将会导致线路承载严重过载，造成倒塔断线；另一方面是在脱冰过程中，因线路脱冰跳跃造成线路强迫停运，或者因为导线不平衡脱冰造成的导线金具等设备损坏。覆冰的危害有目共睹的，人们也努力寻找经济适用、环保、可操作性、实用性强的防治覆冰的方法。目前，输电线路除冰方法主要有：热力融冰、人工或机械除冰、疏水憎水涂层、爆破除冰以及自然被动除冰等方法。此外，电脉冲除冰、滑轮刮铲法、电磁力撞击除冰、机器人除冰和激光除冰等方法也得到了快速发展。这些方法虽各有特点，但目前尚缺乏一种既经济实用又安全有效的除冰方法，这一问题的研究也一直是输电领域备受关注的热点之一。
5.架空线路分裂导线覆冰需要具备两方面的条件：一类属不可改变或难以改变的条件，如：气象条件，如温度、湿度以及风速等，显然一旦线路路径确定之后，气象条件几乎无法改变，除非重新选择线路路径，但这将需要付出高昂地代价。另一类则是满足了相应的气象条件后，还需要覆冰层厚度不断增长和累积，即多种因素共同作用下的一定时间跨度的发展过程。这类因素引起的覆冰一定程度可以被用来进行防冰除冰，主要包括2个方面：
①
大气中的过冷却水滴或者固液混合物附着在导线上必要的热交换过程，没有该过程大气中
的过冷却水滴或者固液混合物就无法通过冻结在导线上形成累积效应；
②
导线上的覆冰层之间必须的附着力或粘附力。根据上述分析得出产生覆冰的条件，与之对应防冰除冰工作可以考虑2个方面：
①
破坏大气中的过冷却水滴或者固液混合物附着在导线上所需的热交换过程。常见的方法有临界电流法、光热、电热涂层等热力防冰方法。
②
改变导线上的覆冰层之间必须附着力或粘附力。常见的方法有各类憎水、疏水涂层，各类热力融冰法，各类机械除冰法等。基于上述产生覆冰的条件
②
，研发一种直接在导线覆冰上施加作用力进而破坏覆冰是一种显而易见的常规思路，发明一种工作在导线(或架空地线)等电位场(或地电位场)的机械式除冰装置(或机器人除冰装置)是该思路的一种常规实践，这一方面的发明也一直是研究的一个热点和难点。机械式防冰除冰装置按照其工作时相对导线(或架空地线)的安装位置是否变化可分为移动式除冰装置与固定安装位置(固定式)除冰装置。移动式除冰装置，通过除冰装置在导线上往复移动的过程中对导线上的覆冰利用机械器件施加作用力破坏覆冰层，实现除冰功能。因为其工作方式简单直接显而易见，目前公开的机械式除冰发明大多数集中在移动式除冰装置。但是，该装置面临的主要困难也是显而易见的，主要包括2个方面：
①
能量供给困难，不论是采取就地取能方式，还是采取更换电池方式，都十分困难；
②
装置跨越架空线路固有障碍的困难以及由此其引起的可靠性问题。固定式除冰装置研究的相对较少，固定式除冰装置主要通过机械振动使得导线产生振动，以此抖落导线上的覆冰。但是，导线上一旦覆冰以后，特别是覆冰为雨凇或混合淞，因为其黏连的十分紧密，如果单纯通过振动导线来破坏覆冰，那么导线振动所需要的振幅(或作用于导线上的力)将会极难实现，加之其除冰的范围非常有限，如果沿架空线路采取分布式安装，所需装置的数量也将会十分巨大，造成经济成本高昂，因此有关采用机械式固定安装位置的防冰除冰装置相关文献数量十分有限。事实上，在覆冰不断累积形成的过程中，存在一个被已有文献忽略的细节，即：在覆冰形成的过程中，虽然过冷却水在导线(或架空地线)上凝结成的覆冰黏连紧密，但是滴落在导线(或架空地线)上的过冷却水在还没有从液体凝结成固体的过程中，较小的振动幅度就能实现较大范围的防冰除冰，用一个相对可以接受能耗水平和装置数量，就可以实现防冰除冰或减轻覆冰的严重程度。通过充分利用导线上覆冰层逐渐增长和累积必须的时间过程，干扰或者破坏覆冰积累的条件或过程，就能够实现防冰除冰或减轻覆冰的严重程度。通过上述对导线覆冰机理和过程的进一步分析可知，移动式除冰装置更多侧重于除冰，是一种事后措施，而固定式安装则可被用于防冰，则可以是一种事中和事前措施，这为采用固定安装位置的防冰除冰方法提供了一种可行的思路。
6.基于上述分析，在架空线路上分布式加装机械式固定安装位置的防冰除冰装置，与传统人工除冰原理类似，具有其可行性，而且相比人工除冰而言，还可以一定程度提高防冰除冰的自动化程度和工作效率。其难点主要聚焦在如何立足于客观条件极端苛刻的实际情况下，发明一种低能耗、高效能、高可靠性、高度智能化、且充分兼容现有塔线体系的防冰除冰装置。一般地，机械除冰装置不论是移动式，还是固定式，都必须具备一定的能量供给才能完成其防冰除冰功能，但是因为机械除冰装置与导线(或架空地线)本身都处于同一个等电位场(或地电位场)，所以获取能量不但十分困难，且极其有限。发明一种满足现场实际的机械式固定安装位置的防冰除冰装置，必须立足于实际获取能量极其有限的客观约束，不仅需要深入分析覆冰形成的机理和过程，还要综合考虑影响防冰除冰效果的各种客观因素，只有如此才能充分发挥装置各种工况下的工作效能，综合各方面因素本发明的工作主
要包括以下6个方面：
①
充分利用从过冷却水滴到凝结成覆冰的时间间隙，重点采取事前、事中措施，避免覆冰层紧密黏连冻结后再去除冰，提高能量利用效率；
②
提高能量使用的效率，利用较少的能量供给，尽可能提高每一次振动作用于导线的作用力，即：缓慢蓄积势能后，快速释放势能，提高装置一次释放的能量；
③
根据不同的覆冰类型合理控制防冰除冰装置动作的频率，以便节省能量的消耗；
④
减轻装置本身的质量，提高装置的能量密度和功率密度，尽可能减少装置对现有塔线体系的影响，充分兼容现有的塔线体系，避免虽然解决了老问题，但是也带来了新问题。
⑤
该装置长期在户外恶劣环境使用，而且安装拆除都极其困难，因此对其平均无故障工作时间要求极为严苛，这就要求尽量使用高可靠性器件，同时尽量减少元器件的数量。
⑥
降低装置的成本，提升装置经济性。综上所述，机械式固定安装位置防冰除冰装置除了需要一个稳定可靠的能量供给来源之外，更需要合理使用获得的有限能量，提升整个防冰除冰装置能量蓄积和能量释放的效率，提高装置的能量密度和功率密度。部分已有发明和文献对这方面的工作进行了有益的探索。
7.发明《用于从架空线上清除如积雪和冰之类的外来物质的装置和方法》(cn 1486525a)提出了一种机械式固定安装位置的防冰除冰装置。该发明通过选用一个可操作控制的电磁振动器，半固定地安装在架空线路上，通过电磁振动器的振动将导线上的覆冰抖落。其中，其选用的振动器为市场现有产品，如美国wacker公司wacker 400w er型。显然，该发明没有充分考虑取能面临的实际困难，而是直接采用现有的成熟产品，这直接导致该发明几乎无法满足实际需求，更多是提出了一种思路和理念。电磁振动器采用现有成熟产品主要问题有两个方面：
①
现有成熟产品中未考虑储能环节，所需能耗远大于实际能供给的能量；
②
现有的电磁振动器振动频率相对较高，过高的振动频率，除了造成能耗过大之外，还造成振动效应传导的衰减过快，除冰范围十分有限，特别是相与相之间，相与地之间，经过绝缘子之后，这种高频振动将几乎完全被过滤，无法达到需要的除冰效果。
8.发明《机械震动除冰装置》(cn 201417921y)、《高架电缆空爆震动除冰装置》(cn 201549858u)、《一种架空地线机械震动式除冰装置》(cn 201247941y)均是采取人工安装的机械式防冰除冰装置，其工作原理均是通过装置驱动导线振动实现除冰的目的。该发明的显著特点是能量供给充足，导线振动幅度很大，除冰效果良好。但是该发明也存在一些无法克服的缺点，如：
①
能量供给(或储能)使用了化学能，即：事先装填炸药，装置就位后遥控起爆炸药爆炸，显然，这种方法一般只能单次或较少几次使用，超过相应次数，需要重新装填炸药，导致效率低下；
②
除冰时装置都需要人工发射牵引绳，以便将装置挂接在需要除冰的导线上，同样导致工作效率低下。
9.发明《一种防止高压线结冰挂雪的方法及装置》(cn 101286628a)提出了一种通过振动器振动使得导线产生振动的除冰装置，该发明除冰的原理也是通过振动抖落导线上的覆冰。因为其振动器需要通过满足绝缘距离的绝缘连杆将振动的作用力传导至架空线路上，所以该发明原理简单，但极其难于实现，特别是对于超特高压架空线路绝缘连杆可能几乎无法挂接到距离地面高达几十米高的架空线路上。在实际操作中，该装置可以看做是一种升级版的人工除冰。
10.发明《一种电力线重力冲击除冰装置及其应用》(cn102638021a)提出了一种以电路器件为主实现重力冲击线路的除冰装置。该发明采用电磁驱动器向上牵引或向下释放间接挂接在导线上的重物，以此对架空线路产生冲击力，从而抖落导线上面的覆冰。该发明首
先利用电磁感应原理从流过电流的导线上获取电能，然后通过电容器储存获取的电能。当电容器完成充电后，通过控制电路开关的闭合和断开，驱动电磁驱动器向上提升重物后向下释放重物，实现将重物重力势能转换成对导线的冲击力，从而达到导线除冰的目的。该发明的优点十分突出。
①
使用了电容器储能，方便在能量供给不足时，通过将能量存储起来后快速释放，提高装置的功率密度和对线路的冲击力。
②
利用电路的开关等有源器件实现控制逻辑十分便捷，方便实现重物提升、释放等各种操作。但该发明的不足也比较明显。
①
电容器的能量密度相对较小，需要较大的体积和重量，影响整个装置的能量密度和经济性。
②
电容器等电路器件对使用环境要求相对较高，架空输电线路的户外运行环境，容易造成电容器过早老化，丧失功能。
③
一旦电流增大后，电路开关的闭合、关断成本急剧增加，装置重量显著增加，同时经济性、可靠性变差。
④
该发明与本发明采取了不同的防冰除冰思路，该发明通过电路实现作用力的传导与解除，而本发明采取了机械机构，即圆柱凸轮机构(1)，可靠性相对较高，更为实用。该发明利用额外物体的重力突变产生振动效应，而本发明则采用储能器件释放能量使得两根子导线之间产生相对运动和加速度进行防冰除冰。
11.发明《四分裂导线智能除冰装置》/《六分裂输电线智能除冰装置》(cn 101414739b/cn 102983537b)，利用记忆合金随温度变化引起长度变化的特性，驱动凸轮转动，进而使得分裂导线之间的间距发生突变，达到除冰的效果。但是，发明cn 101414739b未说明在记忆合金与弹簧的弹力保持平衡的情况下，棘爪和齿条如何实现脱扣，这将直接影响该装置快速返回初始状态。另一方面，记忆合金的固有特性受到环境温度的限制，在温度没有达到阈值时，装置则无法返回初始状态。一般情况下，一次因天气变化引起的架空线路覆冰过程，该装置只能动作一次，较低的动作频率将导致使用范围受到很大限制。此外，发明cn102983537b，并未没有说明整个装置如何返回初始状态，这将意味着该装置安装后仅仅可以动作一次，这也极大限制了该装置的使用。
12.发明一种架空线路除冰装置(ca2444216a1/ca2444216c/us7310948b2)公开了一种固定安装在架空线路上的除冰装置。该发明的其中一个实例，利用盘面凸轮将电动机的圆周运动转换成子导线之间的距离变化，通过使不同导线之间产生横向相对位移后突然释放，进而引起架空线路导线的横向振动，从而实现去除架空线路导线上覆冰的目的。该发明采用盘面凸轮使导线产生横向位移实现除冰的前提条件是不同子导线之间距离增大时产生张力势能。但是，该条件受到子导线实际运行情况影响较大，如果不同子导线之间受到远离的张力，则该发明失效。本发明公开的防冰除冰装置通过采用圆柱凸轮与抵触件力封闭的方式，较好地解决了该问题，而且还具备以下优点。
①
通过在基座和运动部件之间增设的储能器件弹簧，不仅消除了导线之间张力方向的影响，而且提高了装置的能量密度。
②
因为储能器件弹簧的使用，圆柱凸轮与抵触件采用了力封闭的形式，提高了装置适应性和可靠性。
③
基座采用了腔体结构，将圆柱凸轮、抵触件以及储能器件至于腔体之中，减轻了户外恶劣环境的影响，提高了装置的可靠性。
④
在盘形凸轮机构中，从动件顶杆冲击力直接传递到凸轮的转动轴，这将导致凸轮轴承承载过大，容易造成轴承损坏，影响了装置应用场景。而采用圆柱凸轮后，抵触件产生的冲击力直接作用在基座上，减轻了圆柱凸轮转轴轴承的受力，有利于提升装置的承载力。
⑤
将圆柱凸轮设置在涡轮上，不仅实现了减速逆止功能，而且提升了集成度，减少了元器件。
⑥
基于盘形凸轮机构的原发明工作流程设计的不合理，其触发条件依靠气象条件、环境温湿度度或者线路条件，实现重复触发困难，使用场景局限
于除冰，基本无防冰功能，对于覆冰为雨凇或混合淞也基本不适用。
13.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开采用机械装置圆柱凸轮机构切换储能器件蓄积势能与释放势能的两种状态为思路，设计了一种固定安装在架空输电线路分裂导线上的防冰除冰装置。利用圆柱凸轮机构，高效可控传导电机作用力或扭矩输出；通过合理设置圆柱凸轮机构，提高了装置可控性、可靠性和适用范围；通过在基座和运动部件之间设置储能器件，提高了装置单位质量能量密度。利用圆柱凸轮机构，首先对设置在基座和运动部件之间的储能器件蓄积势能，然后再将蓄积在储能器件中的势能释放到分裂导线的子导线上，振落架空输电线路上的覆冰。通过重复、循环以上工作流程，达到了架空输电线路防冰除冰的目的。
14.本公开提供的一种架空线路分裂导线防冰除冰装置，用于固定安装在架空线路分裂导线上，包括圆柱凸轮机构和连接部件，所述圆柱凸轮机构利用所述连接部件设置在架空线路分裂导线的不同子导线之间；
15.所述圆柱凸轮机构包括基座、电机、减速机构、运动部件、储能器件、圆柱凸轮和抵触件；所述电机设置在所述基座上，所述减速机构传动连接在所述电机与所述圆柱凸轮之间；所述圆柱凸轮旋转设置在所述基座上，与所述基座和所述抵触件旋转配合；所述抵触件上设有所述运动部件，所述运动部件与所述基座移动配合，在所述运动部件传导的压力或拉力作用下，所述抵触件与所述圆柱凸轮抵触配合；
16.所述储能器件设置在所述基座与所述运动部件之间，所述基座和所述运动部件分别通过所述连接部件与分裂导线的不同子导线连接；
17.所述圆柱凸轮与所述抵触件配合的接触面上设有断面台阶，所述断面台阶为所述接触面上高度具有落差的结构，所述电机通过所述减速机构驱动所述圆柱凸轮旋转运动，以使设置在所述抵触件上的所述运动部件相对于所述基座产生位移，所述位移使得设置在所述基座和所述运动部件之间的所述储能器件蓄积或释放势能；
18.当所述抵触件越过与所述圆柱凸轮接触面上的所述断面台阶时，所述运动部件的位移发生突变，进而使得设置在所述基座和所述运动部件之间的所述储能器件的势能发生突变，突变的势能通过所述连接部件作用到架空线路分裂导线的不同子导线上，使之产生振动抖落覆冰，达到防冰除冰的目的。
19.可选的，所述基座具有腔体，所述圆柱凸轮和抵触件设置在所述腔体内。
20.可选的，还包括电机控制器，所述电机控制器与所述电机电连接，用于控制所述电机动作，所述动作包括：转动、停止和调速。
21.可选的，所述储能器件选用弹簧。
22.可选的，所述弹簧为空气弹簧、柱弹簧或碟簧。
23.可选的，所述基座与所述运动部件之间蓄积或释放的势能还包含不同子导线之间的张力势能和/或子导线本身的重力势能。
24.可选的，所述储能器件设置在所述基座和所述运动部件上设置的所述连接部件之间，或设置在不同子导线之间。
25.可选的，所述减速机构包括齿轮减速机构、涡轮蜗杆减速机构或行星齿轮减速机构的一种或多种。
26.可选的，所述减速机构具有逆止结构。
27.可选的，所述涡轮蜗杆减速机构包括蜗杆和涡轮，所述涡轮与所述蜗杆啮合，所述蜗杆与所述电机传动连接，所述涡轮与所述基座配合且旋转设置在所述基座上，所述涡轮上设有所述圆柱凸轮。
28.可选的，所述连接部件包括第一架体和第二架体，所述第一架体和第二架体上各至少设有一个用于连接子导线的线夹，所述第一架体与所述基座连接，所述运动部件与所述第二架体连接。
29.可选的，所述第一架体和第二架体均有两个端部；所述第一架体的第一端部与所述第二架体的第一端部通过第一转动轴转动连接，所述第一架体的第二端部与所述基座通过第二转动轴转动连接，所述运动部件和所述第二架体的第二端部通过第三转动轴转动连接。
30.可选的，所述第一架体和第二架体均有两个端部；所述第一架体的第一端部和所述第二架体的第一端部对应的与第一连板两端的第四转动轴和第五转动轴转动连接，所述第一架体的第二端部和所述第二架体的第二端部对应的与第二连板两端的第六转动轴和第七转动轴转动连接；所述第一架体的第一端部与所述基座通过所述第四转动轴转动连接，所述第二架体的第二端部与所述运动部件通过所述第七转动轴转动连接。
31.可选的，所述第一架体和第二架体均有两个端部；所述第一架体的第一端部与所述第二架体的第一端部通过第一转动轴转动连接，所述第一架体的第二端部和所述第二架体的第二端部对应的通过第八转动轴和第十转动轴与第三连板和第四连板转动连接，所述第三连板与第四连板通过第九转动轴转动连接；所述运动部件与连接所述第一架体和所述第二架体的所述第一转动轴转动连接，所述基座与连接第三连板和第四连板的所述第九转动轴转动连接。
32.可选的，所述第一架体和第二架体均有两个端部；所述第一架体的第一端部与所述第二架体的第一端部滑动连接，所述第一架体的第二端部与所述第二架体的第二端部滑动连接；所述基座与所述第一架体连接，所述运动部件与所述第二架体连接，所述储能器件连接在所述第一架体和所述第二架体之间。
33.可选的，所述连接部件包括三个及以上架体，其中的两个架体分别与不同的子导线连接，所述两个架体其中之一与所述基座连接，另一个与所述运动部件连接。
34.可选的，所述圆柱凸轮机构的数量为多个，与其对应的多个所述基座和多个所述运动部件分别连接多个不同所述架体。
35.可选的，还包括控制模块，所述控制模块用于控制多个所述圆柱凸轮机构以设定的时序和/或频率动作。
36.可选的，还包括能量获取模块，所述能量获取模块包括等电位安装在导线上的一个或多个感应取电单元，所述感应取电单元用于收集导线周围的磁场能并转换成电能，再将电能提供给所述电机；
37.或者，所述能量获取模块包括光伏电池板以及与所述光伏电池板连接的储能电容或储能电池。
38.可选的，多个所述感应取电单元串联和/或并联连接。
39.可选的，所述线夹采用回转线夹。
40.可选的，所述感应取电单元设置在回转线夹中。
41.可选的，还包括通信模块，用于接收主站或人工命令，或在不同装置之间通信或中继通信。
42.可选的，还包括加速度传感器，所述加速度传感器用于检测所述基座或运动部件的加速度，并将检测到的加速度与设定加速度阈值进行比较以形成状态信息。
43.可选的，所述圆柱凸轮为圆柱端面凸轮或圆柱筒形凸轮。
44.本公开还提供了一种架空线路分裂导线防冰除冰子导线间隔棒，用于架空线路的分裂导线，包括子导线间隔棒本体和安装在所述子导线间隔棒本体上的至少一个如上所述的架空线路分裂导线防冰除冰装置。
45.本公开还提供了一种架空线路分裂导线防冰除冰系统，用于架空线路的分裂导线，其特征在于，包括多个如上所述的架空线路分裂导线防冰除冰装置或者多个所述架空线路分裂导线防冰除冰子导线间隔棒，多个所述架空线路分裂导线防冰除冰装置或者多个所述架空线路分裂导线防冰除冰子导线间隔棒分布安装在架空线路分裂导线上。
46.可选的，还包括控制系统，所述控制系统用于控制多个所述架空线路分裂导线防冰除冰装置或者多个所述架空线路分裂导线防冰除冰子导线间隔棒以设定的时序和/或频率动作。
47.本公开提供的一种用于固定安装在架空线路分裂导线上的防冰除冰装置。该装置包括圆柱凸轮机构和连接部件。圆柱凸轮机构包括基座、电机、减速机构、运动部件、储能器件和圆柱凸轮、抵触件。圆柱凸轮旋转设置在基座上，与基座和抵触件旋转配合，抵触件上设有运动部件，运动部件与基座移动配合，储能器件设置在基座与运动部件之间，基座和运动部件分别通过连接部件与分裂导线的不同子导线连接。当抵触件越过圆柱凸轮接触面的断面台阶时，设置在基座和运动部件之间的储能器件的势能发生突变，突变的势能通过连接部件作用到架空线路分裂导线的不同子导线上，使之产生振动抖落覆冰，达到防冰除冰的目的。
附图说明
48.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
49.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。
50.图1基于圆柱凸轮机构的二分裂导线防冰除冰装置；
51.图2用于架空线路分裂导线防冰除冰的圆柱凸轮机构；
52.图3基于拉力抵触配合的圆柱凸轮机构；
53.图4基于压力抵触配合的圆柱凸轮机构；
54.图5感应取电单元工作原理图；
55.图6感应取电单元电路原理图；
56.图7内置感应取电单元的回转线夹；
57.图8为利用架体相对转动防冰除冰的四分裂子导线间隔棒；
58.图9为利用架体相对扭动防冰除冰的四分裂子导线间隔棒；
59.图10为利用四转动轴配合架体转动防冰除冰的四分裂子导线间隔棒；
60.图11为利用架体相对伸缩防冰除冰的四分裂子导线间隔棒；
61.图12为利用架体相对转动防冰除冰的三分裂子导线间隔棒；
62.图13为具有架体之间相对运动防冰除冰的十字星四分裂子导线间隔棒；
63.图14为利用多连板配合多转动轴实现防冰除冰的四分裂子导线间隔棒；
64.图15为利用多连板实现的两根子导线之间防冰除冰装置；
65.图16为基于圆柱凸轮机构的架空线路分裂导线防冰除冰装置工作流程；
66.图17为圆柱筒形凸轮的分解图。
67.附图标记：
68.1、圆柱凸轮机构；2、基座；3、电机；4、减速机构；5、运动部件；6、储能器件；101、圆柱凸轮；102、抵触件；103、蜗杆；104、涡轮；105、与抵触件102配合的凹槽；70、感应取电单元；71、感应取电单元的铁芯；72感应取电单元的二次线圈；73、感应取电单元的一次线圈(即子导线)；74、内置感应取电单元的回转线夹；701、第一架体(与基座2连接)；702、第二架体(与运动部件5连接)；703、线夹(与子导线连接)；704、第三架体；705、第四架体；706、第五架体；707、第六架体；708、第七架体；709、第八架体；801、第一转动轴；802、第二转动轴；803、第三转动轴；804、第四转动轴；805、第五转动轴；806、第六转动轴；807、第七转动轴；808、第八转动轴；809、第九转动轴；810、第十转动轴；811、第十一转动轴；812、第十二转动轴；813、第十三转动轴；814、第十四转动轴；815、第十五转动轴；816、第十六转动轴；817、第十七转动轴；818、第十八转动轴；819、第十九转动轴；820、第二十转动轴；821、第二十一转动轴；822、第二十二转动轴；823、第二十三转动轴；824、第二十四转动轴；825、第二十五转动轴；826、第二十六转动轴；827、第二十七转动轴；828、第二十八转动轴；901、第一连板；902、第二连板；903、第三连板；904、第四连板；905、第五连板；906、第六连板；907、第七连板；908、第八连板；909、第九连板；910、第十连板；911、第十一连板；912、第十二连板。
具体实施方式
69.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
70.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
71.如图1、8、9、10、11、12、13、14、15所示，本发明实施例提供了一种基于圆柱凸轮机构的架空线路分裂导线防冰除冰装置，用于固定安装在架空线路分裂导线上，其特征在于，包括圆柱凸轮机构1和连接部件，圆柱凸轮机构1利用连接部件设置在架空线路分裂导线的不同子导线之间。圆柱凸轮机构1包括基座2、电机3、减速机构4、运动部件5、储能器件6和圆柱凸轮101、抵触件102。电机3设置在基座2上，减速机构4传动连接在电机3与圆柱凸轮101之间。圆柱凸轮101旋转设置在基座2上，与基座2和抵触件102旋转配合。抵触件102上设有运动部件5，运动部件5与基座2移动配合，在运动部件5传导的压力或拉力作用下，抵触件102与圆柱凸轮101抵触配合。储能器件6设置在基座2与运动部件4之间，基座2和运动部件5
分别通过连接部件与分裂导线的不同子导线连接。圆柱凸轮101与抵触件102配合的接触面上设有断面台阶，断面台阶为接触面上高度具有落差的结构，电机3通过减速机构4驱动圆柱凸轮101旋转运动，以使设置在抵触件102上的运动部件5相对于基座2产生位移，该位移使得设置在基座2和运动部件5之间的储能器件6蓄积或释放势能。当抵触件102越过圆柱凸轮101接触面的断面台阶时，运动部件5的位移发生突变，进而使得设置在基座2和运动部件5之间的储能器件6的势能发生突变，突变的势能通过连接部件作用到架空线路分裂导线的不同子导线上，使之产生振动抖落覆冰，达到防冰除冰的目的。
72.在一些实例中，基座2具有腔体，圆柱凸轮101、抵触件102设置在腔体内，以便提高装置的可靠性。通过增加与电机3电连接的电机控制器，可以方便地控制电机3动作，即：转动、停止，以及对电机转速的调节。储能器件6优选弹簧，弹簧为空气弹簧、柱弹簧或碟簧。储能器件6也可设置在基座2和运功部件5上设置的连接部件之间，或设置在不同子导线之间。基座2与运动部件5之间除了包含储能器件6蓄积或释放的势能外，还可包含子导线之间的张力势能和/或子导线本身的重力势能。
73.在发明《一种架空线路除冰装置》(ca2444216a1/ca2444216c/us7310948b2)的图10中给出了该发明除冰的一个流程，从该图中可知，一次除冰工作共包括6个顺序执行的工作步骤，分别是：能量输入、能量收集、能量存储、触发机构释能、执行机构将能量作用于导线完成振动除冰，其中能量存储不是必须的工作步骤。显然该装置的工作，是一个顺序地、一次性地工作流程，依次进行收集输入的能量、存储收集的能量、触发释放收集的能量，然后再利用执行系统输出能量至架空线路。这样一个除冰工作流程存在的问题是显而易见的，考虑到覆冰成因的复杂性，仅靠装置的一次动作几乎无法达到需要除冰的效果，而且不同类型的覆冰也需要装置的振动频率不同，这些原因将导致该发明除冰的效果受到很大限制。
74.与该发明不同，本技术的装置采用按照一定频率周期性地重复和循环防冰除冰的工作步骤。图16所示为本发明的防冰除冰工作流程。装置运行时，能量获取模块为整个装置提供电能供给，装置再根据现场气象条件、线路覆冰状态或人工指令决定是否进入防冰除冰状态。一旦装置进入防冰除冰状态，通电后的电机3持续输出机械能，电机3将通过圆柱凸轮机构1驱动运动部件5相对于基座2缓慢离开初始点位置(断面台阶的最低点)，伴随着运动部件5产生位移，储能器件6开始缓慢蓄积弹簧的弹性势能以及张力势能、重力势能。当运动部件5运动到终止点临界位置(断面台阶的最高点)，装置所蓄积的能量达到了极值。当运动部件3越过终止点临界位置(断面台阶)后，装置瞬间将所蓄积的势能，通过运动部件5和基座1的相对运动释放至不同的子导线，导致其中至少一根子导线快速运动产生加速度，伴随着能量释放，运动部件5再次回到初始点位置，完成一次能量蓄积到释放的循环，周期性重复以上动作过程，使架空线路按照一定的频率产生振动效应，实现对架空输电线路的防冰除冰。
75.为了更好地满足现场实际，本发明在装置的可靠性、单位质量的能量密度、能量使用的效率以及防冰除冰的效果等方方面面进行了优化、权衡和折中。利用圆柱凸轮机构1和储能器件6，在能量供给不足的情况下，提升了装置的能量密度。采用圆柱凸轮机构1，元器件使用的数量较少，装置总体的可靠性提升。除此之外，还可以对电机3的功率密度、电机3的可靠性、圆柱凸轮101的参数、减速机构4的变比、储能器件6参数、运动部件5的移动距离
等状态参数进行综合优化，以便获提升装置整体性能。
76.在本发明中，基座2与运动部件5上均设置有连接部件，该连接部件分别连接至分裂导线的不同子导线，连接部件可将基座2与运动部件5之间因相对运动产生的作用力传导至分裂导线。储能器件6设置在基座2和运动部件5两个产生相对位移的部件之间，用于蓄积或释放势能。基座2与运动部件5之间的运动是相对的，如果将运动部件5作为参照物，就可看作基座2相对于运动部件5运动。推而广之，对于存在多个运动部件5的情况，对于相对于一部分运动部件5，另一部分运动部件5及其连接部件可看成基座2的连接部件。也就是说，对于两个相对运动的运动部件5，其中一个可作为参照物，认为其相对静止，将其与相应的连接部件看成基座2与子导线的连接部件。
77.在本发明中连接部件共提供了以下多种实现的实例。
78.①
图1所示，基座2与运动部件5上均设置有连接部件，该连接部件采用线夹或回转线夹，分别连接至分裂导线的不同子导线。
79.②
图8、9、10、11所示，连接部件包括第一架体和第二架体，第一架体701和第二架体702上各至少设有一个用于连接子导线的线夹703，第一架体701与基座2连接，运动部件5与第二架体702连接。
80.③
图8所示，第一架体701和第二架体702均有两个端部；第一架体701的第一端部与第二架体702的第一端部通过第一转动轴801转动连接，第一架体701的第二端部与基座2通过第二转动轴802转动连接，第二架体702的第二端部通过第三转动轴803转动连接。
81.④
如图9所示，第一架体701和第二架体702均有两个端部；第一架体701的第一端部和第二架体702的第一端部对应地与第一连板901两端的第四转动轴804和第五转动轴805转动连接；第一架体701的第二端部和第二架体702的第二端部对应地与第二连板902两端的第六转动轴806和第七转动轴807转动连接；第一架体701的第一端部与基座2通过第四转动轴804转动连接，第二架体702的第二端部与运动部件5通过第七转动轴807转动连接。
82.⑤
图10所示，第一架体701和第二架体702均有两个端部；第一架体701的第一端部与第二架体702的第一端部通过第一转动轴801转动连接，第一架体701的第二端部和第二架体702的第二端部对应地通过第八转动轴808和第十转动轴810与第三连板903和第四连板904转动连接，所述第三连板(903)与第四连板(904)通过第九转动轴809转动连接；运动部件5与连接第一架体701和第二架体702的第一转动轴801转动连接，基座2与连接第三连板903和第四连板904的第九转动轴809转动连接。
83.⑥
图11所示，第一架体701和第二架体702均有两个端部；第一架体701的第一端部与第二架体702的第一端部滑动连接，第一架体701的第二端部与第二架体702的第二端部滑动连接；基座2与第一架体701连接，运动部件5与第二架体702连接，储能器件6连接在第一架体701和第二架体702之间。
84.⑦
图12所示，对于三分裂架空线路，将三分裂子导线间隔棒架体分为三个部分，即：第三架体704、第四架体705、第五架体706，利用4个转轴(第十一转动轴811、第十二转动轴812、第十三转动轴813、第十四转动轴814)，将3个架体与基座2及运动部件5连接起来。当基座2与运动部件5产生相对运动后，通过上述3架体和4转动轴，将作用力传导至子导线。
85.⑧
图13所示，对于四分裂导线的十字型子导线间隔棒，将子导线间隔棒分为3个架体(第六架体707、第七架体708、第八架体709)，通过4个转动轴(第十五转动轴815、第十六
转动轴816、第十七转动轴817、第十八转动轴818)，将基座2与运动部件5之间产生的作用力传导至子导线。
86.⑨
图14所示，第一架体701与第二架体702分别通过第五连板905和第六连板906、第七连板907和第八连板908，以及6个转动轴(第十九转动轴819、第二十转动轴820、第二十一转动轴821、第二十二转动轴822、第二十三转动轴823、第二十四转动轴824)连接。其中基座2与转动轴820转动连接，运动部件5与转动轴823转动连接。当基座2与运动部件5产生相对运动后，通过上述2架体、4连板、6转动轴，将作用力传导至子导线。
87.⑩
图15所示，采用了连板、转动轴作为连接部件与基座2、运动部件5连接的结构。其中，第一架体701与第二架体702通过4个连板(第九连板909、第十连板910、第十一连板911、第十二连板912)与4个转动轴(第二十五转动轴825、第二十六转动轴826、第二十七转动轴827、第二十八转动轴828)连接。运动部件5与转动轴828连接，基座2与转动轴826连接。其运动效果与图1类似，因为采用了连杆与转动轴结构，可以一定程度，放大伸缩的效果，或者降低运动时电机3需要输出的扭矩，起到类似杠杆或减速机构4的效果。
88.对于连接部件包括三个及以上架体，其中的两个架体分别与不同的子导线连接，两个架体其中之一与基座2连接，另一个与运动部件5连接。本发明中的装置可包含多个圆柱凸轮机构1，与其对应的多个所述基座(2)和多个所述运动部件(5)分别连接多个不同所述架体。这些机构可利用控制模块，控制多个圆柱凸轮机构1以设定的时序和/或频率动作。上述实施例中，与基座2和运动部件5不同连接方式的连接部件，都是通过将相应子导线间隔棒分解成两个或多个架体，利用圆柱凸轮机构2驱动/解除架体之间相对运动进行蓄积或释放势能，从而将作用力传导至子导线进行防冰除冰。充分利用现有塔线体系中的子导线间隔棒，有利于提高新增的防冰除冰装置兼容现有塔线体系。
89.本发明中运动部件5传导的作用力可以是拉力(图3)，也可以是压力(图4)，针对不同方向的作用力，需要采用不同的圆柱凸轮机构。对于确定的圆柱凸轮机构，其作用力的方向必须是确定的。对应的圆柱凸轮也包括两种，即可以采用圆柱端面凸轮(图3、图4)或者圆柱筒形凸轮(图17)。事实上，其他类型的凸轮同样能实现本发明中圆柱凸轮类似的功能，本发明采取圆柱凸轮主要考虑具有较好的承载力。
90.利用能量获取模块为防冰除冰装置和电机3供给能量，能量获取模块可以是获取风能、太阳能、磁场能等。在本实施例中，能量获取模块包括等电位安装在架空输电线路导线上的一个或多个感应取电单元70(图5、6)，感应取电单元70包括一次侧线圈(即：子导线)73、套设在子一次侧线圈73外的铁芯71，以及铁芯71上缠绕的二次线圈72。示例性的，一次侧线圈73上流过一次侧电流i1，在二次线圈上产生感应电流i2，再通过ac/dc电路或ac/ac电路产生输出电压uo和输出电流io，该电源输出给圆柱凸轮机构1或通过储能电池或电容输出给圆柱凸轮机构1。感应取电单元70用于将导线周围的磁场能转换成电能，并将电能提供给圆柱凸轮机构1及其其他器件。其中，多个感应取电单元70可以串联和/或并联连接。在一些实例中，连接子导线的线夹(703)采用回转式线夹(74)，且将感应取电单元(70)设置在回转线夹(74)内，提高装置的集成度。
91.本发明所述装置中的圆柱凸轮机构1还包括减速机构4，传动连接在所述电机3与所述圆柱凸轮101之间，减速机构4也可以选择与电机3集成或融合在一起。减速机构4包括齿轮减速机构、涡轮蜗杆减速机构或行星齿轮减速机构的一种或多种，减速机构4优选具有
逆止结构。图3、图4所示的减速机构采用采用蜗杆103和涡轮104，涡轮103与蜗杆104啮合，蜗杆103设置在电机3的输出轴上，涡轮104与基座2配合且旋转设置在基座2上，涡轮103上设有圆柱凸轮102。
92.本发明的防冰除冰装置还包括通信模块，用于接收主站或人工命令，或在不同装置之间通信或中继通信。在一些实例中，还包括速度传感器，加速度传感器用于检测基座2或运动部件5的加速度，并将检测到的加速度与设定加速度阈值进行比较以形成状态信息。
93.本公开还提供了一种架空线路分裂导线防冰除冰子导线间隔棒，用于架空线路的分裂导线，该间隔棒包括子导线间隔棒本体和安装在所述子导线间隔棒本体上的至少一个如上所述的架空线路分裂导线防冰除冰装置。多个如上所述架空线路分裂导线防冰除冰装置或者防冰除冰子导线间隔棒，按照一定的间距，分布式安装在架空线路分裂导线的易覆冰区段，构成一种架空线路分裂导线防冰除冰系统，用于架空线路的分裂导线防冰除冰工作。
94.通过在如上所述架空线路分裂导线防冰除冰装置，或者防冰除冰子导线间隔棒，或者架空线路分裂导线防冰除冰系统内增加智能通信控制系统，利用远方主站、或人工命令、或自主控制对防冰除冰方式进行协调控制，结合线路的覆冰状况和运行环境智能控制适时动作，合理选择装置的动作策略和线路的防冰除冰方式，以设定的时序或频率动作，将会减轻不平衡脱冰对架空线路带来的影响。智能通信控制系统包括：通信模块、电机控制器、控制模块、控制系统和智能管理单元。通信模块通过无线网络与主站、人工操作员以及其他装置通信，具有路由、中继、转发其他通信模块信息的功能，并与其他装置的通信单元组网，形成自组网。不同的控制模块通过通信单元相互交互组成控制系统，就可以控制多个架空线路分裂导线防冰除冰装置或者防冰除冰子导线间隔棒以设定的时序或频率动作。智能通信控制系统的通信模块也可以与其他发明、其他原理的防冰除冰方法或装置进行通信，互相配合、互相协作，共同实现更好的防冰除冰效果。智能管理单元具有自检功能，负责采集环境和装置本身的状态信息并根据需要通过通信单元上报主站或操作员，负责综合各类信息判断是否开启或关闭除冰功能、或选择需要的防冰除冰策略。其中，典型的自检功能包括，通过在智能通信控制系统中增加加速度传感器检测所述基座2或运动部件5运动的加速度，并将检测到的加速度与设定加速度阈值进行比较，以此判断装置本身产生的振动防冰除冰效果是否满足要求。典型的防冰除冰策略包括：对于在一个耐张段内或直线塔段内，装置动作次序从两侧逐步过渡到中间，或与之相反；对于重覆冰区，除了增加防冰除冰装置的分布安装数量，还可以提高装置的动作力度、频率。智能通信控制系统所采集的状态信息包括：运行环境信息、气象条件、覆冰情况、加速度、振动、音视频、地理位置、时间、导线电流状态信息。通过在增加智能协调控制，对已经覆冰的架空线路除冰脱冰过程进行有效干预，以保证架空线路安全为目标的除冰策略，协调控制处于不同位置的装置协调动作有序除冰，从而改善大范围同时除冰脱冰产生的线路脱冰跳跃问题，减轻“全档脱冰”、“集中脱冰”以及“不平衡脱冰”对架空输电线线路和电网影响的严重程度。
95.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上
述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
96.以上仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。