34 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
34 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),34,輸電,線路,路線,除冰,機(jī)器人,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書論文（設(shè)計(jì)）題目： 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2006183834 姓名： 歐陽(yáng)武 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 張高峰 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求2008 年湖南冰災(zāi)的形成原因，除冰機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和程度，對(duì)輸電線路覆冰產(chǎn)生的負(fù)面效果的研究，對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)專利的檢索并綜合分析，設(shè)計(jì)出新的除冰機(jī)構(gòu)。 二、重點(diǎn)研究的問題通過除冰機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，使除冰效率提升，是除冰機(jī)器人更加安全和實(shí)用。 三、進(jìn)度安排序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間12008 年湖南冰災(zāi)形成的原因，除冰機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和程度2010-3-202對(duì)輸電線路覆冰產(chǎn)生的負(fù)面效果的研究，對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析2010-4-93對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)專利的檢索并綜合分析2010-4-254 設(shè)計(jì)新的除冰機(jī)構(gòu) 2010-5-205 繪制除冰機(jī)構(gòu)圖紙 2010-5-316 編寫說明書 2010-6-37 答辯 2010-6-7四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)［1］張屹，邵威，高虹亮，羅成. 高壓輸電線路除冰機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 三學(xué)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008.12，Vol.30 No.6：P69-72 ［2］濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京:高等教育出版社，2002. ［3］蔣正龍，陸佳政，雷紅才，黃福勇. 湖南 2008 年冰災(zāi)引起的倒塔原因分析[J]. 高電壓技術(shù)，2008.11，Vol.34 No.11：P2468-2474 ［4］Serge Jourden. De—leer Installation at Lrvis Substation on Hydro Qurbec’s High Voltage System[J].SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY，20099，Vol.3 No.1：P1-6 ［5］高虹亮，孟遂民，羅成，馬小強(qiáng).架空輸電線路除冰機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè)，2009.3，Vol.30 No.3：P93-96 ［6］甘辰予，陳勁生.LEGO 智能除冰機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].大眾科技，2009.10，No.10. ［7］楊振宇，范建中. 輸電線路抗冰技術(shù)新進(jìn)展[J].2009 輸配電及電力系統(tǒng)論文集，2009.No5. 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目： 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2006183834 姓 名： 歐陽(yáng)武 指導(dǎo)教師： 張高峰 完成日期： 2010-6-3 湘 潭 大 學(xué) 興湘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)姓 名 歐陽(yáng)武 學(xué)號(hào) 2006183834專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)者及其自動(dòng)化 班級(jí) 一班指導(dǎo)教師 張高峰 職稱 副教授填寫時(shí)間 2010 年 4 月 24 日2010 年 4 月說 明1．根據(jù)湘潭大學(xué)《畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作管理規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告》，由指導(dǎo)教師簽署意見，系主任批準(zhǔn)后實(shí)施。2．開題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報(bào)告不合格者不得參加答辯。3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語(yǔ)言通順，外來語(yǔ)要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4．本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫的對(duì)課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于 2000 字。5．開題報(bào)告檢查原則上在第 2～4 周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題檢查后， 應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報(bào)告。6. 填寫說明：(1) 課題性質(zhì) ：可填寫 A．工程設(shè)計(jì)；B． 論文；C. 工程技術(shù)研究；E.其它。(2) 課題來源：可填寫 A．自然科學(xué)基金與部、省、市級(jí)以上科研課題；B．企、事業(yè)單位委托 課題；C．校級(jí)基金課題；D．自擬課題。(3) 除自擬課題 外，其它課題必須要填寫課題的名稱。(4) 參考文獻(xiàn)不能少于 10 篇。(5) 填寫內(nèi)容的字體大小為小四，表格所留空不夠可增頁(yè)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué)生姓名 歐陽(yáng)武 學(xué) 號(hào) 2006183834 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)者及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師 張高峰 職 稱 副教授 所在系 興湘學(xué)院課題來源 D 課題性 質(zhì) A課題名稱 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一、選題的依據(jù)、課題的意義及國(guó)內(nèi)外基本研究情況隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，超高壓大容量輸電線路越建越多，線路走廊穿越的地理環(huán)境更加復(fù)雜，如經(jīng)過大面積的水庫(kù)、湖泊和崇山峻嶺，給線路維護(hù)帶來很多困難．而且在嚴(yán)冬及初春季節(jié)，我國(guó)云貴高原、川陜一帶及兩湖地區(qū)常出現(xiàn)霧凇和雨凇現(xiàn)象，造成架空輸電線路覆冰，使線路舞動(dòng)、閃絡(luò)、燒傷，甚至斷線倒桿，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅．在緊急情況下，尋道員用帶電操作桿或其它類似的絕緣棒只能為很少的一部分覆冰線路除冰，人工除冰有很高的危險(xiǎn)性。在國(guó)外，一些國(guó)家的地理與氣候情況與我國(guó)相似，甚至一些國(guó)家的情況更加惡劣，為了保證電力系統(tǒng)的可靠性，提高高壓輸電線除冰的效率，減少損失，維護(hù)工人的安全，開發(fā)一種可以替代或部分替代工人進(jìn)行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的熱點(diǎn)．因此，研制安全有效的除冰機(jī)械以代替人進(jìn)行導(dǎo)線除冰具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。二、研究?jī)?nèi)容、預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)、完成課題的方案和主要措施2008 年湖南冰災(zāi)的形成原因，除冰機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和程度，對(duì)輸電線路覆冰產(chǎn)生的負(fù)面效果的研究，對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)專利的檢索并綜合分析，設(shè)計(jì)出新的除冰機(jī)構(gòu)。其關(guān)鍵技術(shù)由國(guó)家 863 計(jì)劃的巡線機(jī)器人做動(dòng)力，行走，越障和控制方面為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，再由湖南大學(xué) 2009 年的除冰機(jī)器人各個(gè)除冰專利為參考，還加上 08 年后各個(gè)期刊雜志上的除冰方法和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為支持，完成自己的設(shè)計(jì)。通過對(duì)覆冰原理和輸電線路參數(shù)的分析得出最大覆冰限度 20cm 時(shí)進(jìn)行除冰，然后對(duì)除冰機(jī)構(gòu)的高效組合的形式進(jìn)行匹配性的討論，最后得出新的除冰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。三、主要特色及工作進(jìn)度工作進(jìn)度：第 4 周：2008 年湖南冰災(zāi)形成的原因，除冰機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和程度第 5 周：對(duì)輸電線路覆冰產(chǎn)生的負(fù)面效果的研究第 5 周：對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析第 6 周~第 9 周：對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)專利的檢索并綜合分析第 10 周~第 12 周: 設(shè)計(jì)新的除冰機(jī)構(gòu)，繪制除冰機(jī)構(gòu)圖紙第 13 周: 編寫設(shè)計(jì)說明書、翻譯英文資料第 14 周: 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯主要特色：通過除冰機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，使除冰效率提升，是除冰機(jī)器人更加安全和實(shí)用,并提出微波融冰技術(shù)和機(jī)械除冰復(fù)合除冰的高效除冰方式。 四、主要參考文獻(xiàn)（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁(yè)碼列出）［ 1］ 張 屹 ， 邵 威 ， 高 虹 亮 ， 羅 成 . 高 壓 輸 電 線 路 除 冰 機(jī) 器 人 的 機(jī) 構(gòu) 設(shè)計(jì) [J].三 學(xué) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ， 2008.12， Vol.30 No.6： P69-72 ［ 2］ 濮 良 貴 ， 紀(jì) 名 剛 . 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) [M]. 北 京 :高 等 教 育 出 版 社 ，2002. ［ 3］ 蔣 正 龍 ， 陸 佳 政 ， 雷 紅 才 ， 黃 福 勇 . 湖 南 2008 年 冰 災(zāi) 引 起 的 倒塔 原 因 分 析 [J].高 電 壓 技 術(shù) ， 2008.11， Vol.34 No.11： P2468-2474 ［ 4］ Serge Jourden. De—leer Installation at Lrvis Substation on Hydro Qurbec’s High Voltage System[J].SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY， 20099， Vol.3 No.1： P1-6 ［ 5］ 高 虹 亮 ， 孟 遂 民 ， 羅 成 ， 馬 小 強(qiáng) .架 空 輸 電 線 路 除 冰 機(jī) 器 人 的 結(jié)構(gòu) 設(shè) 計(jì) [J].電 力 建 設(shè) ， 2009.3， Vol.30 No.3： P93-96 ［ 6］ 甘 辰 予 ， 陳 勁 生 .LEGO 智 能 除 冰 機(jī) 器 人 的 設(shè) 計(jì) [J].大 眾 科 技 ，2009.10， No.10. ［ 7］ 楊 振 宇 ， 范 建 中 . 輸 電 線 路 抗 冰 技 術(shù) 新 進(jìn) 展 [J].2009 輸 配 電 及電 力 系 統(tǒng) 論 文 集 ， 2009.No5. 指導(dǎo)教師意 見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系意見 系主任簽名：年 月 日院意見 教學(xué)院長(zhǎng)簽名： 年 月 日湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表學(xué)號(hào) 2006183834 姓名 歐陽(yáng)武 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。綜合評(píng)價(jià)評(píng)閱人： 2010 年 5 月 日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見學(xué)號(hào)： 2006183834 姓名： 歐陽(yáng)武 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 頁(yè) 圖 表 張論文（設(shè)計(jì)）題目： 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 內(nèi)容提要： 通過覆冰原理分析和湖南冰災(zāi)工況分析，進(jìn)一步了解了國(guó)內(nèi)外除冰機(jī)器人的構(gòu)造和組成的模塊，及其各模塊的功能和及局限性，以利于設(shè)計(jì)時(shí)明確設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)關(guān)鍵注意的地方，以求得發(fā)展性的設(shè)計(jì)。在對(duì)專利和實(shí)際工況中進(jìn)行分析和匹配，求的適合湖南省的除冰機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加設(shè)計(jì)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)型。在能源方面通過對(duì)各個(gè)除冰方法的總結(jié)和能源利用的多少進(jìn)行分析，采用機(jī)械復(fù)合式除冰以節(jié)約能源。繪出復(fù)合式除冰裝配示意圖，復(fù)合除冰機(jī)構(gòu)圖紙，解析說明運(yùn)動(dòng)方式及其功用。并在此前提上提出展望式的微波機(jī)械復(fù)合式除冰機(jī)器人的設(shè)計(jì)，由于能源方面有待解決，只提出方案和部分圖紙。總結(jié)此次設(shè)計(jì)，對(duì)除冰機(jī)器人有了綜合性的評(píng)述，對(duì)除冰方式分析和除冰結(jié)構(gòu)方面做出了新的復(fù)合性設(shè)計(jì)方案，以推進(jìn)除冰機(jī)器人的發(fā)展和制造方面的優(yōu)化。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師： 年 月 日答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ)答辯小組組長(zhǎng)： 年 月 日答辯委員會(huì)意見答辯委員會(huì)主任： 年 月 日I 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要 分析湖南 2008 年冰災(zāi)引起的倒塔原因，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了 2008 年湖南冰災(zāi)期間≥220 kV輸電線路的受損情況，發(fā)現(xiàn)倒塔線路覆冰厚度主要集中在 20～60 mm ，同時(shí)微地形和微氣象造成覆冰加重和覆冰的不均勻性，檔距、塔形等對(duì)線路倒塔也存在影響。分析倒桿斷線的形式認(rèn)為覆冰太厚超過設(shè)計(jì)值，垂直荷載壓垮和不平衡張力拉垮是造成線路倒塔的原因. 從而制造輸電線路上的除冰機(jī)器人成為必要，由國(guó)家 863 計(jì)劃和 08 年后的除冰機(jī)器人的研究和綜合分析，設(shè)計(jì)一個(gè)由各個(gè)選用模塊組成的高效除冰機(jī)器人。關(guān)鍵詞 巡線機(jī)器人 除冰機(jī)器人 除冰機(jī)構(gòu) 除冰方法 冰災(zāi)II Mechanical Design of a Robot for Deicing Transmission LinesAbstract The damage of the transmission lines in Hunan during the 2008 ice storm is surveyed and the main causes for the tower collapses and line failures are analyzed．It is found that the ice accretion thickness on the failed Iines mostly falls in the range of 20～60mm which is well beyond the designed standard．In addition，the situation may be worsened by the nonhomogeneity of the ice accretion due to microtopography and micrometeorology conditions，spandistance，and the imbalanced tension caused by vertical load。Thus the ice on the transmission in manufacturing, it becomes necessary to design a comprehensive analysis of each choose modules of efficient deicing robot by national 863 plan and 8 years of study and the deicing robot.Key words line patrol robot deicing robot deicing institutions deicing method Ice plagues 目錄摘要…………………………………………………………………… ⅠAbstract………………………………………………………………Ⅱ第一章 緒言……………………………………………………………11.1 引言…………………………………………………………………………11.2 湖南省 2008 年冰災(zāi)的電網(wǎng)分析……………………………………2第二章 覆冰原理…………………………………………………… 4第三章 輸電線路覆冰的危害……………………………………… 53.1 線路過荷載……………………………………………………… 53.2 不均勻覆冰或不同期脫冰……………………………………… 53.3 絕緣子串冰閃…………………………………………………… 53.4 導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)…………………………………………………… 5第四章 除冰方法 ………………………………………………… 6第五章 巡線機(jī)器人 ……………………………………………… 85.1 巡線機(jī)器人機(jī)構(gòu) ……………………………………………… 95.2 工作電源………………………………………………………… 105.3 控制系統(tǒng)………………………………………………………… 10第六章 除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)……………………………………………11第七章 國(guó)內(nèi)除冰機(jī)器人專利……………………………………… 147.1 一種線纜除冰機(jī)器人……………………………………………14 7.2 輸變線路除冰機(jī)器人……………………………………………14 7.3 一種可跨越障式多分裂除冰機(jī)器人……………………………15 7.4 高壓輸電線路導(dǎo)線除冰方法與裝置……………………………16 7.5 電力設(shè)施的微波除冰裝置和除冰方法…………………………16 第八章 除冰機(jī)構(gòu)專利………………………………………………18 8.1 三機(jī)械臂架空線除冰機(jī)器人多功能夾持機(jī)構(gòu)…………………18 8.2 一種除冰機(jī)器人的掛線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)………………………………18 8.3 一種導(dǎo)線可越障機(jī)器人行走裝置………………………………19 8.4 一種架空線除冰機(jī)器人的制動(dòng)機(jī)構(gòu)……………………………20 8.5 架空線除冰機(jī)器人的除冰機(jī)構(gòu)…………………………………21 第九章 綜合設(shè)計(jì)除冰機(jī)器人……………………………………… 229.1 除冰機(jī)器人總裝示意圖………………………………………… 229.2 除冰機(jī)器人結(jié)構(gòu)和步驟………………………………………… 239.3 除冰機(jī)器人各組裝模塊…………………………………………23 9.4，除冰機(jī)器人復(fù)合除冰…………………………………………… 25結(jié)論………………………………………………………………… 28致謝………………………………………………………………… 29參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… 30附錄 1 ………………………………………………………………311第一章 緒言1.1 引言2008 年 1 月，郴州市出現(xiàn)了連續(xù)近一個(gè)月的低溫雨雪冰凍天氣，遭受了歷史罕見的冰雪災(zāi)害。國(guó)家減災(zāi)委員會(huì)專家已定性為：“郴州發(fā)生的這次冰雪災(zāi)害，是世界上一次大面積、極端性氣候事件，是江南地區(qū)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次雨雪冰凍過程，影響地區(qū)的人口之多是世界罕見的” 。這次郴州冰災(zāi)造成中心城區(qū)正值春節(jié)期間停電、停水 10 多天，個(gè)別地方達(dá)到 20 多天，交通、通訊、電視均出現(xiàn)不同程度的中斷，成為了一座與外界隔絕的“孤城” 。郴州成為我國(guó)南方冰雪災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)之一。特別是電力系統(tǒng)遭受毀滅性重創(chuàng)，冰災(zāi)引起了倒塔,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了 2008 年湖南冰災(zāi)期間≥220kV 輸電線路的受損情況,發(fā)現(xiàn)倒塔線路覆冰厚度主要集中在20～60mm,同時(shí)微地形和微氣象造成覆冰加重和覆冰的不均勻性,檔距、塔形等對(duì)線路倒塔也存在影響。分析倒桿斷線的形式認(rèn)為覆冰太厚超過設(shè)計(jì)值、垂直荷載壓垮和不平衡張力拉垮是造成線路倒塔。專家解說，高壓線高高的鋼塔在下雪天時(shí)，可以承受 2-3 倍的重量。但如果下雨凇，可能會(huì)承受 10-20 倍的電線重量。電線結(jié)冰，遇冷收縮，風(fēng)吹引起震蕩，就使電線不勝重荷而斷裂。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，超高壓大容量輸電線路越建越多，線路走廊穿越的地理環(huán)境更加復(fù)雜，如經(jīng)過大面積的水庫(kù)、湖泊和崇山峻嶺，給線路維護(hù)帶來很多困難．而且在嚴(yán)冬及初春季節(jié)，我國(guó)云貴高原、川陜一帶及兩湖地區(qū)常出現(xiàn)霧凇和雨凇現(xiàn)象，造成架空輸電線路覆冰，使線路舞動(dòng)、閃絡(luò)、燒傷，甚至斷線倒桿，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅．在緊急情況下，尋道員用帶電操作桿或其它類似的絕緣棒只能為很少的一部分覆冰線路除冰，人工除冰有很高的危險(xiǎn)性。在國(guó)外，一些國(guó)家的地理與氣候情況與我國(guó)相似，甚至一些國(guó)家的情況更加惡劣，為了保證電力系統(tǒng)的可靠性，提高高壓輸電線除冰的效率，減少損失，維護(hù)工人的安全，開發(fā)一種可以替代或部分替代工人進(jìn)行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的熱點(diǎn)．因此，研制安全有效的除冰機(jī)械以代替人進(jìn)行導(dǎo)線除冰具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。2電動(dòng)機(jī)除冰裝置的示意圖和實(shí)際工作圖1.2 湖南省 2008 年冰災(zāi)的電網(wǎng)分析全球氣候正經(jīng)歷以變暖為主要特征的變化，氣候變暖導(dǎo)致“厄爾尼諾”和“拉尼娜”等極端天氣氣候事件的頻率與強(qiáng)度明顯增加，輸電線路所處地質(zhì)條件復(fù)雜，容易遭受冰災(zāi)等極端天氣的影響，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)已多次發(fā)生的輸電線路冰災(zāi)事故進(jìn)行了相關(guān)的研究。2008 年年初襲擊湖南的持續(xù)低溫、雨雪、冰凍天氣過程來 I 臨之前，湖南溫度偏高、空氣干燥。湖南東、南、西部三面環(huán)山，向中部、北部過渡為丘陵和平地，冷空氣襲擊湖南后，湖南降溫迅速，冷暖空氣交匯形成的鋒面逆溫強(qiáng)度大，加上湖南北低南高的地勢(shì)使逆溫層得以加強(qiáng)，地勢(shì)陡增處南下冷空氣因推進(jìn)受阻而徘徊駐留，隨著暖濕氣流不斷補(bǔ)充，易形成長(zhǎng)時(shí)間降雨、冰凍，形成持續(xù)的雨凇。由于降溫迅速，湘西高海拔山區(qū)和緯度較高的湘北地區(qū)地表氣溫低，但降水主要集中在湘南、湘中、湘東，且停留時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致湘南、湘中、湘東冰凍災(zāi)害強(qiáng)于湘北和湘西高海拔山區(qū)。湖南電網(wǎng)冰凍災(zāi)害是在大尺度天氣形勢(shì)控制下形成的，拉尼娜現(xiàn)象起到推波助浪的作用，冰凍災(zāi)害受損范圍與程度具有較強(qiáng)的微地形影響特征。長(zhǎng)時(shí)間的低溫(0~﹣5℃)、降水過程為覆冰提供了適宜條件。2008 年初，受冷暖空氣共同影響，湖南從 01-11／02-07，共出現(xiàn) 4 次明顯的雨雪天氣過程，這次持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的凍雨和冰凍天氣給湖南電網(wǎng)帶來了災(zāi)難性的影響。湖南省電力公司 500 kV 線路 33 條有 14 條線路倒塔 182 基，變形 75基，導(dǎo)線斷線或受損 159 處，地線斷線或受損 322 處；220 kV 有 44 條線路倒塔 679 基，110 kV 有 121 條倒塔 1864 基；≤35 kV 高壓線路倒桿 6 萬(wàn) 4 千多基，發(fā)生斷線超過 5 萬(wàn)處；低壓線路倒桿斷桿 33 萬(wàn)多基，斷線近 37 萬(wàn)處，在整個(gè)冰凍期間，發(fā)生了多次電網(wǎng)解裂和衡陽(yáng)、郴州等地區(qū)大面積停電事故，使湖南電網(wǎng)受了有史以來最嚴(yán)峻的威脅，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù) 10 億元。3現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了 2008 年湖南冰災(zāi)期間≥220 kV 輸電線路的受損情況，發(fā)現(xiàn)倒塔線路覆冰厚度主要集中在 20～60 mm，同時(shí)微地形和微氣象造成覆冰加重和覆冰的不均勻性，檔距、塔形等對(duì)線路倒塔也存在影響。分析倒桿斷線的形式認(rèn)為覆冰太厚超過設(shè)計(jì)值，垂直荷載壓垮和不平衡張力拉垮是造成線路倒塔的原因。江城線 4979—4983 段的冰情照片2005 年湖南冰災(zāi)后對(duì)覆冰倒塌的桿塔以及選擇性選取的一些重要桿塔進(jìn)行了改造，7 條 500 kV 線路新增和改造桿塔共 142 基，220 kV 共 9 條線路增加和改造鐵塔 32 基，通過對(duì)局部區(qū)域桿塔更換塔型(將自立塔改為加強(qiáng)型轉(zhuǎn)角耐張塔)、采用提高一級(jí)覆冰設(shè)計(jì)厚度(將 15mm 覆冰設(shè)計(jì)改為 20mm)等措施提高桿塔的抗冰強(qiáng)度，通過新增桿塔縮小設(shè)計(jì)檔距、縮短耐張段的距離，減少單基鐵塔所受的重力荷載等技術(shù)措施進(jìn)行改造，2008 年這些改造的 500 kV 桿塔未發(fā)生倒塌現(xiàn)象，220 kV 有 2 基因僅對(duì)主材加厚，在此次冰災(zāi)中發(fā)生扭曲受損，在同一區(qū)域有 3 基未改的桿塔發(fā)生了倒塌。因此對(duì)桿塔抗冰強(qiáng)度適當(dāng)加強(qiáng)，是防止覆冰倒塌的最好措施之一。為應(yīng)對(duì)冰凍災(zāi)害的影響，應(yīng)進(jìn)一步完善重大災(zāi)害的應(yīng)急預(yù)案；按照差異化原則，易覆冰區(qū)段線路按 20mm 及以上覆冰設(shè)計(jì)，建設(shè)電網(wǎng)最小骨干網(wǎng)架；加快覆冰機(jī)理、融冰技術(shù)和冰情監(jiān)測(cè)的研究和應(yīng)用，覆冰期間提高重要線路的需送容量防止導(dǎo)線結(jié)冰，深入開展微地形、微氣象的監(jiān)測(cè)和冰區(qū)分布圖的繪制工作。4第二章 覆冰原理影響導(dǎo)線覆冰因素很多，主要包括：氣象條件、地理及地形條件、海拔高程、導(dǎo)線懸掛高度、導(dǎo)線直徑、水滴直徑、電場(chǎng)強(qiáng)度等。按不同的分類方法，導(dǎo)線覆冰類型可分為：（1）按冰的表現(xiàn)特性分為：雨凇、霧凇、混合凇、積雪和白霜等[1, 5, 6]；雨凇是過冷卻的降水碰到溫度等于或低于 0℃的物體表面時(shí)所形成玻璃狀的透明或無光澤的表面粗糙的冰覆蓋層，其密度較大，一般為 0.85g/cm3。霧凇分為兩種：一種是粒狀霧凇，即過冷卻霧滴碰到冷的物體后迅速結(jié)成粒狀小冰塊，其結(jié)構(gòu)較為緊密；另一種是晶狀霧凇，結(jié)構(gòu)較松散，稍有震動(dòng)就有脫落。一般霧凇密度為 0.25g/cm3。混合凇是過冷卻水滴在導(dǎo)線的迎風(fēng)面形成的雨凇和霧凇混合凍結(jié)的不透明或半透明覆冰，密度在 0.26～0.6 g/cm3，黏附力較強(qiáng)。積雪為黏附在導(dǎo)線上的自然降雪，有干、濕之分。干雪密度≤0.1g/cm3，粘附力很弱；濕雪密度 0.1～0.5 g/cm3，粘附力較弱。白霜是空氣中的濕氣與 0℃以下的冷物體表面接觸凝結(jié)而成，對(duì)導(dǎo)線威脅不大，但會(huì)增加輸電線路的電暈損失[7]。凍雨覆冰形成的雨凇因密度大、附著力強(qiáng)，對(duì)架空輸電線路的危害最大，08 年初的南方電力冰災(zāi)主要由該原因造成。（2）按冰的形成機(jī)理分為：降水覆冰、云中覆冰和升華覆冰；（3）按冰在導(dǎo)線上的橫截面形狀分為：圓形或橢圓形覆冰、翼型覆冰和新月形等，如圖 1 所示。（4）按冰在導(dǎo)線表面的增長(zhǎng)過程分為：干增長(zhǎng)、濕增長(zhǎng)[1]。這種分類利于分析導(dǎo)線覆冰的形成機(jī)理及形成過程中的熱平衡及熱傳遞。霧淞和干雪是干增長(zhǎng)覆冰過程，雨淞和濕雪是濕增長(zhǎng)覆冰過程，而混合淞是介于二者間的一種覆冰過程。5導(dǎo)線覆冰截面圖第三章 輸電線路覆冰的危害3.1 線路過荷載線路覆冰時(shí)，導(dǎo)線將承受數(shù)百到數(shù)千 kg 的荷載，導(dǎo)線和覆冰重量產(chǎn)生的拉力將通過導(dǎo)線、金具、絕緣子傳遞給桿塔，桿塔再傳遞給拉線，只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)承受不住拉力，就將出現(xiàn)倒桿和斷線事故，并往往會(huì)擴(kuò)展至一個(gè)耐張段。3.2 不均勻覆冰或不同期脫冰相鄰檔線路不均勻覆冰或不同期脫冰都會(huì)產(chǎn)生張力差，使導(dǎo)線在線夾內(nèi)滑動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將使導(dǎo)線外層鋁股在線夾出口處全部斷裂、鋼芯抽動(dòng)，造成線夾另一側(cè)的鋁股發(fā)生頸縮，擁擠在線夾附近，長(zhǎng)達(dá) 1～20m。不均勻覆冰的張力差是靜荷載，而不同期脫冰為動(dòng)荷載，二者有所不同。其次，直線桿塔承受鄰檔的張力差，會(huì)使絕緣子串產(chǎn)生較大偏移，碰撞橫擔(dān)而造成損傷。再次，當(dāng)張力差達(dá)到一定程度后，會(huì)使橫擔(dān)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線碰撞拉線，電氣間隙減小而燒斷拉線，桿塔因失去拉線支持后倒塌。3.3 絕緣子串冰閃冰閃為污閃的一種特殊形式。絕緣子嚴(yán)重覆冰時(shí)，大量傘形冰凌橋接，泄漏距離縮短，絕緣強(qiáng)度降低。融冰過程中，冰體表面水膜因溶解污穢中的電解質(zhì)而形成導(dǎo)電水膜，使得絕緣子串的電壓分布發(fā)生畸變，閃絡(luò)電壓被降低。融冰時(shí)期常伴有大霧，使大氣中的污穢微粒進(jìn)一步增加融化冰水導(dǎo)電率，形成冰閃。冰閃的持續(xù)電弧將燒傷絕緣子，絕緣強(qiáng)度降低。3.4 導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)由于覆冰形狀的不對(duì)稱，改變了導(dǎo)線的空氣動(dòng)力學(xué)特性。當(dāng)風(fēng)速在4～20m/s，且風(fēng)向與線路走向≥45°時(shí)，導(dǎo)線具有較好的空氣動(dòng)力性能，在風(fēng)的激勵(lì)下產(chǎn)生低頻高幅振蕩。輕者發(fā)生閃絡(luò)、跳閘，重者發(fā)生金具及絕緣子損壞，導(dǎo)線斷股、斷線，桿塔傾斜、倒塌等電氣事故。6第四章 除冰方法序號(hào) 方法 定類 數(shù)據(jù) 消耗能量 比較系數(shù)1 融冰（3mm）除冰 理論 904 1002 航空標(biāo)準(zhǔn)除冰法除冰 實(shí)驗(yàn) 400 443 融冰（1mm）除冰 理論 301 334 射頻+鏟刮 除冰 實(shí)驗(yàn) 305 345 加熱法 防冰 實(shí)驗(yàn) 180 206 紅外線 除冰 實(shí)驗(yàn) 170 197 激光+鏟刮 除冰 實(shí)驗(yàn) 120 138 形記合金 除冰 理論 72 89 氣動(dòng)脈沖（50Ls）除冰 實(shí)驗(yàn) 6.8 0.7510 電磁脈沖 除冰 實(shí)驗(yàn) 2.3 0.2511 氣動(dòng)低環(huán) 除冰 理論 0.9 0.0612 鏟刮 除冰 理論 0.2 0.0213 碰撞試驗(yàn) 除冰 實(shí)驗(yàn) 0.011 0.001214 牽引試驗(yàn) 除冰 實(shí)驗(yàn) 0.007 0.00069適用于輸電線路的機(jī)械除冰技術(shù)使用機(jī)械外力手工或自動(dòng)強(qiáng)制使覆冰脫落的除冰方法，稱為機(jī)械除冰方法。研制機(jī)械除冰方法的歷史遠(yuǎn)早于其他類型的除冰、防冰方法。機(jī)械法是針對(duì)輸電線路的，有“ad hoc”法、滑輪輾壓鏟刮法和強(qiáng)力振動(dòng)法，滑輪輾壓鏟刮法達(dá)到了實(shí)用水平。“adhoc”法由 Phlman 和 Landers 于 1982 年提出，它需要線路操作者在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行。并且處理方法千變?nèi)f化，包括敲打、撞擊等。當(dāng)線路停電，可以觸及到冰時(shí)，可采用手工除冰，從地面向?qū)Ь€、避雷線拋擲短木棍將覆冰打掉，或用木棒、竹竿敲打。在線路帶電時(shí)，應(yīng)用與線路電壓等級(jí)相符的絕緣棒敲打。此外，也可用木制套圈套在導(dǎo)線上，用繩子順著導(dǎo)線拉，以消除覆冰，這種方法只是權(quán)宜之計(jì)，既不安全，又不十分有效，因此，很少有人推薦使用，如果要用，就得為這種方法制定標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)則。7由加拿大 Manitoba 水電局研制的滑輪鏟刮技術(shù)是一種由地面操作人員拉動(dòng)滑輪在線路上行走而鏟除導(dǎo)線覆冰的技術(shù)，運(yùn)用這種技術(shù)的除冰方法叫滑輪輾壓鏟刮法(icing rolling)，滑輪輾壓鏟刮法已在加拿大的 Manitoba 使用了 50多年，是目前唯一可行的輸電線路除冰的機(jī)械方法。它由滑輪、牽引繩及涂漆的膠合板或環(huán)氧樹脂板等器件構(gòu)成，加在滑輪上的力要足夠讓導(dǎo)線產(chǎn)生彎曲，這樣，產(chǎn)生的應(yīng)力才能使冰破裂脫落。如果在板的兩邊固定一把鋸齒刀，則除冰效果更好，但拉扯時(shí)注意不要損傷導(dǎo)線、避雷線和絕緣子?；嗙P刮法的最大優(yōu)點(diǎn)是效果很快，且不需要特別的設(shè)備和專家，簡(jiǎn)便易操作，耗能小，價(jià)格低廉，較為實(shí)用。但它也有缺點(diǎn)，那就是費(fèi)時(shí)，安全性能不完善，且受地形限制。據(jù)統(tǒng)計(jì)，要對(duì)一公里長(zhǎng)導(dǎo)線進(jìn)行滾壓除冰約需卜 2 小時(shí)。強(qiáng)力振動(dòng)法是 1988 年由 Mulherin 和 Donaldson 研制的。加拿大魁北克水電局發(fā)明了一種電纜除冰裝置。該裝置包括一對(duì)導(dǎo)線，導(dǎo)線連接到電纜上，并沿電纜呈螺旋形纏繞，導(dǎo)線的一端連接到一個(gè)能在導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生電磁脈沖的脈沖發(fā)生裝置上，另一端連接在一起構(gòu)成封閉電路，依靠導(dǎo)線中電磁脈沖的通路，在導(dǎo)線之間產(chǎn)生推斥力，該推斥力振動(dòng)導(dǎo)線，使導(dǎo)線上的覆冰振碎脫落，由于要求外加振動(dòng)源及振動(dòng)會(huì)促使線纜疲勞，因而難以在工程實(shí)際中應(yīng)用?；跈C(jī)械振動(dòng)與撞擊原理的電磁力技術(shù)和電脈沖技術(shù)是為飛行器除冰研制的。但是，由于電磁力或電脈沖可以使導(dǎo)線產(chǎn)生強(qiáng)烈而又在控制范圍內(nèi)的振動(dòng)，所以二者也是架空線路易接受的除冰方法之一。為飛行航空器除冰研制的基于機(jī)械沖擊和沖撞的 3 種技術(shù)是：1985 年由 Finke 和 Banks、1988 年由 Mulherin和 Donald—son、1991 年由 Graber 和 Mack 等分別研究和改進(jìn)的超聲振動(dòng)除冰技術(shù)；1988 年由 zumwalt 和 Egbert、1993 年 Bond 和 Shin、1994 年由 Smith等分別研究和改進(jìn)的電磁脈沖除冰技術(shù)；1992 年由 Martin 和 Putt、1996 年由Loughborough 和 Hass 等研制和應(yīng)用的氣動(dòng)脈沖除冰技術(shù)。電磁脈沖技術(shù)將是輸電線路除冰最易接受的方法。美國(guó)堪薩斯州的 wichita 州立大學(xué)也提出了電脈沖法除冰(Electro—Impulse De—Icing，EIDI) ，即利用電容器組向線圈放電，由線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，在置于線圈附近的導(dǎo)電板(即目標(biāo)物)上產(chǎn)生一個(gè)幅值高、持續(xù)時(shí)間短的機(jī)械力，使冰破裂而脫落，但在線路融冰研究方面因技術(shù)不成熟和費(fèi)用過高沒有達(dá)到預(yù)期的目的。由 Gerardi 等于 1995 年根據(jù)合金中記憶相位的變化為航空器除冰研制的。另一種采用由電場(chǎng)或磁場(chǎng)力控制的柔韌性涂料機(jī)械方法仍處于設(shè)想階段。然而，這些方法可作為驗(yàn)證其典型除冰方法的實(shí)驗(yàn)和研制的基礎(chǔ)。8第五章 巡線機(jī)器人巡線機(jī)器人是為了在線檢測(cè)輸電線路產(chǎn)生的機(jī)械電器故障、杠塔及其他地基和交叉跨越安全距離等變化，國(guó)外尋巡線機(jī)器人的研究始于 20 世紀(jì) 80 年代末，日本東京電力公司 Sawada 等人、日本 Sato 公司、每過 TRC 公司、加拿大魁北克水電研究院 Montabault 等人先后開展了巡線機(jī)器人的研制。他們研制的巡線機(jī)器人可分為 2 類：一類是具有跨越障礙物功能，但由于其結(jié)構(gòu)尺寸大和重量重，因而實(shí)用性差，并大多仍處于實(shí)驗(yàn)室研制階段；另一類是只能在 2個(gè)桿塔間的直線巡線，不具備跨越障礙功能物，因而其巡線作業(yè)范圍受到了很大限制。國(guó)內(nèi)巡線機(jī)器人的研究始于 90 年代末，在 2002 年開開始國(guó)家“十五”863 計(jì)劃的連續(xù) 2 次資助下，已研制成功了具有沿 220kV 單分裂導(dǎo)線全程線路行駛和巡檢作業(yè)的巡線機(jī)器人樣機(jī)，并在機(jī)器人構(gòu)件、電能在線補(bǔ)給、機(jī)器人局部自治和系統(tǒng)與技術(shù)集成等關(guān)鍵技術(shù)上去的了實(shí)質(zhì)性的突破，該樣機(jī)已經(jīng)通關(guān)過了現(xiàn)場(chǎng)線路的帶電運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，并表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。同時(shí)在巡線機(jī)器人的基礎(chǔ)上除冰機(jī)器人才有所發(fā)展。在現(xiàn)場(chǎng)線路上的巡線機(jī)器人9巡線機(jī)器人機(jī)構(gòu)5.1 巡線機(jī)器人機(jī)構(gòu)巡線機(jī)器人是機(jī)電一體化系統(tǒng)，涉及到機(jī)構(gòu)、控制、通信、定位系統(tǒng)、移動(dòng)平臺(tái)上傳感器的集成和信息融合、電源等，而機(jī)械機(jī)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是目前制約巡線機(jī)器人發(fā)展的技術(shù)障礙之一．巡線機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求是：(1)能在架空高壓線上以期望的速度平穩(wěn)爬行；(2)具有一定的爬坡能力；(3)能夠避越高壓線路上的防震錘、線夾、絕緣子、線塔等障礙；(4)在故障情況下有可靠的自保安措施，防止機(jī)器人摔落；(5)提供足夠的空間安裝所攜帶的電源以及探測(cè)、記錄和分析處理儀器．可實(shí)現(xiàn)在管線上爬行的機(jī)構(gòu)可以分為步進(jìn)式爬行機(jī)構(gòu)和輪式爬行機(jī)構(gòu)兩類步進(jìn)式爬行機(jī)構(gòu)通過多只手臂的交替移動(dòng)完成爬行，一般用于斜拉橋纜索、管道外壁的檢查維護(hù)；輪式爬行機(jī)構(gòu)依靠由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行走輪與管線之間的摩擦，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)．輪式爬行機(jī)構(gòu)行走平穩(wěn)，速度快，有利于移動(dòng)平臺(tái)上線路探測(cè)儀器的可靠工作，因此，目前巡線機(jī)器人多采用此類爬行機(jī)構(gòu)．越障機(jī)構(gòu)是巡線機(jī)器人機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵．由于機(jī)器人懸掛在架空線上，越障時(shí)應(yīng)保證機(jī)器人姿態(tài)平穩(wěn)，并保持與其它導(dǎo)線和線塔金屬部件的安全間距，因此設(shè)計(jì)難度較大．文獻(xiàn)采用了仿人攀援的弧形手臂越障機(jī)構(gòu)，姿態(tài)控制較為復(fù)雜，文獻(xiàn)中給出的分體蛇形越障機(jī)構(gòu)不適合跨越直徑和間距較大的障礙，文獻(xiàn)的越障機(jī)構(gòu)也同樣存在跨越間距小的問題巡線機(jī)器人越障操作類似人的空中攀援行為，因此，仿生設(shè)計(jì)是解決這一難題的有效方法．一種很有前景的方案是采用多只可伸縮機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，機(jī)械臂上部為爬行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，下部通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相互鏈接．遇到障礙時(shí)，機(jī)械臂之間相互配合，采用仿人攀援策略調(diào)整姿態(tài)，跨越障礙．由于采用多只多自由度機(jī)械臂，機(jī)器人可以完成更為復(fù)雜的空中姿態(tài)調(diào)整，因而可跨越各種類型的線路障礙．10電能在線補(bǔ)給和電源監(jiān)控系統(tǒng)5.2 工作電源要保證巡線機(jī)器人在野外大范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間工作，必須提供持續(xù)可靠的電源．巡線機(jī)器人功率一般為幾百瓦，由于受體積和重量的限制，蓄電池組不能滿足長(zhǎng)時(shí)間供電要求．文獻(xiàn)[3]嘗試采用小型汽油發(fā)電機(jī)為機(jī)器人供電，但汽油發(fā)電機(jī)需攜帶油箱，工作時(shí)受環(huán)境影響大，可靠性差．由于巡線機(jī)器人一般沿大工作電流的電力線爬行，因此，最好能直接從電力線上獲取能源，即耦合供電．文獻(xiàn)[7]對(duì)采用電流互感器耦合從電力線上獲取電源的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入研究，分析了機(jī)器人所需的最大驅(qū)動(dòng)力與其重量的比率、磁芯的截面積、副邊線圈匝數(shù)等變量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了方案的可行性．采用電力線耦合供電雖然解決了巡線機(jī)器人長(zhǎng)期工作的電源問題，同時(shí)也導(dǎo)致機(jī)械機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)的復(fù)雜化．這是因?yàn)闄C(jī)器人越障時(shí)，電流互感器磁芯須從電力線上脫離，需解決磁芯分離機(jī)構(gòu)控制和備用電源切換技術(shù)．5.3 控制系統(tǒng)11控制系統(tǒng)第六章 除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)目前國(guó)內(nèi)沒有技術(shù)成熟的除冰機(jī)器人，而國(guó)外技術(shù)相對(duì)比較成熟的代表產(chǎn)品是加拿大魁北克水電研究院的 Serge Montambault 等人 2000 年開始研制的HQ lineROVer 遙控小車。它主要用于清除電力傳輸線地線上的覆冰。但是該機(jī)器人質(zhì)量過大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且只能清除兩桿塔之間的覆冰，不具備越障的功能，因此不能完全代替人工上線除冰。借鑒國(guó)內(nèi)外除冰機(jī)器人以及巡線機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，三峽大學(xué)設(shè)計(jì)了一種高壓線路除冰機(jī)器人。本機(jī)器人理論上可以滿足直導(dǎo)線上覆冰不是太厚情況下的除冰需求，同時(shí)具備自主越障功能及高效、環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)。本機(jī)器人運(yùn)用模塊化結(jié)構(gòu)，采用仿生學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，組成模塊包括夾緊裝置、行走裝置、除冰裝置、越障裝置等。12機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)器人模型整體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：(1)導(dǎo)線直徑 D≤25 mm；(2)小車自重 m≤20 kg；(3)電機(jī)功率降 1．2 W，電壓如 12 V；(4)小車行走速度 y=0．26 m／s。越障過程圖除冰機(jī)器人越障時(shí)技術(shù)難度最大的是跨越導(dǎo)線上的附屬元件．包括絕緣子、線夾、防震錘和間隔棒等障礙物。機(jī)器人需要滿足以下幾個(gè)功能：越障有效、越障過程應(yīng)平穩(wěn)、越障完成后能適時(shí)隨動(dòng)。這也就要求機(jī)器人在線上應(yīng)能夠保持姿態(tài)平穩(wěn)，不與線路附件干涉?？紤]到機(jī)器人越障時(shí)的平穩(wěn)性、安全性和有效性．機(jī)器人的越障方式是模仿猴子爬樹的方式進(jìn)行越障。也就是采用手臂交替前進(jìn)方式進(jìn)行越障。目前單導(dǎo)線巡線機(jī)器人的手臂模式主要有 2 種，一種是雙手臂模式，一種是三手臂模式。綜合考慮各因素，本除冰機(jī)器人采用雙手臂結(jié)構(gòu)。目前越障方式有：手臂上升式越障、手臂上升旋轉(zhuǎn)式越障、手臂上升偏轉(zhuǎn)式越障、輪子剖分式越障?？紤]到除冰裝置和夾緊裝置的安裝以及通過減少控制電機(jī)數(shù)量來提高控制能力方面考慮，本機(jī)器人采用的是上升偏轉(zhuǎn)式越障。這種越障方式有 2 種實(shí)現(xiàn)方法：一是采用 2 個(gè)電機(jī)分別控制上升和偏轉(zhuǎn)這 2 個(gè)動(dòng)作；二是設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)上升偏轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌，這樣就可以通過一個(gè)電機(jī)控制來完成手臂的上升和偏轉(zhuǎn)動(dòng)作，從而提高機(jī)器人的控制性能。13本設(shè)計(jì)中采用后者。具體越障動(dòng)作：當(dāng)機(jī)器人遇到障礙物時(shí)．首先機(jī)器人整體停機(jī)．啟動(dòng)越障電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)越障手臂在越障導(dǎo)軌上上升到行走輪脫離導(dǎo)線，越障電機(jī)繼續(xù)工作帶動(dòng)整個(gè)越障手臂在越障導(dǎo)軌上發(fā)生偏轉(zhuǎn)。直到整個(gè)越障手臂不與障礙物發(fā)生干涉時(shí)。越障電機(jī)停止：然后前面的整個(gè)越障手臂在前進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下．通過絲杠推動(dòng)整個(gè)前面的機(jī)構(gòu)部分越過障礙物；越過障礙物后，越障電機(jī)反轉(zhuǎn)，越障手臂即可復(fù)位。在越障機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中?？梢圆捎弥本€電機(jī)來取代電機(jī)加絲杠的驅(qū)動(dòng)方式。使得機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，定位更加精確．反應(yīng)速度更快。機(jī)器人具體越障動(dòng)作如圖所示。除冰機(jī)構(gòu) 1除冰機(jī)構(gòu) 2機(jī)器人跨越懸垂絕緣子等障礙物時(shí)一只手臂懸空，另一只手臂越過絕緣子，而此時(shí)障礙物另一側(cè)導(dǎo)線上的覆冰未清除，輪子和銑刀處于一個(gè)平面上面，這樣就會(huì)造成輪子無法在電線上落腳的情況．基于這種情況的考慮，提出了第 2套除冰方案．具體示意圖如圖所示，采用 2 個(gè)銑刀，其中銑刀中心線和導(dǎo)線中心線垂直，在無障礙物時(shí)和上面的除冰裝置類似，銑刀電機(jī)驅(qū)動(dòng)銑刀旋轉(zhuǎn)除導(dǎo)線兩側(cè)面的覆冰，后面的楔形塊在機(jī)器向前行走的推力作用下可以破碎銑刀未清除的覆冰．當(dāng)遇到懸垂線夾這樣的障礙物時(shí)，首先還是行走電機(jī)停機(jī)，然后啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)螺桿運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，使電極正轉(zhuǎn)，在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)下帶動(dòng)與螺母相連的楔形塊以及前面的銑刀一起向前推進(jìn)，直到將通過懸垂線夾并且將線夾前面的覆冰14除掉，直到當(dāng)一只手臂越障后輪子可以落到導(dǎo)線上面為止．當(dāng)除完該段覆冰后，螺桿電機(jī)反轉(zhuǎn)將剛前進(jìn)的裝置收回，然后再進(jìn)行如上述的越障動(dòng)作．圖第 2 套方案除冰機(jī)構(gòu)整體圖第七章 國(guó)內(nèi)除冰機(jī)器人專利7.1 一種線纜除冰機(jī)器人（申請(qǐng)人河海大學(xué)，公開日 2008.11.19）15該除冰機(jī)器人，由機(jī)架、除冰盾、電源、夾持機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)構(gòu)成，除冰盾的結(jié)構(gòu)包括振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和在向前進(jìn)方向的前端設(shè)有向盾牌，盾牌固定前伸出的若干根尖錐，振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)機(jī)架上安裝振動(dòng)偏心電機(jī)，安裝的振動(dòng)偏心電機(jī)帶動(dòng)除冰盾前后運(yùn)動(dòng)；夾持機(jī)構(gòu)包括起碼兩對(duì)夾持導(dǎo)輪和夾持的開啟閉合裝置構(gòu)成，開啟閉合裝置時(shí)合頁(yè)結(jié)構(gòu)，沒對(duì)導(dǎo)輪分別安裝在一側(cè)合頁(yè)上，圍繞著合頁(yè)軸開啟閉合，采用夾持導(dǎo)輪，行走機(jī)構(gòu)采用行走電機(jī)和線纜驅(qū)動(dòng)輪構(gòu)成，電源采用蓄電池。7.2 輸變線路除冰機(jī)器人（申請(qǐng)人湯靖邦，公開日 2008.11.5）該輸變電線路除冰機(jī)器人包括主機(jī)，所述主機(jī)上連接柔性推動(dòng)臂、懸掛導(dǎo)向臂，在柔性推動(dòng)臂的前端連接一顆開合點(diǎn)擊動(dòng)力組，懸掛導(dǎo)向臂的前端連接一開合除冰工作頭，所述可開合除冰工作頭的前端可弧線擺動(dòng)的連接只少兩個(gè)正向除冰轉(zhuǎn)到組。7.3 一種可跨越障式多分裂除冰機(jī)器人（專利權(quán)人國(guó)網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院,公開日 2009.1.14）16該機(jī)器人包括：導(dǎo)線爬行裝置，用于所述高壓輸電線路爬行；旋轉(zhuǎn)除冰裝置，安裝于所述導(dǎo)線爬行裝置，用于采用旋轉(zhuǎn)敲擊力去除導(dǎo)線上的覆冰；動(dòng)力裝置，用于爬行裝置和除冰裝置，提供驅(qū)動(dòng)力；控制裝置，用于對(duì)所述導(dǎo)線的爬行以及對(duì)所述旋轉(zhuǎn)除冰裝置的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。該機(jī)器人不僅適用于單導(dǎo)線除冰更適用于多分裂導(dǎo)線的除冰，該機(jī)器人通過傳感器感測(cè)障障礙物并實(shí)施有效避讓措施，尤其適合在諸多障礙的多分裂導(dǎo)線上作長(zhǎng)距離自主爬行。7.4 高壓輸電線路導(dǎo)線除冰方法與裝置（申請(qǐng)人國(guó)網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院，公開日 2008.10.14）17該除冰裝置包括：由燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)線行走機(jī)器人，所述的導(dǎo)線除冰裝置還包括：旋轉(zhuǎn)除冰裝置，安裝于所述導(dǎo)線行走機(jī)器人，用于利用旋轉(zhuǎn)敲擊力去除導(dǎo)線上的覆冰；動(dòng)力裝置與所述旋轉(zhuǎn)除冰裝置相耦合，用于驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)除冰裝置選裝；控制裝置，用于控制所述導(dǎo)線行走機(jī)器人的移動(dòng)以及所述動(dòng)力裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的高壓線路導(dǎo)線除冰裝置在導(dǎo)線行走機(jī)器人上安裝旋轉(zhuǎn)敲擊棒、震動(dòng)沖擊錐以及刮冰鏟，由這三個(gè)除冰裝置同時(shí)工作，通過橫向敲擊、軸向沖擊、軸向擠壓有效的將導(dǎo)線上的覆冰去除。7.5 電力設(shè)施的微波除冰裝置和除冰方法（申請(qǐng)人中國(guó)科學(xué)院電工研究所，公開日 2009.7.8）該機(jī)器人由移動(dòng)裝置、微波輻射融冰器和微波電極切冰刀組成。該裝置的除冰方法采用微波輻射融冰和微波電極切冰兩種模式，通過兩種模式的有機(jī)結(jié)合和相互配合，應(yīng)對(duì)不同的覆冰狀態(tài)，對(duì)電力設(shè)施覆冰絕緣子進(jìn)行除冰。18第八章 除冰機(jī)構(gòu)專利8.1 三機(jī)械臂架空線除冰機(jī)器人多功能夾持機(jī)構(gòu)（申請(qǐng)人湖南大學(xué)，公開日期 2009.11.4）該機(jī)構(gòu)安裝于三機(jī)械臂架空線除冰機(jī)器人的機(jī)械手臂上，其特征在于，為左右開合結(jié)構(gòu)，分為左半部和右半部，左半部和右半部結(jié)構(gòu)對(duì)稱，左半部和右半部都包括支撐架、驅(qū)動(dòng)輪、掛線滾輪和用于側(cè)面夾持架空線并除冰的外表面具有凸棱的出兵滾筒；所述的驅(qū)動(dòng)輪和掛線輪均安裝在支撐架的上端；除冰滾筒安裝在支撐架內(nèi)側(cè)。所述的多功能夾持機(jī)構(gòu)還包括用于鎖住架空線的鎖死機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)能穩(wěn)定懸掛在輸電線上，能在動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下在輸電線上行走，而且能在行進(jìn)過程中實(shí)現(xiàn)除冰。198.2 一種除冰機(jī)器人的掛線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（申請(qǐng)人湖南大學(xué)，公開日2009.11.4）此機(jī)構(gòu)由主動(dòng)齒輪，從動(dòng)齒輪，張緊輪，過橋輪，電動(dòng)推桿等組成。主驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)主齒輪，主齒輪帶動(dòng)正下方的一個(gè)從動(dòng)輪，從動(dòng)輪帶動(dòng)兩個(gè)過橋齒輪來驅(qū)動(dòng)另外的兩個(gè)從動(dòng)輪，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力；下面的電動(dòng)推桿向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)固定四張緊輪的支架從而使得輸電線夾在動(dòng)齒輪和張緊輪之間。該機(jī)構(gòu)使用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走，而掛線的電動(dòng)推桿方便了操作員的機(jī)器人掛線和下線工作。8.3 一種導(dǎo)線可越障機(jī)器人行走裝置（申請(qǐng)人中國(guó)電力科學(xué)研究院，公開日 2009.11.11）20該裝置采用雙臂三關(guān)節(jié)輪式結(jié)構(gòu)，越障時(shí)采用輪以保證行駛速度，包括前行輪 1、后行輪 2、前壓緊輪 3、后壓緊輪 4、前行走臂 5、后行走臂 6、前壓緊輪 7、后壓緊輪 8、四個(gè)前電機(jī) 9、四個(gè)后電機(jī) 10、前關(guān)節(jié)臂 11、后關(guān)節(jié)臂 12和本體 13。本機(jī)器人行走裝置可以跨越典型導(dǎo)線障礙如防震錘、壓接管、間隔棒、懸垂線夾等，可作為高壓輸電線路巡線機(jī)器人以及導(dǎo)線除冰機(jī)器人行走裝置。該平臺(tái)較為簡(jiǎn)單，控制方式方便簡(jiǎn)單，控制精度要求低，行走及越障速度較快。8.4 一種架空線除冰機(jī)器人的制動(dòng)機(jī)構(gòu)（申請(qǐng)人湖南大學(xué)，公開日2009.11.4）21該裝置安裝在架空線除冰機(jī)器人機(jī)體上，其特征在于，包括用于架空線的夾具、用于夾具復(fù)位的回位彈簧、用于驅(qū)動(dòng)夾具阿德電動(dòng)推桿；夾具一端的內(nèi)表面為與架空線外側(cè)弧面，另一端與所述的電動(dòng)推桿連接，所述的回位彈簧安裝在所述的夾具的端部。所述的夾具寶庫(kù)夾具安裝桿和安裝在夾具安裝桿上兩個(gè)夾片，所述的夾具安裝桿固定在訴述的架空線除冰機(jī)器人集體上，所述的回位彈簧的兩端分別安裝在所述的兩個(gè)夾片上。該發(fā)明的制動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠增加接觸面的摩擦力，從而解決行走機(jī)構(gòu)的打滑問題。在機(jī)器人沖擊除冰使，也可以獲得更大的沖擊力。8.5 架空線除冰機(jī)器人的除冰機(jī)構(gòu)（申請(qǐng)人湖南大學(xué)，公開日2009.11.4）該裝置安裝于架空線除冰機(jī)器人的前端，其特征在于，在所述的除冰機(jī)構(gòu)的前端設(shè)有冰刀底座，在所述的除冰底座上安裝有用于在架空線除冰機(jī)器人推進(jìn)過程中進(jìn)行除冰的組合冰刀。所述的架空線除冰機(jī)器人的除冰機(jī)構(gòu)還包括破22冰錐套、安裝于破冰錐套內(nèi)的可伸縮的破冰錐、破冰錐底座、凸輪、彈簧和破冰電機(jī)。該除冰機(jī)構(gòu) i 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、安裝、拆卸和更換都很方便，可以適用于不同覆冰程度的架空線，除冰效果好。第九章 綜合設(shè)計(jì)除冰機(jī)器人9.1 除冰機(jī)器人總裝示意圖：1. 除冰滾刀2. 滾刀支架3. 破冰盾4. 破冰盾支架5. 破冰錐6. 破冰錐預(yù)緊螺栓7. 破冰錐套8. 推桿突起9. 破冰錐推桿連接2310.凸輪11.電磁感應(yīng)耦合電源裝置12.破冰電機(jī)13.冰層厚度測(cè)量裝置14.輸電線15.行走裝置和夾緊裝置16.控制裝置9.2 除冰機(jī)器人結(jié)構(gòu)和步驟：此除冰機(jī)構(gòu)安裝于除冰機(jī)器人前端，在所述除冰機(jī)構(gòu)前端設(shè)有冰刀底座，在所述的冰刀底座上安裝有用于在架空線除冰機(jī)器人推進(jìn)過程中進(jìn)行除冰的組合冰刀。除冰機(jī)器人的行走裝置和冰層厚度測(cè)量裝置采用國(guó)家 863 項(xiàng)目巡線機(jī)器人裝置。除冰機(jī)器人的夾緊裝置和電磁感應(yīng)耦合電源裝置采用湖南大學(xué)除冰機(jī)器人專利。除冰機(jī)構(gòu)的除冰步驟：通過電磁感應(yīng)耦合電源裝置 11 獲取電力能源，通過冰層厚度測(cè)量裝置 13 測(cè)量，無冰時(shí)可以給行走和夾緊裝置 15 供電，有冰時(shí)可以同時(shí)給破冰電機(jī) 12 供電。破冰電機(jī) 12 將運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)到凸輪 10 和除冰滾刀 1，架空導(dǎo)線上方凸輪 10 推動(dòng)推桿突起 8 在彈簧 6 的作用下往返運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)除冰錐5 進(jìn)行除冰，由除冰錐 5 的形狀可以在架空導(dǎo)線覆冰層上方鑿出一條冰縫，然后由破冰盾 3 切入冰縫進(jìn)行除冰；架空導(dǎo)線下方除冰滾刀 1 旋轉(zhuǎn)方向獲得將冰層向下拖拽的切向力，由于滾刀 1 遭遇冰層在破冰錐 5 和破冰盾 3 除冰后，除冰效率而得以提升。9.3 除冰機(jī)器人各組裝模塊:24除冰錐電磁感應(yīng)耦合電源裝置（專利申請(qǐng)?zhí)?200810190600.3，湖南大學(xué)）夾緊裝置（專利申請(qǐng)?zhí)?200810043577.X，湖南大學(xué)）25控制裝置（LEGO 機(jī)器人控制系統(tǒng)甘辰予 陳勁生）行走裝置和測(cè)量裝置（國(guó)家“十五”863 計(jì)劃資助項(xiàng)目 2005A420006-1）9.4，除冰機(jī)器人復(fù)合除冰：通過除冰方法和國(guó)內(nèi)外冰方法的研究中，其中微波除冰在道路除冰中有較長(zhǎng)的歷史，而且比較成熟，根據(jù)機(jī)械除冰不夠徹底，容易引起覆冰再次形成，而微波除冰可以彌補(bǔ)這點(diǎn)，提高除冰效率。微波除冰的原理：冰層基本不吸收微波，所以微波可以穿過冰層，加熱瀝青路面。路面吸收微波，溫度升高，熱量傳遞給冰層，首先融化冰與路面結(jié)合26處的冰層。降低冰層與路面的結(jié)合力：然后，再用機(jī)械裝置破碎冰層，便能輕松實(shí)現(xiàn)道路快速除冰. 詳細(xì)理論可以參照論文《微波除冰國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀》微波除冰系統(tǒng)框框圖理想除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模型27破冰錐破冰盾28結(jié) 論“輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”介紹了除冰原理，除冰方法，除冰機(jī)器人，除冰機(jī)構(gòu)，并綜合各功能模塊設(shè)計(jì)高效除冰機(jī)器人，并在除冰機(jī)構(gòu)上進(jìn)行除冰。通過總結(jié)國(guó)內(nèi)的巡線機(jī)器人，除冰機(jī)器人專利和除冰機(jī)構(gòu)專利，在老師的指導(dǎo)開始選擇了復(fù)合式除冰的方法提高除冰的效率，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外近 30種的除冰方式的選擇，選著了調(diào)節(jié)合適的微波和在導(dǎo)線上涂抹吸熱材料，打到高效除冰的方案，并同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)械復(fù)合式的方法除冰。在對(duì)覆冰導(dǎo)線帶來的嚴(yán)重后果，通過 2008 年的冰災(zāi)讓我們認(rèn)識(shí)到了除冰機(jī)器人研制的重要性，希望我的設(shè)計(jì)能在輸電線路除冰上面有一份貢獻(xiàn)。在本次設(shè)計(jì)中，一方面我自己做了大量的努力；另一方面也得到了各位指導(dǎo)老師的大力幫助，這才使得我的設(shè)計(jì)能夠按時(shí)完成。可以肯定的是，本次設(shè)計(jì)中由于本人的知識(shí)層次及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，難免會(huì)有一些不足之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正！29致 謝將近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就這樣伴隨著我們的大學(xué)畢業(yè)而完成了，在這段值得珍藏的歲月里，我在我的指導(dǎo)老師張高峰老師的帶領(lǐng)下，從開始的不知所措，到一步步的進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)：收集資料，查信息，圖紙繪制，直至說明書的完成及后期檢查。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅使我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用了以前的知識(shí)，而且也鍛煉了自己獨(dú)立動(dòng)手思考的能力。同時(shí)我也得到了我們機(jī)械工程學(xué)院老師的無私指導(dǎo)，在此我深表感謝。我們的老師“授我們以漁” ，而且在設(shè)計(jì)當(dāng)中教導(dǎo)我們做人如做事一樣，要踏塌實(shí)實(shí)，來不得馬虎取巧。我會(huì)記住這次設(shè)計(jì)，以后努力的工作，為母校爭(zhēng)光!30參考文獻(xiàn)［1］張屹，邵威，高虹亮，羅成. 高壓輸電線路除冰機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].三學(xué)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008.12，Vol.30 No.6：P69-72.［2］高虹亮，孟遂民，羅成，馬小強(qiáng).架空輸電線路除冰機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè)，2009.3，Vol.30 No.3：P93-96.［3］甘辰予，陳勁生.LEGO 智能除冰機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].大眾科技，2009.10，No.10.［4］蔣正龍，陸佳政，雷紅才，黃福勇. 湖南 2008 年冰災(zāi)引起的倒塔原因分析[J].高電壓技術(shù)，2008.11，Vol.34 No.11：P2468-2474.[5] 吳功平，肖曉暉，肖華，戴錦春，鮑務(wù)均，胡杰. 架空高壓輸電線路巡線機(jī)器人樣機(jī)研制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006.7.10，Vol.30 No.13：P90-107.[6] 張運(yùn)楚，梁自澤，譚民. 架空電力線路巡線機(jī)器人的研究綜述[J].機(jī)器人，2004.9，Vol.26 No.5:P467-473.[7] 許源 劉人瑋 李軍. 湖南電網(wǎng)防凍融冰體系改革之探討[J].2003,Vol.23 No.5:P24-27.[8] 李紅旗，陳志高，于欽剛，李翔，陳懿夫. 輸電線路機(jī)械除冰技術(shù)研究[J].自然災(zāi)害對(duì)電力設(shè)施的影響與應(yīng)對(duì)研討會(huì) 2008.5,Vol.23 No.5:P24-27[9] 李寧，周羽生，鄺江華，彭琢. 輸電線路除冰技術(shù)的研究[J]. 防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào),2008.9, V01．10 No．3:P33-37.［10］Serge Jourden. 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變電站的融冰裝置是一項(xiàng)獨(dú)特的研發(fā)成果。設(shè)計(jì)成可對(duì)輸電網(wǎng)提供兩種截然不同的功能。在一種運(yùn)行模式下，它是一臺(tái)高壓直流輸電整流器，給從這個(gè)變電站引出的 735 kv 和 315 kV 線路提供高達(dá) 7200A 的直流電以融掉這些線路上的覆冰。該融冰裝置產(chǎn)生的±17．4 kV 直流電壓可在輸電線路不同相之間通過線路開關(guān)依次切換。畢竟冰暴是偶發(fā)事件，這套裝置在其余大部分時(shí)間內(nèi)將以另一種模式，即配置成為一臺(tái)靜止無功補(bǔ)償器運(yùn)行．給 735 kv 輸電線路提供+250 Mvar／-125 Mvar 的動(dòng)態(tài)無功支持。實(shí)現(xiàn)這兩種模式轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間不到 1 小時(shí)。關(guān)鍵詞：高壓直流輸電；柔性交流輸電系統(tǒng)；靜止無功補(bǔ)償器；晶閘管控制電抗器；晶閘管投切電容器：冰暴1998 年 1 月，魁北克電網(wǎng)遭受異常大和持久的暴風(fēng)雪襲擊，相對(duì)于這種極端天氣事件造成如此程度的破壞，證明了輸電線路的脆弱性，為了持續(xù)性供電，魁北克公司決定提高位于結(jié)冰區(qū)域的變電站的輸送線路的安全，以確保至少有一輸送路線。電力裝置要求能在 735KV 的線路上提供高電流，從而達(dá)到融冰的溫度。不同的數(shù)據(jù)顯示，Levis 變電站所處的輸電線路是展開首次融冰試驗(yàn)的最佳地點(diǎn)。因?yàn)檫B接 Levis 和Riviere-du-loup 兩個(gè)變電站的 564km 的線路上有 4 條 735kv 的中心網(wǎng)絡(luò)和 1 條 315kv 雙回路可以用這種裝置除冰。這是一個(gè)非常靈活的電力裝置，可作為高壓直流電融冰的靜止無功補(bǔ)償器成為了可能。除了大部分時(shí)間提供額外動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)纳⒀b系統(tǒng)外，這中操作模式還有助于保持設(shè)備的有效性，從而確保其在有效的電動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊材芮械度诒哪Ｊ?。在范圍?250 Mvar 到-125 Mvar 的功率補(bǔ)償裝置將允許轉(zhuǎn)換能力提高到通路的 300Mv.但是，魁北克水電公司所要求的這種裝置現(xiàn)在在市面上還買不到而且有待研究。1 技術(shù)解決方案在融冰裝置趨近于主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定融冰裝置是除冰能力。換句話說,交流電壓的轉(zhuǎn)換器是由直流電壓時(shí)的最大的無功功率需求是由相同的方式運(yùn)作。融冰裝置轉(zhuǎn)換器需交付7200 直流電壓的最大±1740 千伏直流給予的支持率為 250 兆瓦的環(huán)境溫度低于- 5℃,10%的連續(xù)負(fù)載電流(一)和 7920 除某些線,一個(gè)臨時(shí)過壓±20.8 千伏直流是必需的。設(shè)備由兩個(gè)轉(zhuǎn)換器和直流邊并聯(lián)在一起。這樣的額定電流變換器 3600 直流變流器及兩者連接在 43 千伏有效值的交流,后者學(xué)報(bào)連接轉(zhuǎn)換器,以前有一個(gè)繞組的系統(tǒng),在 43 千伏轉(zhuǎn)換器是連接在 6 脈沖配置。在短暫的融冰線,在低電壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)營(yíng),他們一起工作,所以不尋32常的發(fā)射角度共計(jì) 330 Mvar 反應(yīng)的支持已經(jīng)被提供滿足系統(tǒng)的無功功率范圍指定的動(dòng)態(tài)范圍為靜止無功補(bǔ)償器是+225Mvar /-115Mvar 結(jié)果在標(biāo)稱對(duì)象 310 千伏特的電壓融冰裝置。利用作為一個(gè)靜止無功補(bǔ)償器可以在一個(gè)號(hào)碼的方式解釋,在常規(guī)操作,轉(zhuǎn)換器是一個(gè)背靠背的配置或短暫吸收一些無功功率產(chǎn)生的諧波過濾器,這導(dǎo)致高虧損,因?yàn)檗D(zhuǎn)換器是運(yùn)行于發(fā)射角度給予高損耗和電路可以包括直流電抗器,增加了損失。自從資金的損失為代表的范圍±75 Mvar 相當(dāng)比例的總成本,一種全新的方式配置融冰電路作為一個(gè)靜止無功補(bǔ)償器孕育。部分的轉(zhuǎn)換器閥放置作為一個(gè)單元,通過連接兩個(gè)模塊的每一階段的四個(gè)在轉(zhuǎn)爐的逆平行結(jié)構(gòu),剩下的一半給雙向條件的轉(zhuǎn)換器是外部阻塞和接地端和第二轉(zhuǎn)換器的閥門。晶閘管控制電抗器斷開連接在一起,兩臺(tái)交流——反應(yīng)堆來形成一個(gè)單元,這是連接到一個(gè) 20 千伏特的母線。這是母線從三繞組變壓器下來。減少設(shè)備總輸出無功功率. 靜止無功補(bǔ)償器的過濾器是由 43kV 公共除冰裝置.到 20 千伏特的汽車在靜止無功補(bǔ)償器模式。一些無功功率的支持對(duì)于模式的 20kV 總線連接的占有率。因此,在經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)的損失是評(píng)價(jià)(靜止無功補(bǔ)償器)來減少晶閘管投切電容器被識(shí)別。在融冰裝置中，轉(zhuǎn)換器和諧波過濾器是連接到 43 千伏總線和晶閘管投切電容器是連接到 20 個(gè)主要設(shè)備。在靜止無功補(bǔ)償器模式。一個(gè)諧波過濾器被連接到 20 千伏特的總線與變頻器在配置從一個(gè)模式則痛到另一個(gè)是由操作一系列切斷與自動(dòng)控制,兩者在交流和直流后者允許這個(gè)過程要說明一小時(shí),然而,只有幾分鐘的路程。圖 1 單線除冰簡(jiǎn)圖圖 1 顯示單一線圖表, 減少無功功率電路產(chǎn)生的濾波器在靜止無功補(bǔ)償器模式之一 ,諧波濾波器高通連接轉(zhuǎn)換器總線. 這些總線連接到 43 千伏公共融冰模式。所以濾波器 ,并在55Mvar 產(chǎn)生靜止無功補(bǔ)償器趨近于連接轉(zhuǎn)換器 20 千伏特的總線時(shí) ,產(chǎn)生 l2Mvar.在過濾的其他高通濾波連接到 43 千伏總線通過斷開, 以致于靜止無功補(bǔ)償器模式是斷開連接。它是33在融冰模式中.兩個(gè)切斷電路產(chǎn)生的變形和識(shí)別閥門的閥之間聯(lián)系的兩個(gè)不同的交流耦合反應(yīng)器中趨近于第二階段(靜止無功補(bǔ)償器轉(zhuǎn)換器是斷開的模式中。( 靜止無功補(bǔ)償器)2 設(shè)計(jì)研究在此過程中,大量的研究進(jìn)行了探討 ,主要類別下面。它應(yīng)該注意的是 ,不尋常的是,研究必須重復(fù)涵蓋了兩種模式, 即靜止無功補(bǔ)償器模式和融冰裝置模式, 并指定的性能要求,已經(jīng)成為了兩模式。2.1 主計(jì)劃參數(shù)兩組進(jìn)行的研究,確定了項(xiàng)目的主要參數(shù)的形成融冰裝置 .在一些案例中,兩種不同的級(jí)別被分配到相同的設(shè)備, 使兩種環(huán)境溫度較高的最大值(+ 40℃) 靜止無功補(bǔ)償器的方式比融冰裝置模式(+ 10℃) 或在融冰裝置測(cè)試模式(+ 30℃)、AC 耦合反應(yīng)堆被用作識(shí)別核反應(yīng)堆 ,所以他們的額定電壓靜止無功補(bǔ)償器模式必須既適用于模式。2.3 諧波濾波性能和評(píng)級(jí)所產(chǎn)生的諧波電流變換器在融冰裝置模式是大于靜止無功補(bǔ)償器模式,這樣 AC 諧波過濾器必須滿足性能為最壞的情況下,結(jié)合當(dāng)代存在諧波的系統(tǒng)必須滿足直流諧波濾波器的性能,在不同的配置 l3 迥異的線路長(zhǎng)度和阻抗。在一些病例中 ,融冰路線是在相同的走廊線在正常刷卡所以 60 赫茲感應(yīng)管委會(huì)接痕入直流電纜不得不考慮設(shè)計(jì)的直流濾波器2.4 絕緣配合一個(gè)絕緣研究來確定絕緣的間隙和（材料、金屬等的）蠕變整個(gè)融冰裝置.為了迎合結(jié)冰條件、戶外設(shè)備應(yīng)用以增強(qiáng) BIL.指定和電氣間隙和爬電相配。2.5 的動(dòng)態(tài)性能大量的研究進(jìn)行了檢查有配偶的變化對(duì)步目標(biāo)(靜止無功補(bǔ)償器) 電壓為一系列系統(tǒng)短路水平,保證指定的反應(yīng)速度是其特征算法進(jìn)行檢查, 確保正確的斜坡是達(dá)到了 5 千 1 路總線,與電壓測(cè)量的行為的私立千伏總線控制進(jìn)行了欠電壓和過電壓。在融冰模式控制回路穩(wěn)定性檢查以及開關(guān),在正確的直流等級(jí)。晶閘管投切電容器在缺乏偏差的操作要點(diǎn)超越極限,穩(wěn)定狀態(tài)的準(zhǔn)確性, 所有 I/ O.沒有冗余控制(轉(zhuǎn)換斷層活動(dòng)), 并沒有被控制系統(tǒng)設(shè)備被報(bào)道在電子干擾的環(huán)境測(cè)試。除了按照 IEC 的調(diào)查結(jié)果證實(shí)了對(duì)控制操作并不發(fā)生。沒有控制失敗是允許由于熱應(yīng)力或潮濕的環(huán)境中靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了驗(yàn)證第一個(gè)發(fā)展隔間連接到一個(gè)實(shí)時(shí)模擬位于廠商進(jìn)行控制系統(tǒng)執(zhí)行同樣的程序代碼作為真正控制系統(tǒng)/ 融冰裝置(靜止無功補(bǔ)償器)安裝包括識(shí)別和暗影 / 融冰裝置發(fā)射脈沖單位、2 額外的硬件和軟件來模擬輸入所需的植物和模擬分站系統(tǒng)總線開關(guān)監(jiān)測(cè)。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試計(jì)劃包含下列事項(xiàng):1)靜態(tài)試驗(yàn)?順序控制與 UCD?融冰裝置? 控制34控制回路融冰特性(電壓、權(quán)力和電阻 )。萊恩轉(zhuǎn)換?控制平穩(wěn),VI 曲線和無功電壓控制功率控制開環(huán)控制萊恩轉(zhuǎn)換特殊的控制功能(得到主管 ,電流限制器等)。?諧波性能?閥門的數(shù)據(jù)?控制系統(tǒng)正常運(yùn)作的缺點(diǎn)?AC 保護(hù)?直流保護(hù)2)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)?靜止無功補(bǔ)償器模式:小型和大型干擾階躍響應(yīng)融冰模式:在高階躍響應(yīng)和低電流在融冰裝置?故障模式?1 階段。雙相及三個(gè)階段故障在靜止無功補(bǔ)償器模式?響應(yīng)頻率變化在靜止無功補(bǔ)償器模式?穩(wěn)定裕加拿大魁北克水電局研究院決定購(gòu)買額外的測(cè)試,便于控制復(fù)制品進(jìn)行模擬整個(gè)針對(duì)并行接收信號(hào)碼功率控制柜( 如圖所示 ),選用含有的融冰裝置控制系統(tǒng)的一個(gè)弄的處理平臺(tái) ,執(zhí)行相同的程序代碼作為真正靜止無功補(bǔ)償器 / 融冰裝置控制系統(tǒng)。35圖 2 控制柜提供額外的硬件和軟件來模擬輸入所需的植物,特別是系統(tǒng)總線現(xiàn)場(chǎng)維修用開關(guān)監(jiān)測(cè)。簡(jiǎn)化為基礎(chǔ)電子(VBE 的值處于閥門提供接口)系統(tǒng)的模擬 TSC.和接口來模擬細(xì)胞/ 融冰裝置閥門。因?yàn)闆]有數(shù)據(jù)流驗(yàn)證是可能的,TCR.恒定的“ 閥門可以準(zhǔn)備信號(hào)提供應(yīng)用軟件。然而數(shù)據(jù)的“安全”和“ 閥門開始復(fù)蘇” 進(jìn)行了實(shí)證分析。最后確認(rèn)的愛爾蘭國(guó)立大學(xué)開發(fā)的魁北克電力于是在工廠試驗(yàn)和愛爾蘭國(guó)立大學(xué)是復(fù)制品通過 DNP3 相連。這些單位,座落在魁北克電力的研究所 (IREQ),驗(yàn)證的驗(yàn)收測(cè)試程序和最后的保險(xiǎn), 程序是安全的,而且可以適當(dāng)?shù)膹?fù)制品。和愛爾蘭國(guó)立大學(xué)將作為培訓(xùn)工具為外地技術(shù)員和操作員或確認(rèn)任何控制的變化, 需要經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。任何增強(qiáng),控制或改變控制策略的改進(jìn)和發(fā)展做出必要的工廠測(cè)試后都要后調(diào)試驗(yàn)證之前的復(fù)制品,最終實(shí)現(xiàn)在真正的控制系統(tǒng) ,比如額外的保護(hù)的融冰裝置一直被認(rèn)為是為工廠測(cè)試后的影響線故障傳輸線。目前,依賴于這個(gè)位置的改變線斷層直流電阻線將 detected.然后報(bào)警將會(huì)為新的保護(hù)酯, 這些缺點(diǎn)以及其他錯(cuò)誤。它是一種工具, 可在調(diào)試期間來驗(yàn)證額外的案例和其他意外發(fā)生時(shí)可能出現(xiàn)的控制連接加拿大魁北克水電局研究院復(fù)制品的實(shí)時(shí)模擬(HYPERSIM),有的標(biāo)準(zhǔn)故障情況進(jìn)行了比較在工廠,以保證正常的實(shí)施。 HYPERSIM 模型的網(wǎng)絡(luò)元素是用 Matlab 實(shí)現(xiàn)模型,驗(yàn)證了模型也證明了 Matlab 對(duì)比較有用的動(dòng)力學(xué)行為。最終成為一個(gè)整體,這個(gè)安裝提供了機(jī)會(huì)去確認(rèn)重要的測(cè)試用例在兩個(gè)不同的模擬平臺(tái)2.7 控制和驗(yàn)證的復(fù)制品 ,在融冰特定的測(cè)試方式尤其抽出調(diào)試測(cè)試計(jì)劃和準(zhǔn)備進(jìn)行調(diào)試。1).打開電路測(cè)試模式,該模式為第一次加壓,往往再次修訂的保護(hù)作用的控制策略。2).在當(dāng)前的控制;轉(zhuǎn)爐塊3).旅行支票序列。4).直流電壓測(cè)量的失敗。5).交流電壓誤差(保險(xiǎn)絲失敗)。先前的研究已經(jīng)顯示,嚴(yán)重的過電壓條件可以出現(xiàn)上述 2 部件的變頻器在偏遠(yuǎn)的經(jīng)營(yíng)模式。這些過電壓都被證實(shí)在模擬圖所示36圖 3.過電壓仿真實(shí)例第一個(gè)方法是減少這些過電壓能夠帶來的全部進(jìn)行識(shí)別提供了 315 千伏斷路器因此通往放電能量被困在過濾器或直流電纜。另外一個(gè)即將來臨的信號(hào)被要求從保護(hù)來開啟關(guān)閉序列即將開幕前融冰斷路器的問題變得更加復(fù)雜趨近于從主開關(guān)是由電纜連接喂食其他三個(gè)斷路。他打開這些交流斷路器的同樣也會(huì)導(dǎo)致過電壓的情況。因?yàn)檫@些斷路器的安排、復(fù)雜性和內(nèi)在延遲參與派遣即將來臨的信號(hào)從一個(gè)遙遠(yuǎn)的地方旅行,這種做法是不推薦使用。一個(gè)信號(hào)控制系統(tǒng)是當(dāng)?shù)販y(cè)試不同解決優(yōu)先。之后, 魁北克電力建議最好的融冰裝置被斷開系統(tǒng)是為了尋找一個(gè)特定的圖案 315 千伏汽車檢測(cè)出早期通知電流下依然保持高性能開關(guān)打開,在兩側(cè)的電纜和允許控制系統(tǒng)主要過電壓分?jǐn)偪刂菩袆?dòng)之前,OCCUL 新的控制策略提出了切爾諾貝利序列和開發(fā)相應(yīng)的制造商和修改。過電壓序列或突然關(guān)閉期間的 5 千并不嚴(yán)重。然而,進(jìn)一步靜止無功補(bǔ)償器模式有助于確定適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)調(diào)查行動(dòng)需要啟動(dòng)即將在這個(gè)模式來防止流通的直流偏置電流在主開關(guān)。進(jìn)一步的案件進(jìn)行漸進(jìn)式的加壓在準(zhǔn)備調(diào)試根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃。這些測(cè)試顯示的可能性極小的狀態(tài),三過電壓 5 千 1 后立即開關(guān)控制行動(dòng)之前加壓變得活躍。這種情況出現(xiàn)在調(diào)試。進(jìn)一步的研究成為必要的應(yīng)力集中在與評(píng)價(jià)。上演的故障不能履行現(xiàn)場(chǎng)。一個(gè)測(cè)試已經(jīng)用來模擬故障饋線線路(設(shè)備) 的條件下)和過壓輸入電壓的反應(yīng)和同步、變風(fēng)量測(cè)量裝置的目的是為了觀察的動(dòng)態(tài)性能控制系統(tǒng)的37動(dòng)態(tài)性能,并回顧一下在各支路上的低電壓 /過電壓控制策略。這次試驗(yàn)是沒有任何風(fēng)險(xiǎn) ,因此建議來驗(yàn)證程序和行為的模擬器以相同的設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。3 結(jié)論獨(dú)特的和復(fù)雜的融冰裝置要求安裝要求的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和模擬試驗(yàn),通過發(fā)展進(jìn)行了詳盡的測(cè)試和模擬水利工廠已經(jīng)顯示了融冰裝置應(yīng)當(dāng)履行的規(guī)格要求。代表一個(gè)發(fā)展計(jì)劃只能是取得的出色的技術(shù)合作魁北克水力發(fā)電的工程師和項(xiàng)目實(shí)施期間,阿?，m重大技術(shù)挑戰(zhàn)克服。認(rèn)定作者欣然承認(rèn)的貢獻(xiàn)和支持魁北克電力與阿?，m輸配電部在出版的文章。
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