高空電纜除冰裝置的設計與應用

高空電纜除冰裝置的設計與應用

赤字電纜是能源傳輸?shù)纳€，與成千上萬的家庭有關。然而，由于它的暴露，它直接受到風、霜、雨和雪的襲擊，尤其是重量嚴重的自律塔坍塌和電纜斷裂等錯誤。給電力傳輸帶來嚴重影響,甚至造成電網(wǎng)癱瘓。為此,當輸電線上冰層凝結(jié),對其緊急排解破除,是重要而必須的措施。除冰方法很多,其中,由人工沿線敲打是較普遍方式,但由于是高空作業(yè),既進展緩慢,又潛伏人生安全;另有諧振、加熱等帶電除冰方式,卻因須做一次傳輸,二次保護配套調(diào)整,基本只能專線固定使用,局限性強,并且投資高昂,難于推廣。為此,設計制作了機電一體化,用遙控方式進行地面對空間輸電線除冰機械的控制,并在弧形錘和打擊臂上有新型功能結(jié)構。裝置的應用,免除電氣工人跨空作業(yè),既大大提高安全系數(shù),又有力推進除冰進度,裝置還具有可變動線路和區(qū)域使用等優(yōu)點,投資少,見效快,利用率大幅度提高。除冰設備設計高空電纜除冰裝置是由電動機轉(zhuǎn)動、鐵臂振打和電路控制等多元體組合而成,結(jié)構如圖1所示。1.齒輪轉(zhuǎn)動控制從圖1可見:1是輸電線,2和2′是A、C相行進輪,3是安于B相中軸的雙齒主動輪,4是轉(zhuǎn)動軸,10是行進電動機,11是變速齒輪,這些器件在電力驅(qū)動下,實現(xiàn)行進與倒退功能。裝置主體運作:在10行進電動機的旋轉(zhuǎn)下,帶動B相11變速齒輪轉(zhuǎn)動,變速齒輪以小齒帶動B相大齒盤轉(zhuǎn)動,大齒盤作為主動輪帶動緊密相接的4轉(zhuǎn)動軸,轉(zhuǎn)動軸是三相連桿,帶動A、C相的從動輪2和2′轉(zhuǎn)動,由此從動輪不再設電動機,既減少投資和高空重量,又實現(xiàn)在同一電動機操控下,三相同步前進或倒退。三相行進輪都是置放在電纜上轉(zhuǎn)動的,故有兩點須要解決。1)要考慮覆冰電纜穿插的空間,故行進輪設計為外高內(nèi)凹的夾盤式結(jié)構,使之在輸電線上既可滾動,又能阻擋脫軌。由此選擇內(nèi)、外盤直徑為25m和30m,中間滾動筒寬度取為8m,有利于輸電線從傳動齒輪中穿過。2)進輪中心設有與轉(zhuǎn)動軸(即三相連桿)緊密配合的過空,連桿選取的是長6m、直徑6cm的鋼體圓筒。連桿與轉(zhuǎn)盤的位置鎖緊固定,連桿便完全隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。連桿的轉(zhuǎn)動,帶著從動輪同步轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)前進與倒退。2.圓形輸電線上的改進設計在圖1中的13擺臂槽孔、14除冰臂錘及15雙擺電動機構成除冰機構,圖2為該機械結(jié)構和工作方式。本機械結(jié)構針對過去除冰使用的是釘錘、榔頭老式工具,只能在圓形輸電線上做切點式打擊,敲擊面狹窄,進度緩慢的情況,進行了改進設計。①打擊錘兩端都設計為弧形狀,這樣近乎半圓周范圍包住覆冰輸電線,敲擊面成倍增加。②在3、6擺動臂端頭嵌接好弧形錘,并將擺動臂安置在輸電線上下方。這樣,當?shù)玫酱驌糁噶?經(jīng)振蕩控制的雙擺2電動機帶電擺動臂在槽孔空間做180°往返運動,使端頭弧形錘從前面、后面、上面及下面多個部位打在輸電線的覆冰上,打擊點密集、無遺漏,由此,將把高空電纜上附著的冰棱完全擊落,達到除冰的目的。3.單通道比較考慮除冰裝置電動機、電源等器具須要合理裝配,為此,設計了裝載扳及其固定方式,如圖1所示,7裝載板中裝有行進、振打電動機和9蓄電瓶、12遙控接收器等。圖1中在4連桿傳動軸的端部、5嵌入滾動軸承和6軸承外部掛上吊帶,吊帶將裝載板固定在輸電線下方,并與各齒輪緊密結(jié)合,形成整體,以利于接到指令后,對除冰工作的開展。裝載板上還開有大小不等的8冰塊過孔,有利于輸電線上被擊碎并濺落在板上的冰凌成塊狀或化水從孔中泄露出去,以減少裝載板的重力。同時,考慮本裝置是在冰塊跌落環(huán)境中工作,所以對電動機、蓄電瓶等帶電體是嚴格密封包扎的,無絕緣影響。電路設計本除冰裝置要在高空電纜上作業(yè),還有電源、控制以及信號傳遞等問題須要解決,為此,進行了相關電路的設計,如圖3所示。1.蓄電容器串聯(lián)串聯(lián)裝置中行進電動機、振打電動機和電磁閥等要工作,必須具備充足電能。電能可由汽、柴油發(fā)電機和市電提供,但為避免質(zhì)量過大或從地面到空中裝置拉長長的導線辮子而放棄,重點選擇為蓄電瓶工作方式。如圖3中Ec所示,將4個12V蓄電瓶兩兩串、并聯(lián)使用,這樣,串聯(lián)可符合DC24V發(fā)動機工作需要,并聯(lián)則儲備更多能量。由此,對于行進、擊打共四個總功率約160W的伺服直流電動機,充電一次可以滿足20km以上的除冰行程。2.高功率連接器的設計本除冰裝置中一項重大作用是代替電氣工人高空作業(yè),使機器在輸電線上自動除冰。由此需要具備地面遙控功能,并考慮跨山越江,不同地形地貌影響,信號傳遞要求數(shù)百上千米,由此,我們選擇了如圖4a所示的LM2000高功率發(fā)射器,能保證信號發(fā)送到2000m以上。接收則選取如圖4b所示的高靈敏度、感應力強的器件。從圖中可以看到,接收器由天線、分頻、控制、正負電源、4個繼電器和12個接線端子排組成。繼電器觸點如圖4中J1所示,1、2和3分別為常開、公共及常閉觸點,起動信號由分頻器給出,經(jīng)觸點的通或斷,控制對應電動機的工作狀態(tài)。其他J2、J3及J4受控、工作方式相同。3.電機的正電源和次要參數(shù),電從圖3中可見,不論是其他方式產(chǎn)生還是由蓄電瓶供給的工作電源,分兩路供電。一路經(jīng)R2降壓,穩(wěn)壓二極管VS穩(wěn)壓為12V,供給遙控接收器和三相擺臂振蕩電路工作;另一路則經(jīng)相關繼電器觸點,將24V電壓供給電動機作正反向運轉(zhuǎn)。圖4中繼電器觸點前后方框中數(shù)字表示該處與遙控接收器的端子排對應相接。下面,重點對各器件受控和工作狀況進行介紹。1)行進電動機運作。結(jié)合圖3和圖4,當遙控發(fā)射器按下1鍵,接收器接到信號,經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后,起動繼電器J1,常開觸點J1—1閉合,接通24V正電源,經(jīng)公共點送給行進電動機Dx左側(cè),而常閉觸點J1—2斷開,脫離負極;此時接電動機Dx另一端的繼電器J2截止,常閉觸點J2—2閉合接通負電源,所以電動機正轉(zhuǎn),向前行進。當遙控發(fā)射器按下2鍵,接收器接到信號,處理后起動繼電器J2,常開觸點J2—1閉合,接通24V正電源,經(jīng)公共點送給行進電動機Dx右側(cè),而常閉觸點J2—2斷開,脫離負極;此時接電動機Dx左側(cè)的繼電器J1截止,常閉觸點J1—2閉合接通電源負極,所以電動機反轉(zhuǎn),向后行進。2)打擊電動機運作。同樣結(jié)合圖3和圖4,當遙控發(fā)射器按下3鍵,接收器收到信號,經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后起動繼電器J3,常開觸點J3—1閉合,接通經(jīng)R2降壓、穩(wěn)壓二極管VS穩(wěn)壓為12V的正電源,供給晶體管BG1、BG2和相關電阻、電容構成的雙穩(wěn)態(tài)振蕩電路,振蕩電路經(jīng)雙連電位器W1調(diào)整,產(chǎn)生2Hz脈沖頻率,即1s內(nèi)使繼電器J5和J6分別起動、截止兩次,其常開、常閉觸點J5—1同J6—2和J6—1同J5—2輪番接通三相電動機DA、DB及DC的正負電源,使其做180°的往返運轉(zhuǎn),進而帶動裝有弧形錘的雙臂擺動,形成對輸電線附著冰層的前面、后面、上面及下面輪番打擊,配合裝置的行進,將快速、無疏漏地將冰塊破除掉。3)電控制動。本除冰裝置中還設置有由電磁閥控制的制動單元,當遇到特殊情況,需要停車觀察處理時,遙控發(fā)射器按下第4鍵,接收器收到信號,經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后起動繼電器J4,常開觸點J4—1閉合,接通24V電源,電磁閥DC起動,吸合帶動鋼絲線,隨之拉下剎車片,阻止行進輪轉(zhuǎn)動,裝置也就停止運動。當觀察處理完畢后,恢復前述操作,裝置又可重新投入工作。雙齒姜片的直徑設計為55和5.在行進電動機、變速齒輪和轉(zhuǎn)盤的作用下,除冰裝置可以滾動前行,但速度和一天的除冰量將通過計算予以說明。在圖1中,將固定在行進電動機上的變速齒輪直徑選擇為0.15cm,與直徑0.30cm的雙齒轉(zhuǎn)盤都按1cm的銜接方式洗齒,則兩者的齒數(shù)分別是15個和30個,則雙齒大盤的轉(zhuǎn)速是變速小齒輪的1/2,將購置伺服電動機的速度選擇為120rad/min,則雙齒大盤60rad/min,又將凹形滾動筒的直徑設計為0.25cm,由此可計算出周長0.25cm×3.14=0.785cm。1h可行駛距離(化為km)為:0.785×60×60÷1000km=2.82km。以每套裝置工作6h/天計,上100km結(jié)冰線路需要100÷(6×2.82)≈6臺。即若采用6～7臺本裝置同時施工,則上100km的結(jié)冰線路在5～6h內(nèi)便可破除完。這是人工除冰方式無法比擬的效果。以上,以三相平行輸電方其他方式進行了除冰介紹,現(xiàn)場中還要許多塔形結(jié)構,即輸電線成三角形布局。對這種情況,則改三相連桿傳動為兩相連桿傳動,其他功能結(jié)構通用,效果完全相同,此處不再贅述。形錘