高空电缆除冰装置的设计与应用

高空电缆除冰装置的设计与应用

赤字电缆是能源传输的生命线，与成千上万的家庭有关。然而，由于它的暴露，它直接受到风、霜、雨和雪的袭击，尤其是重量严重的自律塔坍塌和电缆断裂等错误。给电力传输带来严重影响,甚至造成电网瘫痪。为此,当输电线上冰层凝结,对其紧急排解破除,是重要而必须的措施。除冰方法很多,其中,由人工沿线敲打是较普遍方式,但由于是高空作业,既进展缓慢,又潜伏人生安全;另有谐振、加热等带电除冰方式,却因须做一次传输,二次保护配套调整,基本只能专线固定使用,局限性强,并且投资高昂,难于推广。为此,设计制作了机电一体化,用遥控方式进行地面对空间输电线除冰机械的控制,并在弧形锤和打击臂上有新型功能结构。装置的应用,免除电气工人跨空作业,既大大提高安全系数,又有力推进除冰进度,装置还具有可变动线路和区域使用等优点,投资少,见效快,利用率大幅度提高。除冰设备设计高空电缆除冰装置是由电动机转动、铁臂振打和电路控制等多元体组合而成,结构如图1所示。1.齿轮转动控制从图1可见:1是输电线,2和2′是A、C相行进轮,3是安于B相中轴的双齿主动轮,4是转动轴,10是行进电动机,11是变速齿轮,这些器件在电力驱动下,实现行进与倒退功能。装置主体运作:在10行进电动机的旋转下,带动B相11变速齿轮转动,变速齿轮以小齿带动B相大齿盘转动,大齿盘作为主动轮带动紧密相接的4转动轴,转动轴是三相连杆,带动A、C相的从动轮2和2′转动,由此从动轮不再设电动机,既减少投资和高空重量,又实现在同一电动机操控下,三相同步前进或倒退。三相行进轮都是置放在电缆上转动的,故有两点须要解决。1)要考虑覆冰电缆穿插的空间,故行进轮设计为外高内凹的夹盘式结构,使之在输电线上既可滚动,又能阻挡脱轨。由此选择内、外盘直径为25m和30m,中间滚动筒宽度取为8m,有利于输电线从传动齿轮中穿过。2)进轮中心设有与转动轴(即三相连杆)紧密配合的过空,连杆选取的是长6m、直径6cm的钢体圆筒。连杆与转盘的位置锁紧固定,连杆便完全随转盘转动。连杆的转动,带着从动轮同步转动,实现前进与倒退。2.圆形输电线上的改进设计在图1中的13摆臂槽孔、14除冰臂锤及15双摆电动机构成除冰机构,图2为该机械结构和工作方式。本机械结构针对过去除冰使用的是钉锤、榔头老式工具,只能在圆形输电线上做切点式打击,敲击面狭窄,进度缓慢的情况,进行了改进设计。①打击锤两端都设计为弧形状,这样近乎半圆周范围包住覆冰输电线,敲击面成倍增加。②在3、6摆动臂端头嵌接好弧形锤,并将摆动臂安置在输电线上下方。这样,当得到打击指令,经振荡控制的双摆2电动机带电摆动臂在槽孔空间做180°往返运动,使端头弧形锤从前面、后面、上面及下面多个部位打在输电线的覆冰上,打击点密集、无遗漏,由此,将把高空电缆上附着的冰棱完全击落,达到除冰的目的。3.单通道比较考虑除冰装置电动机、电源等器具须要合理装配,为此,设计了装载扳及其固定方式,如图1所示,7装载板中装有行进、振打电动机和9蓄电瓶、12遥控接收器等。图1中在4连杆传动轴的端部、5嵌入滚动轴承和6轴承外部挂上吊带,吊带将装载板固定在输电线下方,并与各齿轮紧密结合,形成整体,以利于接到指令后,对除冰工作的开展。装载板上还开有大小不等的8冰块过孔,有利于输电线上被击碎并溅落在板上的冰凌成块状或化水从孔中泄露出去,以减少装载板的重力。同时,考虑本装置是在冰块跌落环境中工作,所以对电动机、蓄电瓶等带电体是严格密封包扎的,无绝缘影响。电路设计本除冰装置要在高空电缆上作业,还有电源、控制以及信号传递等问题须要解决,为此,进行了相关电路的设计,如图3所示。1.蓄电容器串联串联装置中行进电动机、振打电动机和电磁阀等要工作,必须具备充足电能。电能可由汽、柴油发电机和市电提供,但为避免质量过大或从地面到空中装置拉长长的导线辫子而放弃,重点选择为蓄电瓶工作方式。如图3中Ec所示,将4个12V蓄电瓶两两串、并联使用,这样,串联可符合DC24V发动机工作需要,并联则储备更多能量。由此,对于行进、击打共四个总功率约160W的伺服直流电动机,充电一次可以满足20km以上的除冰行程。2.高功率连接器的设计本除冰装置中一项重大作用是代替电气工人高空作业,使机器在输电线上自动除冰。由此需要具备地面遥控功能,并考虑跨山越江,不同地形地貌影响,信号传递要求数百上千米,由此,我们选择了如图4a所示的LM2000高功率发射器,能保证信号发送到2000m以上。接收则选取如图4b所示的高灵敏度、感应力强的器件。从图中可以看到,接收器由天线、分频、控制、正负电源、4个继电器和12个接线端子排组成。继电器触点如图4中J1所示,1、2和3分别为常开、公共及常闭触点,起动信号由分频器给出,经触点的通或断,控制对应电动机的工作状态。其他J2、J3及J4受控、工作方式相同。3.电机的正电源和次要参数,电从图3中可见,不论是其他方式产生还是由蓄电瓶供给的工作电源,分两路供电。一路经R2降压,稳压二极管VS稳压为12V,供给遥控接收器和三相摆臂振荡电路工作;另一路则经相关继电器触点,将24V电压供给电动机作正反向运转。图4中继电器触点前后方框中数字表示该处与遥控接收器的端子排对应相接。下面,重点对各器件受控和工作状况进行介绍。1)行进电动机运作。结合图3和图4,当遥控发射器按下1键,接收器接到信号,经转换处理后,起动继电器J1,常开触点J1—1闭合,接通24V正电源,经公共点送给行进电动机Dx左侧,而常闭触点J1—2断开,脱离负极;此时接电动机Dx另一端的继电器J2截止,常闭触点J2—2闭合接通负电源,所以电动机正转,向前行进。当遥控发射器按下2键,接收器接到信号,处理后起动继电器J2,常开触点J2—1闭合,接通24V正电源,经公共点送给行进电动机Dx右侧,而常闭触点J2—2断开,脱离负极;此时接电动机Dx左侧的继电器J1截止,常闭触点J1—2闭合接通电源负极,所以电动机反转,向后行进。2)打击电动机运作。同样结合图3和图4,当遥控发射器按下3键,接收器收到信号,经转换处理后起动继电器J3,常开触点J3—1闭合,接通经R2降压、稳压二极管VS稳压为12V的正电源,供给晶体管BG1、BG2和相关电阻、电容构成的双稳态振荡电路,振荡电路经双连电位器W1调整,产生2Hz脉冲频率,即1s内使继电器J5和J6分别起动、截止两次,其常开、常闭触点J5—1同J6—2和J6—1同J5—2轮番接通三相电动机DA、DB及DC的正负电源,使其做180°的往返运转,进而带动装有弧形锤的双臂摆动,形成对输电线附着冰层的前面、后面、上面及下面轮番打击,配合装置的行进,将快速、无疏漏地将冰块破除掉。3)电控制动。本除冰装置中还设置有由电磁阀控制的制动单元,当遇到特殊情况,需要停车观察处理时,遥控发射器按下第4键,接收器收到信号,经转换处理后起动继电器J4,常开触点J4—1闭合,接通24V电源,电磁阀DC起动,吸合带动钢丝线,随之拉下刹车片,阻止行进轮转动,装置也就停止运动。当观察处理完毕后,恢复前述操作,装置又可重新投入工作。双齿姜片的直径设计为55和5.在行进电动机、变速齿轮和转盘的作用下,除冰装置可以滚动前行,但速度和一天的除冰量将通过计算予以说明。在图1中,将固定在行进电动机上的变速齿轮直径选择为0.15cm,与直径0.30cm的双齿转盘都按1cm的衔接方式洗齿,则两者的齿数分别是15个和30个,则双齿大盘的转速是变速小齿轮的1/2,将购置伺服电动机的速度选择为120rad/min,则双齿大盘60rad/min,又将凹形滚动筒的直径设计为0.25cm,由此可计算出周长0.25cm×3.14=0.785cm。1h可行驶距离(化为km)为:0.785×60×60÷1000km=2.82km。以每套装置工作6h/天计,上100km结冰线路需要100÷(6×2.82)≈6台。即若采用6～7台本装置同时施工,则上100km的结冰线路在5～6h内便可破除完。这是人工除冰方式无法比拟的效果。以上,以三相平行输电方其他方式进行了除冰介绍,现场中还要许多塔形结构,即输电线成三角形布局。对这种情况,则改三相连杆传动为两相连杆传动,其他功能结构通用,效果完全相同,此处不再赘述。形锤