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中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計文獻綜述
系 別： 工程技術(shù)系
專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化
姓 名： 商殿尊
學(xué) 號： 05208332
2012年3月1日
1. 引 言
隨著我國經(jīng)濟的高速發(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、湖泊和崇山峻嶺，給線路維護帶來很多困難．而且在嚴冬及初春季節(jié)，我國云貴高原、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、閃絡(luò)、燒傷，甚至斷線倒桿，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，安全運行受到嚴重威脅．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性。
在國外，一些國家的地理與氣候情況與我國相似，甚至一些國家的情況更加惡劣，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，維護工人的安全，開發(fā)一種可以替代或部分替代工人進行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國內(nèi)外相關(guān)研究的熱點．因此，研制安全有效的除冰機械以代替人進行導(dǎo)線除冰具有較好的應(yīng)用前景和實用意義。
2. 湖南除冰機器人研究探討
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，目前國內(nèi)外對已多次發(fā)生的輸電線路冰災(zāi)事故進行了相關(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度大，加上湖南北低南高的地勢使逆溫層得以加強，地勢陡增處南下冷空氣因推進受阻而徘徊駐留，隨著暖濕氣流不斷補充，易形成長時間降雨、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，且停留時間較長，導(dǎo)致湘南、湘中、湘東冰凍災(zāi)害強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的微地形影響特征。長時間的低溫(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)時間長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6萬4千多基，發(fā)生斷線超過5萬處；低壓線路倒桿斷桿33萬多基，斷線近37萬處，在整個冰凍期間，發(fā)生了多次電網(wǎng)解裂和衡陽、郴州等地區(qū)大面積停電事故，使湖南電網(wǎng)受了有史以來最嚴峻的威脅，直接經(jīng)濟損失數(shù)10億元。
現(xiàn)場調(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、塔形等對線路倒塔也存在影響。分析倒桿斷線的形式認為覆冰太厚超過設(shè)計值，垂直荷載壓垮和不平衡張力拉垮是造成線路倒塔的原因。
2005年湖南冰災(zāi)后對覆冰倒塌的桿塔以及選擇性選取的一些重要桿塔進行了改造，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，通過對局部區(qū)域桿塔更換塔型(將自立塔改為加強型轉(zhuǎn)角耐張塔)、采用提高一級覆冰設(shè)計厚度(將15mm覆冰設(shè)計改為20mm)等措施提高桿塔的抗冰強度，通過新增桿塔縮小設(shè)計檔距、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。因此對桿塔抗冰強度適當(dāng)加強，是防止覆冰倒塌的最好措施之一。
為應(yīng)對冰凍災(zāi)害的影響，應(yīng)進一步完善重大災(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，建設(shè)電網(wǎng)最小骨干網(wǎng)架；加快覆冰機理、融冰技術(shù)和冰情監(jiān)測的研究和應(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)測和冰區(qū)分布圖的繪制工作。
3. 研究啟發(fā)
“輸電線路除冰機器人除冰機構(gòu)設(shè)計”介紹了除冰原理，除冰方法，除冰機器人，除冰機構(gòu)，并綜合各功能模塊設(shè)計高效除冰機器人，并在除冰機構(gòu)上進行除冰。通過總結(jié)國內(nèi)的巡線機器人，除冰機器人專利和除冰機構(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，通過對國內(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，并同時設(shè)計了一個機械復(fù)合式的方法除冰。在對覆冰導(dǎo)線帶來的嚴重后果，通過2008年的冰災(zāi)讓我們認識到了除冰機器人研制的重要性，希望我的設(shè)計能在輸電線路除冰上面有一份貢獻。
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