机械式输电线除冰机设计

优秀设计

摘要

机械式输电线除冰技术是利用传统的工具通过机构运动方式达到输电线除冰的目的。由于机械式输电线除冰技术除冰效率高，操作简单，因此受到很多国家的重视，在国内也引起了极高的重视，尤其是各大院校和科研院所。本文从输电线覆冰原理及其危害综合说明了输电线覆冰对人们生产生活的影响，提出了一种新的输电线除冰解决方案。研发一款新式输电线除冰机。

本输电线除冰机主要由4部分组成，行走部分和除冰部分。行走部分主要通过齿轮传动机构实现，除冰部分通过对滚刀具实现除冰。

关键词：输电线除冰机械式覆冰

目录

摘要 ................................................................................................................................ I 第1章绪论 (1)

1.1输电线覆冰概况 (1)

1.2输电线覆冰危害及机理 (3)

1.3国内外相关除冰设备及技术的特点、发展趋势 (4)

1.4除冰机研究的内容和意义 (4)

第2章方案设计 (6)

2.1 工作原理 (6)

2.2 机构的设计方案 (6)

2.3 主体结构设计 (10)

第3章结构设计 (12)

3.1 传动零件的设计 (12)

3.1.1 齿轮机构设计 (12)

3.1.2 轴的设计 (17)

3.1.3 轴承校核 (20)

3.2 除冰机构的设计 (23)

3.2.1 除冰方式选择 (23)

3.2.2刀架设计 (25)

3.2.3 除冰机构电机选择 (25)

3.3 整机三维装配图 (26)

第4章功能及创新点 (29)

总结 (30)

参考文献 (31)

致谢 (32)

第1章绪论

1.1输电线覆冰概况

输电线路因受结冰危害通常容易引起严重的断线、杆塔倒塌、大面积停电、限电等事故。对电力系统的安全运行造成了严重威胁,也一直是电力系统研究中急待解决的难点问题。据不完全统计,自上世纪50年代以来,我国输电线路便不断遭受覆冰危害。2003年,由覆冰引起的110～500kV输电线路跳闸79次,占总事故的3127%,其中500kV线路跳闸13次;由于覆冰引起110～500kV线路非计划停运47次,占总事故的41。24% 。2004年12月至2005年2月,我国华中电网出现大面积冰灾事故,仅湖南省就有700多万人受灾,直接经济损失超过10亿元。2008年1月,南方多个省份遭受了50年一遇的冰雪灾害,华中、华东部分地区出现长时间持续的大强度、大范围低温雨雪冰冻天气, 导致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的电网发生倒塔、断线、舞动、覆冰闪络等多种灾害, 湖南电网14条500 kV、44条220 kV 和121条110 kV线路停运; 江西电网17条500 kV、57条220 kV和168条110 kV线路停运; 浙江电网23条500 kV、21条220 kV和14条110 kV线路停运, “西电东送”大通道江城、宜华500 kV直流线路损坏严重, 河南、重庆、四川等地的电网也受到不同程度的冲击和破坏。部分地区的线路覆冰厚度达到40～60mm,远远超出了15～20 mm的设计值,如图1-1。贵州500kV骨干网基本瘫痪,华中、华东电网几十条500kV线路倒塔、倒杆、解列和停运,最大电力缺口接近4000万kW。截至2月12日,全国因灾停运线路共35968条,停运变电站1731座, 110～500kV线路倒塔8709座,全国13个省份拉闸限电,共有17个省级电网电力供应紧张。全国受灾人口达1亿多,直接经济损失超过1100亿元。

图1-1 输电线覆冰情况

随着我国经济的高速发展,超高压大容量输电线路越建越多,线路走廊穿越的地理环境更加复杂,如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭,给线路维护带来很多困难. 而且在严冬及初春季节,我国云贵高原、川陕一带及两湖地区常出现雾凇和雨凇现象,造成架空输电线路覆冰,使线路舞动、闪络、烧伤,甚至断线倒杆,

使电网结构遭到破坏,安全运行受到严重威胁.在紧急情况下,寻道员用带电操作杆或其它类似的绝缘棒只能为很少的一部分覆冰线路除冰,人工除冰有很高的危险性[1 ]。在国外,一些国家的地理与气候情况与我国相似,甚至一些国家的情况更加恶劣,为了保证电力系统的可靠性,提高高压输电线除冰的效率,减少损失,维护工人的安全,开发一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设备一直是国内外相关研究的热点. 因此,研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。

图1-2 铁塔被超过设计承受能力的覆冰载荷压坏

图1-3 铁塔被不均匀覆冰纵向不平衡张力拉坏

图1-4 铁塔被断线冲击荷载与纵向不平衡张力扭坏

图1-5 铁塔因长时间舞动而发生倒塌

1.2输电线覆冰危害及机理

(1)过荷载。即导线覆冰厚的实际重量超过设计值很多,导致架空输电导线及杆塔载荷过大超出自身机械强度极限最终断线垮塔。如图1-2所示。

(2)不同期脱冰或不均匀覆冰事故。相邻档导线不均匀覆冰或不同期脱冰会产生张力差,使导线在线夹内滑动松脱,甚至会因为两侧水平张力差过大而拉垮杆塔;不同期脱冰会使导线跳跃电气间隙减小,造成导线相间短路或直接对地短路事故。如图1-3所示。

(3)绝缘子串冰闪事故。绝缘子覆冰或被冰凌桥结后,绝缘强度下降,泄露距

离缩短,融冰时,绝缘子的局部表面电阻增加,形成闪络事故导致持续电弧烧伤绝缘子并使其绝缘强度降低。

(4)导线覆冰舞动事故。因导线不均匀覆冰,在风的作用下产生舞动,造成金具损坏,导线断股,相间短路及杆塔倾斜或倒塌等严重事故。如图1-5所示。

1.3国内外相关除冰设备及技术的特点、发展趋势

目前国内和国外的除冰技术可归纳有3 0 余种，总体可分为：

1.大电流融冰法:主要包括过电流融冰法、短路电流融冰法和直流电流融冰法。此类方法也是目前工程中普遍采用的方案,在实际运用过程中积累了许多宝贵经验。

2.机械除冰法:滑轮刮铲法是目前唯一可行的输电线路除冰的机械方法,其过程是由地面工作人员拉动可以在线路上行走的滑轮达到铲除覆冰的目的。但该方法并不适用于我国西部高海拔、地形复杂地区。

3.被动法:被动法就是依靠风、地球引力、随机散射和温度变化等脱冰的被动方法无需附加能量。现已经在输电线路上得到应用的有平衡重量、线夹、除冰环、阻雪环、憎水憎冰涂料、风力锤等来减少输电线路的覆冰,安装防震锤等来减少导线的舞动。被动法有费用低的优点,但不能阻止覆冰的形成,而且仅适用于特定的地区。

4.其他方法:除上述几种方法外,还有利用电磁脉冲、气动脉冲、电晕放电、电子冻结、碰撞前颗粒加热和冻结等防冰除冰方法,但很多还处于理想或试验阶段。而最近国内外比较热门的机械除冰法主要通过除冰机器人来完成，目前国内外设计的除冰机器人通常包括3部分：1.爬行机构 2.越障机构 3.除冰机构。并且向着小型化，实用化，可越障，智能化的方向发展。

1.4除冰机研究的内容和意义

针对目前各类机械式除冰方法的不足之处，本文设想了一种全新的行走平台，并在实践中证明这种理论是可行的。它继承了轮式车辆移动速度快捷的特点，又具有骑挂在电线上的能力，在传动系统设计上采用了齿轮传动设计，结构相对简单，工作可靠。并且在控制方面，具有很好的功能扩展性。作为一种运输平台，具有很广阔的功能开发空间。另外除冰机构也是本次设计的创新点，采用对滚式刀具进行除冰，除冰效果好。

本论文主要完成了输电线除冰机的原理设计，方案选择，机构的实现，各部分零件的设计与整机的装配，并在此基础上采用三维制图软件建立实体模型并进行虚拟装配和运动仿真。

本课题研究的目的在于根据输电线系统的除冰需要，研制一种简单，实用的输电线除冰机。轮式输电线除冰机是一种用于，在山地，荒野，河流，湖泊等地理环境，不适合人工除冰的输电线路上清冰。它是适用于各种地貌，不会因为