用于电力线电缆的除冰系统和除冰方法技术方案

一种用于对输电线路的电缆进行除冰的系统和方法，将电缆分段，在电缆段的每个端部设置有开关用于在正常模式下将导线并联在一起，并在除冰模式下将至少几根导线串联连接。当开关将导线串联连接时，电缆段的电阻有效地增大，从而使得由电力线电流引起的电缆自身发热对电缆进行除冰；在正常运行模式下，开关将导线并联连接以减少能耗。在另一个实施例中，该系统提供流过每根电缆的钢增强芯的电流以进行除冰，而当正常运行时，电流流过低电阻导体层。提供了备份硬件，以便当出现电缆过热时将系统恢复到低电阻运行状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及架空输电线路领域。特别涉及一种用来防止或去除在诸 如输电线路的电缆上的过度覆冰，从而使输电线路免于受到过度覆水重 量带来的破坏的方法和系统。
技术介绍
在美国的一些地区冰暴相当普遍。水暴会导致冰^隻盖在结构上，包 括架空输电线路和与之关联的电线杆与电塔；这些覆冰可达几英寸厚。 幸运的是，发生这样的冰暴的时间仅占输电线路工作总时间的很小比例， 并且，任何一条输电线路通常每年中只有几次会遭遇到这样的冰暴。覆水荷重对电缆和结构的机械加压会引发重大问题。例如，2英寸覆 冰圓柱会使1英寸的电缆导线的重量每英里增加5.7t。电缆截面的改变将 会增加风致压力，进一步增加电缆断裂的几率。覆水会导致电力传输线 和电线杆的断裂，以及电塔的倒塌；任何一种破坏都将干扰电力输送， 并导致伤害地面人员和财产的严重风险。某些输电线路是对电动车辆供电的电车线。由于冰是不良导体，所 以电车线上的覆冰会对电动车辆的供电产生干扰。输电线路通常被设计成具有稳定、低的总体电阻，以避免过度能耗 和电线的高温运行。当电线达到高温时，无论是因为电流自身发热、还 是高温环境，或者二者兼具，都会使得电线变长和变弱。导线变长可能 导致电线杆或电塔之间的线路下垂，从而可能会导致对地面人员或财产的危害。此外，期望正常运行时的低电阻以避免过度能耗，所谓能耗意 味着，因线路发热损失的一千瓦功率是虽未能到达用户，但却必须必发 出的一千瓦电力。最后，由于高电阻引起的输电线路的过度电压降可能 会导致电网系统不稳定。多数输电线路中的电缆具有多根独立导线，这些导线通常被间隔数 英寸，以并联的方式电连接以作为各相线。虽然通过改善导线彼此热接 触的电缆在高温环境下的冷却条件，从而允许电缆的更大载流量，但由 于这种设计为冰核提供了额外的表面，所以会增加覆水量。例如，对于 具有两条平行输电线路的系统，其中每条线路具有三根电缆，而每根电 缆具有五根被间隔层隔开的导线，如果所有电缆全部覆盖有两英寸厚的冰层，这可能会使每英里线路增加172吨的额外重量。此外，在这样的 设计与单开关除水设计不相容，原因在于仅能对带电导体或与带电导体热接触的导体除冰。不仅覆水线路的高重量和增加的风阻力会引起线路断裂和电塔倒 塌，而且最初的线路断裂或电线杆或电塔倒塌所引起的电塔上的作用力 突然改变也会？ 1起其他临近的电塔或电线杆像多米诺骨牌一样地倒塌， 从而，维修人员会发现不只一个倒下的电塔，而是一打或更多被落线纠 缠的相邻电塔的残骸。输电线路的突然倒塌还会SI起对配电设备和电厂 的损害，并且会导致电网的不稳定。在最坏的情况下，输电线路的突然 倒塌可能会引起相当的容量损失及电网的不稳定，而这样所导致的停电 可能会延伸到其他州。因此需要预防、减少或去除这些线路上的覆冰。Couture的6396132号美国专利以及2003/0006652和2008/0061632 号美国专利申请公开了 一种系统，该系统具有称重传感器或其他用来检 测输电线路的覆冰的设备。在该系统中，当检测有覆冰时，通过闭合并 联的机械和电子开关，将输电线路的某一相的一根或多根平行导线断开， 这样输电线路中流动的电流被引入选定的一根或数根平行导线并对其进 行除冰。之后重新配置闭合开关的模式将电流引入另外的 一根或数根平 行导线。在本领域的现有技术中，还存在其他的用于对输电线路进行除冰的 系统。例如，在授予Shimada的4190137号美国专利中，将电车系统的平行线路连接成回路，然后，在通常沿回路传输的电力上沿该回路叠加电流，以进行线路除冰。在一个实施例中，Shimada公开了一种直流电车 线，其具有沿电车线回^各叠加的交流电用来感应出焦耳热以进行线^各除 冰。输电线路传输并非总是输送相同的电流量。被输电线路传输的电流 随多种因素改变，包括负荷状态，还依次包括当日的时间和天气，在瞬 间运行的发电厂的特定选择，以及其他因素。例如， 一个将电力从一个 风能和太阳能发电场运送到电网的输电网络，其传输的电流会受到云的 状况、当日的时间和风力情况的影响。甚至对于传统的发电厂，例如那 些具有多个机组的发电厂，其提供的输电线电流也可能随时间而改变， 例如两个机组电厂中的一个机组可能因修理而被关闭。同样，将储能系 统(包括抽水蓄能水电站和电池蓄能电站)连接到电网的电路传输线可 能间歇地传导电流。
技术实现思路
一种用于输电线路除冰的系统，该输电线路包括电缆(每根电缆用 于三相线的一相，或用于直流线的正极导线或负极导线)，其中，电缆至 少具有三根互相绝缘的导线。该系统具有开关，该开关在断开时将三根 导线全部并联以进行正常的低电阻运行；而该开关在闭合时将三根导线 全部电串联以便对电缆进行除冰操作。该系统在系统控制器的控制下运 行。在一个具体实施例中，输电线路是对如电气机车、有轨电车或无轨 电车的电动车辆供电的线路。几根导线中的一根直接与诸如集电弓或电 车线的滑动机械连杆电接触。在一个具体实施例中，与集电弓电接触的 导线的电阻和机械强度均大于另外两根导线。例如，与集电弓接触的导 线可由钢、不《秀钢、青铜、黄铜、铜包钢或铝包钢制成，而另外两才艮平行导线可以由铝、铝合金或铜制成。在一个具体实施例中，每根电缆至少具有5根互相绝缘的导线，在 正常运行时五根导线并耳关，而在除冰时五根导线全部串耳关。在其他的实 施例中，公开了3根、7根和其他数量的导线。在用于对输电线路的电缆进行除水的系统的另 一个实施例中，每根电缆被至少分成两段。每段至少有3根导线，在正常运行时，这3根导 线并联，而在除冰时，这3根导线串联。设置系统控制器以便相继对电 缆段进行除冰，以防止除水操作对输电线路的电力输送进行不适当的干 扰。在一个具体实施例中，提供一种设备以便监测电缆温度的，并且当 被检测的导线温度过高时将导线恢复到并联状态。在另一个实施例中，用于将输电线路的导线在并联配置和串联配置 间进行切换的开关盒包括具有充电器的能量储能器件、用于接收指令的 控制信号接收器、受控制信号接收器的控制以确定流过电缆的至少一根 导线的电流量的至少一个开关、以及当检测到电缆导线的温度过高时， 使控制信号接收器超驰并将电缆导线恢复成并联状态的设备。在另一个实施例中，电缆无需具有多根导线，但具有例如钢丝的电 阻增强芯和至少一根导线，该系统具有开关盒，其用于在第一运行模式 下将足够的电流从导线转向而流过电阻增强芯以便对电缆进行除冰，其中，几乎所有的电流在第二运行模式下都流过导线。在一个具体的实施例中，通过放置或增加一个与导线串联的电感，开关盒使流过增强芯的电流转向；增强芯与电感和导线串联的组合并联， 同时，由于电感具有感抗，因而流过增强芯的电流会增加。在另一个具体实施例中，开关盒具有变压器和开关，在正常运行时变压器被旁路，而在除水模式下，该变压器可作为升压变压器将电力转 向到增强芯。在另一个具体实施例中，开关盒包含有用于监测电缆温度并且在温度过高时将增强芯中的电流值向正常运行水平值方向减少的器件。公开了一种用于对输电线路的电缆进行除水的方法，其中，电缆具 有位于第一开关盒和第二开关盒之间并由多根导线构成的电缆段。该电 缆段具有正常运行模式，在该模式下，导线被电并联。当检测到有覆冰 并需要除水时，开关盒被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于进行直流和交流输电线路的除冰和抗冰操作的系统，包括：　用于在所述输电线路中进行电力传输的至少一段电缆，其包括至少第一、第二和第三导线；其中，所述第一、第二和第三导线沿所述电缆段的整个长度方向互相电绝缘，但在所述电缆段的端部相连 接，以形成由至少三根串联导线所形成的连续Ｓ形通路；以及　位于所述电缆段的第一端部的至少第一开关，以及位于所述电缆段的第二端部的至少第二开关，所述第一和第二开关可操作以在正常模式下使所述第一、第二和第三导线并联连接，而在除冰模式下使所述 第一、第二和第三导线串联工作。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：维克托彼得连科，查尔斯R伊凡，
申请(专利权)人：达特默斯大学托管会，
类型：发明
国别省市：US[美国]