本发明专利技术涉及一种具有“微波能－热能”转换功能的电力电缆及应用该电缆解决电力线融冰问题的装置。具有“微波能－热能”转换功能的电力电缆具有５０Ｈｚ工频电力电流传输、微波功率信号传输和微波能到热能转换三项基本功能。其中，５０Ｈｚ工频电力电流和微波功率信号可以同时在该电缆上互不干扰的传输。该电缆产生的热能能量完全由微波功率信号提供，５０Ｈｚ工频电力电流在该电缆上无耗传输。应用该电缆解决电力线融冰问题的装置由微波发生装置、微波传输装置、覆冰厚度传感装置和电源装置构成。该装置能够实现无人职守的冰情监测并在融冰作业期间供给微波能量，供“微波能－热能”转换电力电缆产生热能，加热电力线上的覆冰。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有微波能-热能转换功能的电力电缆，及发生 冻雨灾害天气时，应用该电缆解决电力线融冰问题的装置。应用本专利技术进行电力线融冰作业期间，电力电网的50Hz工频电力供应无需中断。
技术介绍
2008年袭击了中国华中、华南的大范围的低温冻雨天气，引发了南 方电网大面积的电力塔架垮塌事故，导致受灾地区电力供应中断，铁路 电力机车停运，直接经济损失1500亿元人民币。究其根本原因是连续数 日的低温冻雨天气，导致电力网线覆冰重量超过电力网线设计负荷的极 限，压垮电力塔架。冻雨是由过冷水滴组成，与温度低于0。C的物体碰撞立即冻结的一 种降水天气。冻雨凝结在电力网线上，就形成了电力线覆冰。冻雨大量 凝结超过电网设计负荷极限的时候，就会发生电塔倒塌事故。避免电力塔架倒塌，可以通过提高电力塌架的设计标准实现。但是 把电力塔架设计标准从30年一遇提高到50年一遇，将导致电网建设成 本成倍增长，在经济上不划算。遇到百年一遇灾害的时候，电力网线还 是会瘫痪。电力线融冰一直是解决电力线覆冰问题的主要思路，目前主要有短 路融冰技术。从高压架空线路诞生的时刻，短路融冰技术就被开发出来。 短路融冰是靠电力电缆短路，依靠大电流流过电缆内阻产生热能融化覆 冰。但是短路融冰方法的最大问题融冰作业期间，电力供应必须中断， 而且，对于超高压输电线路，线路的电容量和磁激励问题必须解决，操 作不当会因为电流过载损毁线路和发电机组。电力线融冰的最佳方案就是在电力供应不间断的前提下，完成电力线融冰作业。同时加入到电力电网中的融冰装置不应该对50Hz工频电力 电流引入损耗。通信领域经常用到的一项技术，是多路信号在同一信道内互不重叠、 互不干扰的传输方式。多路信号在频谱上的间距越大，相互之间的干扰 越小。如果由一路频率数百倍于50Hz的功率信号，将融冰所需要消耗的 能量馈送到电力线上，就可以在不中断电力供应、不干扰电力供应的前 提下，进行融冰作业。微波是频率在300MHz-300GHz的电磁波，对应波长在1米到1毫米 之间的电磁波。微波信号和50Hz工频信号完全不会相互干扰，同时，冰 是具有极化分子结构的晶体，与微波有显著的热转换效应，所以微波可 以作为融冰所需能量的载体。微波在自由空间沿直线传播，在金属边界发生全反射，微波无法直 接在传统的电力电缆上传输。如果采用天线发射微波的方式，因为微波 在空气中直线传播的特性，无法将微波能量集中在电力线的周围，99% 的微波能量都耗散在自由空间中。如果要求微波沿特定路线传播，其传播环境的边界条件要满足麦克 斯韦方程。约束微波定向传播的设备有微波波导和同轴电缆等。但是波 导和同轴电缆把微波能量约束在封闭的空间中，无损耗传播。以同轴电 缆为例，微波能量存在于同轴电缆的内导体外表面和外导体内表面之间， 发生冻雨灾害时，覆冰面为同轴电缆外导体的外表面，微波无法接触到 外导体外表面的覆冰，也就无法和冰的晶体完成微波能到热能的转换。 同轴电缆自身的损耗很小，几乎可以认为微波在同轴电缆内可以无损耗 的传播，根据能量守恒原理，没有功率损耗，也就没有热能转换，所以 同轴电缆在发生冻雨灾害天气的时候，无法融解电缆上的覆冰，也就无 法解决电力线融冰问题。能够进行电力线融冰的电力电缆需要具备3个基本特征1、即能传 输50Hz工频电力信号，又能传输微波功率信号。2、特征1中所述的两 种信号在传输过程中互不干扰。3、能够完成微波能量到热能的转换。只 有具备了这3个基本特征的电力电缆，才能够在不中断电网电力供应的前提下，完成对电缆自身的融冰作业。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种具有微波能-热能转换功能的电力电缆，同时具有50Hz工频电力电流传输、微波功率信号传输和微波能到热能转换三项基本功能。50Hz工频电力电流和微波功率信号可以同时在该电缆上互不干扰地传输。该电缆产生的热能能量完全由微波功率信号提供，50Hz工频电力电流在该电缆上无耗传输。具有微波能-热能转换功能的电力电缆的结构如图2中所示，该电缆具有同轴结构的剖面，该电缆剖面由电缆外导体(9)、中心内导体(10)、微波能-热能转换涂层(11)和高温绝缘介质(12)构成。50Hz工频电力电流在中心内导体(10)和电缆外导体(9)中传输。微波在位于中心内导体(10)的外表面和电缆外导体的内表面之间高温绝缘介质(12)中传输，微波携带的能量在微波能-热能转换涂层(11)中转换为热能，该涂层不会对50Hz工频电流产生额外损耗。微波能-热能转换涂层(11)由具有微波吸收、微波-热转换功能的材料制备，如ZnO(w)四面体氧化锌晶须、Ba2Ni2-xZnxFe12022或Ba2Ni2-Ni2YFe12022六角体铁氧体材料等。具有微波能-热能转换功能的电力电缆的每米热转换功率，由微波-热转换涂层的厚度来控制。微波能-热能转换涂层(11)传导到电缆的外导体，加热整个电力电缆并对电力线上的覆冰进行加热。本专利技术还提供一种应用具有微波能-热能转换功能的电力电缆完成电力线融冰作业的装置。该装置的系统框图如图1所示。微波能-热能转换电力电缆(1)通过微波传输装置(2)连接到微波发生装置(3)。覆冰厚度检测装置(4)控制微波发生装置(3)的启动与关闭。备用电源装置(5)、电力供应装置(6) (7)为微波发生装置(3)和覆冰厚度检测装置(4)提供电力供应。6微波传输装置(2)允许微波从微波发生装置(3)到微波能-热能转换电缆的传播，遏止微波从微波能-热能转换电缆到微波发生装置的传播，允许微波在具有微波能-热能转换功能的电力电缆之间的传检测装置(4)依据装置传感器探棒上覆冰的重量检测覆冰厚度，传感器探棒内自带加热系统，微波发生装置(3)启动后，传感器探棒内的加热系统随之启动，传感器探棒上覆冰的融化速度等同于电力线上覆冰的溶解速度。电力供应装置(6) (7)直接从高压电力电网取电，电力供应装置(6)(7)和微波发生装置(3)悬挂于高压绝缘子上。该装置的工作过程如下1. 覆冰检测装置(4)发现电力线覆冰质量达到设计负荷，发出融冰作业开始指令。2. 微波发生装置(3)产生微波。3. 通过微波传输装置(2),把微波能量分段馈送到具有微波能-热能转换功能的电力电缆。4. 具有微波能-热能转换功能的电力电缆将微波能量转换成热能，加热电力线覆冰直至覆冰溶解。5. 覆冰检测装置发出作业终止指令，微波发生装置停止工作。本专利技术采用的微波频率为300MHz到4GHz。本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点1、 进行电力线融冰作业的期间，电力电网无需中断电力供应，减少因为供电中断所引起的间接经济损失。2、 与传统高压电力电缆比较，本专利技术所述的具有微波能-热能转换功能的电力电缆不存在金属浪费。[--即具有微波能-热能转换功能的电力电缆的所有金属结构都参与了 50Hz工频电力电流的传输。]3、 本专利技术所述装置的子装置覆冰厚度检测装置(4)实现了电力线融冰的无人值守。4、 本专利技术所述装置的子装置备用电源装置(5)增加了系统的可靠性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图l是本专利技术的系统功能框图图2是本专利技术的具有微波能-热能转换功能的电力电缆的内部结构图和剖面结构图。图3是本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有“微波能－热能”转换功能的电力电缆，其特征在于：该电缆具有同轴结构的剖面，该电缆剖面由电缆外导体（９）、中心内导体（１０）、微波能－热能转换涂层（１１）和高温绝缘介质（１２）构成。
【技术特征摘要】
1、一种具有“微波能-热能”转换功能的电力电缆，其特征在于该电缆具有同轴结构的剖面，该电缆剖面由电缆外导体(9)、中心内导体(10)、微波能-热能转换涂层(11)和高温绝缘介质(12)构成。2、 根据权利要求l所述的电力电缆，其特征在于微波能-热能转换涂层(11)由ZnO(w)四面体氧化锌晶须构成。3、 根据权利要求l所述的电力电缆，其特征在于微波能-热能转换涂层(11)由Ba2Ni2-xZnxFe12022或Ba2Ni2-Ni2YFe12022六角体铁氧体材料构成。4、 根据权利要求1-3中任意一项所述的电力电缆，其特征在于微波能-热能转换涂层(11)将微波能量转换为热能，该涂层不会对50Hz工 频电流产生额外损耗。5、 根据权利要求1-3中任意一项所述的电力电缆，其特征在于 该电缆能够对50Hz工频电力电流和微波功率信号进行复用传输。6、 根据权利要求l所述的电力电缆，其特征在于 该电缆可以构成为多股电缆缠绕绞织在一起；多股电缆和承重钢芯缠绕绞织在一起。7、 一...
【专利技术属性】
技术研发人员：康迪，刘海涛，
申请(专利权)人：康迪，刘海涛，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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