[发明专利]用于电力线电缆的除冰系统和除冰方法

说明书

相关申请

本专利申请要求2008年8月18日提交的12/193,650号美国非临时 专利申请和2008年4月2日提交的61/041,875号美国临时专利申请的优 先权，两申请所公开的内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明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冰重 量带来的破坏的方法和系统。

背景技术

在美国的一些地区冰暴相当普遍。冰暴会导致冰覆盖在结构上，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。

覆冰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 冰圆柱会使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。覆冰会导致电力传输线 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，所以会增加覆冰量。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 设计与单开关除冰设计不相容，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。

不仅覆冰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 突然改变也会引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引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，其具有沿电车线回路叠加的交流电用来感应出焦耳热以进行线路除 冰。