第一章 绪论
1.1 课题研究的内容和意义

    结合生产实际，针对高压输电线路覆冰会导致杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络，由此引起的线路跳闸、供电中断等事故等问题，设计一台通过敲击、碾压、铣削等多重除冰的除冰机。该除冰机具有自动爬行，制动、防滑、除冰、越障等能力。

    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，不会因为环境的改变而停止工作。它的前端是一个振动电机连接着带有伸出的敲击棒的圆盘和铣刀，用于清除在电线结的冰。轮式除冰机主体部分是行走机构。该设计采用压轮推进方式, 机体上的八个固定压轮骑挂在输电线上保持机体的平衡, 机体的重心位于输电线下方, 这样机体不会在行进过程中出现倒转。四个动压轮分别与四个固定压轮配合, 当推动动压轮时, 动压轮向上抬升, 与固定压轮配合从上下夹紧输电线, 依靠压轮与输电线的摩擦获得前进的动力。该设计的电力驱动分为两个分支: 一部分直接传至除冰机构, 供刀具除冰使用; 另一部分传至动压轮，实现小车的行走。

    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。

该设计的目的是提供一种体积小，运作灵活，运行稳定的输电线除冰机，也提供一种适于在条件艰苦的环境下工作的电线除冰机器。

1.2 输电线的常见规格

    根据全国供电部门提供的情况,高压输电线路使用的导线为钢芯铝绞线,主要分短距离输电和长距离输电两种,导线规格如下:

    短距离输电:城区内供电: 10KV,导线截面积分别为50mm2,70mm2,95mm2 , 120mm2 等。乡镇供电: 35KV,导线截面积分别为120mm2 , 150mm2 等。

长距离输电:主要有几种类型: 110KV,导线截面积240mm2 ; 220KV,导线截面积为500mm2 ,一相双线,即2×500mm2 ,每相两线之间用支架隔离,间距约10cm; 500KV,导线截面积为400mm2 ,一相四线,即4 ×400mm2 ,每相四线之间使用方形支架相对固定,间距约10cm。

导线两端,使用绝缘椽子固定在铁塔上。每两座铁塔之间的距离并不固定,而是根据地形布设,主要是高离地面、房屋以及高大乔木。

1.3输电线覆冰的危害

    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。

    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。

1.4 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。