【摘 要】
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电力对于社会发展是不可或缺的重要推动力量。在每年寒冬初春时节,由于地区与气候的影响导致输电线路出现覆冰灾害,极大影响着当地电网系统的安全与人民群众的生活,尤其是我国滇东北地形复杂的高原地区属于重覆冰区域,线路覆冰事故频发,传统线路覆冰清除方式受限较大,难以进行有效除冰。因此为了能够安全有效地清除高原山地线路覆冰保障线路安全,对现有覆冰清除方法进行分析,并结合超声波加工及破碎技术的特点,对滇东北高原
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电力对于社会发展是不可或缺的重要推动力量。在每年寒冬初春时节,由于地区与气候的影响导致输电线路出现覆冰灾害,极大影响着当地电网系统的安全与人民群众的生活,尤其是我国滇东北地形复杂的高原地区属于重覆冰区域,线路覆冰事故频发,传统线路覆冰清除方式受限较大,难以进行有效除冰。因此为了能够安全有效地清除高原山地线路覆冰保障线路安全,对现有覆冰清除方法进行分析,并结合超声波加工及破碎技术的特点,对滇东北高原山地超声波除冰系统进行研究与开发。首先对滇东北高原山地线路覆冰的物理特性,包括不同类型线路覆冰的成形机理、影响覆冰形成的因素以及覆冰对导线之间的粘附力;基于覆冰特性对超声波除冰机理进行分析研究,主要是机械效应对覆冰的破碎清除作用及空化效应、热效应的辅助除冰作用,为高原山地输电线路超声波除冰系统的研究与开发提供了理论基础;然后利用功能模块分析法确定了超声波除冰系统的系统组成,对除冰系统核心部件:压电换能器、变幅杆及工具振头的结构与特性进行分析和研究,同时通过有限元分析得到变幅杆的共振频率为27502Hz,与理论设计值的误差仅为1.77%,误差较小不影响实际运用,为后续超声波试验提供了可靠基础。其次结合线路覆冰损伤失效脱落准则,对线路覆冰的超声波破碎失效过程及超声波不同参数对除冰效果的影响进行有限元分析,得到超声激励加载下覆冰的频率—应力响应分布情况以及覆冰破碎脱落的过程;仿真结果表明,线路覆冰在超声激励下的最佳共振频率和最佳激励位移分别为28k Hz和15μm,在最佳振动共振频率下线路覆冰的压缩应力值为4.66MPa、剪切应力值为1.38MPa,分别大于线路覆冰的最大压缩强度1.3MPa与剪切应力阈值1.13MPa,说明超声波能够实现线路覆冰的破碎清除,验证了超声波除冰的效果及可行性。最后设计搭建超声波除冰系统试验平台,分别对不同结冰条件与不同超声频率的除冰效果进行试验对比分析,试验结果表明:线路覆冰在超声波作用下出现了明显的部分破碎脱落,验证了不同频率超声波清除不同形成条件覆冰的效果,试验与仿真效果相一致,表明超声波除冰系统具有可应用性,并为后续高原山区输电线路覆冰超声波除冰的深入研究提供了参考。
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