[發明專利]微波自加熱電力電纜及應用該電力電纜的融冰裝置

有效

• 申請號: 200810089457.9
• 申請日: 2008-04-01
• 公開（公告）號: CN101552051A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 康迪;劉海濤
• 申請（專利權）人: 康迪;劉海濤
• 主分類號: H01B9/00
• 分類號: H01B9/00;H01B7/42;H02G7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種具有“微波能-熱能”轉換功能的電力電纜，及發生 凍雨災害天氣時，應用該電纜解決電力線融冰問題的裝置。應用本發明 進行電力線融冰作業期間，電力電網的50Hz工頻電力供應無需中斷。

技術背景

2008年襲擊了中國華中、華南的大范圍的低溫凍雨天氣，引發了南 方電網大面積的電力塔架垮塌事故，導致受災地區電力供應中斷，鐵路 電力機車停運，直接經濟損失1500億元人民幣。究其根本原因是連續數 日的低溫凍雨天氣，導致電力網線覆冰重量超過電力網線設計負荷的極 限，壓垮電力塔架。

凍雨是由過冷水滴組成，與溫度低于0℃的物體碰撞立即凍結的一 種降水天氣。凍雨凝結在電力網線上，就形成了電力線覆冰。凍雨大量 凝結超過電網設計負荷極限的時候，就會發生電塔倒塌事故。

避免電力塔架倒塌，可以通過提高電力塌架的設計標準實現。但是 把電力塔架設計標準從30年一遇提高到50年一遇，將導致電網建設成 本成倍增長，在經濟上不劃算。遇到百年一遇災害的時候，電力網線還 是會癱瘓。

電力線融冰一直是解決電力線覆冰問題的主要思路，目前主要有短 路融冰技術。從高壓架空線路誕生的時刻，短路融冰技術就被開發出來。 短路融冰是靠電力電纜短路，依靠大電流流過電纜內阻產生熱能融化覆 冰。但是短路融冰方法的最大問題融冰作業期間，電力供應必須中斷， 而且，對于超高壓輸電線路，線路的電容量和磁激勵問題必須解決，操 作不當會因為電流過載損毀線路和發電機組。

電力線融冰的最佳方案就是在電力供應不間斷的前提下，完成電力 線融冰作業。同時加入到電力電網中的融冰裝置不應該對50Hz工頻電力 電流引入損耗。

頻分復用是通信領域經常用到的一項技術，是多路信號在同一信道 內互不重疊、互不干擾的傳輸方式。多路信號在頻譜上的間距越大，相 互之間的干擾越小。如果由一路頻率數百倍于50Hz的功率信號，將融冰 所需要消耗的能量饋送到電力線上，就可以在不中斷電力供應、不干擾 電力供應的前提下，進行融冰作業。

微波是頻率在300MHz-300GHz的電磁波，對應波長在1米到1毫米 之間的電磁波。微波信號和50Hz工頻信號完全不會相互干擾，同時，冰 是具有極化分子結構的晶體，與微波有顯著的熱轉換效應，所以微波可 以作為融冰所需能量的載體。

微波在自由空間沿直線傳播，在金屬邊界發生全反射，微波無法直 接在傳統的電力電纜上傳輸。如果采用天線發射微波的方式，因為微波 在空氣中直線傳播的特性，無法將微波能量集中在電力線的周圍，99％ 的微波能量都耗散在自由空間中。

如果要求微波沿特定路線傳播，其傳播環境的邊界條件要滿足麥克 斯韋方程。約束微波定向傳播的設備有微波波導和同軸電纜等。但是波 導和同軸電纜把微波能量約束在封閉的空間中，無損耗傳播。以同軸電 纜為例，微波能量存在于同軸電纜的內導體外表面和外導體內表面之間， 發生凍雨災害時，覆冰面為同軸電纜外導體的外表面，微波無法接觸到 外導體外表面的覆冰，也就無法和冰的晶體完成微波能到熱能的轉換。 同軸電纜自身的損耗很小，幾乎可以認為微波在同軸電纜內可以無損耗 的傳播，根據能量守恒原理，沒有功率損耗，也就沒有熱能轉換，所以 同軸電纜在發生凍雨災害天氣的時候，無法融解電纜上的覆冰，也就無 法解決電力線融冰問題。

能夠進行電力線融冰的電力電纜需要具備3個基本特征：1、即能傳 輸50Hz工頻電力信號，又能傳輸微波功率信號。2、特征1中所述的兩 種信號在傳輸過程中互不干擾。3、能夠完成微波能量到熱能的轉換。只 有具備了這3個基本特征的電力電纜，才能夠在不中斷電網電力供應的 前提下，完成對電纜自身的融冰作業。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種具有“微波能- 熱能”轉換功能的電力電纜，同時具有50Hz工頻電力電流傳輸、微波功 率信號傳輸和微波能到熱能轉換三項基本功能。

50Hz工頻電力電流和微波功率信號可以同時在該電纜上互不干擾地 傳輸。該電纜產生的熱能能量完全由微波功率信號提供，50Hz工頻電力 電流在該電纜上無耗傳輸。

具有“微波能-熱能”轉換功能的電力電纜的結構如圖2中所示，該 電纜具有同軸結構的剖面，該電纜剖面由電纜外導體(9)、中心內導體 (10)、微波能-熱能轉換涂層(11)和高溫絕緣介質(12)構成。