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专利名称：基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410725207.9

专利申请（专利权）人：国网吉林省电力有限公司辽源供电公司,吉林东北电力大学开云优惠体育网页版入口开发有限责任公司
权利人地址：吉林省辽源市龙山区辽河大路2999号

专利发明（设计）人：李冠群,王志钢,袁鹏,赵洪丹,崔巍,岳科宇,郑宇,尚殿波,尚云龙,王金山,张国皓,刘彦德,范伦铜,山福轩,刘宇航,苏勇华,：,周书慧,侯笑天,毕欣蕾,代晓东,刘佳禹,郑程灏,杨昊,呼诚哲,成思程,郭继鑫,刘尹骏

专利摘要：基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，属于输电线路维护技术领域，供能组件包括若干悬臂梁基体，悬臂梁基体分布在防护罩的两侧，每个悬臂梁基体的下方连接有一个发电振子；发电振子的基板和悬臂梁基体固定连接，发电晶片粘贴在基板的表面；质量块固定在基板的自由端；蓄电池、恒电位仪、辅助阳极、参比电极和输电塔对象之间串联成回路；除冰组件的加热片内部设有电阻丝，加热片和输电塔对象之间通过隔热片隔断；电阻丝和蓄电池之间电连接；当环境温度低于设定温度值时，控制供能组件对除冰组件进行供能，加热片对输电塔对象加热除冰或防止输电塔对象结冰。本发明延长老旧输电铁塔钢材的使用寿命，保证输电线路安全稳定地运行。

主权利要求：
1.基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，其特征在于，包括防护罩(1)，所述防护罩(1)的侧部设有供能组件，所述防护罩(1)的内部设有防腐组件和除冰组件；
所述供能组件包括若干悬臂梁基体(2)，若干所述悬臂梁基体(2)分布在所述防护罩(1)的两侧，每个所述悬臂梁基体(2)的下方连接有一个发电振子(3)；所述发电振子(3)包括基板(4)、发电晶片(5)和质量块(6)；所述基板(4)和所述悬臂梁基体(2)固定连接，所述发电晶片(5)粘贴在所述基板(4)的表面；所述质量块(6)固定在所述基板(4)的自由端；
所述防腐组件包括蓄电池(7)、恒电位仪(8)、辅助阳极(9)和参比电极(10)；所述蓄电池(7)串联在所述参比电极(10)和所述恒电位仪(8)之间，所述恒电位仪(8)串联在所述蓄电池(7)和所述辅助阳极(9)之间，所述蓄电池(7)、所述恒电位仪(8)、所述辅助阳极(9)、所述参比电极(10)和输电塔对象之间串联成回路；
所述除冰组件包括若干加热片(11)，每个所述加热片(11)的内部设有电阻丝(12)，所述加热片(11)和所述输电塔对象之间通过隔热片(13)隔断；所述电阻丝(12)和所述蓄电池(7)之间电连接；
所述除冰组件还包括温度探测器(14)，所述温度探测器(14)用于探测环境温度，当环境温度低于设定温度值时，控制所述供能组件对所述除冰组件进行供能，所述加热片(11)对所述输电塔对象进行加热除冰或防止所述输电塔对象结冰；
所述供能组件还包括蓄能模块，所述蓄能模块包括滤波整流电路(15)和充电保护电路(16)；
所述滤波整流电路(15)包括变压器，所述变压器的线圈N29与整流桥相连，所述整流桥包括二极管D31、二极管D32、二极管D33、二极管D34；所述整流桥连接有电阻R30；
所述充电保护电路(16)包括三极管Q35、二极管D37、二极管D38和电阻R36；所述三极管Q35、所述二极管D37、所述二极管D38并联，所述电阻R36和并联后的所述三极管Q35、所述二极管D37、所述二极管D38串联；
所述蓄能模块还包括放电保护电路(17)；
所述放电保护电路(17)包括放电开关S45、二极管D46、电阻R47、电阻R48、电容C49、三极管Q50、三极管Q51、电阻R52和电容C53；所述放电开关S45连接所述二极管D46、所述二极管D46连接所述电阻R47，所述电阻R47连接所述电阻R48，所述电阻R47、所述电阻R48并联后串联所述电容C49；所述三极管Q50、所述三极管Q51与所述电阻R52串联，串联后的所述三极管Q50、所述三极管Q51与所述电阻R52并联所述电容C53。
2.根据权利要求1所述的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，其特征在于，所述输电塔对象的线体系振动力F经阻尼块及第一弹簧Ks27放大振动频率后变为振动力Fp，振动力Fp再经第二弹簧Kp28放大振动频率后由所述发电振子(3)感知；所述发电振子(3)的输出电压U经过所述变压器的线圈N29感应后产生电位差V。
3.根据权利要求2所述的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，其特征在于，所述辅助阳极(9)的外部包裹有填充料(18)，所述填充料(18)采用焦炭粉末构成阳极地床以对所述辅助阳极(9)进行保护；
所述辅助阳极(9)采用镁电极；所述参比电极(10)采用银电极。
4.根据权利要求3所述的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，其特征在于，当环境温度低于设定温度值时，所述放电保护电路(17)的放电开关S45开启形成通路，以控制所述供能组件对所述除冰组件进行供能。
5.根据权利要求4所述的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，其特征在于，当所述放电保护电路(17)识别到所述蓄电池(7)放电的电压低于基准值时，启动所述放电保护电路(17)使所述蓄电池(7)终止放电；
当所述放电开关S45闭合后，所述蓄电池(7)从初始的满电量开始放电，所述蓄电池(7)的电压使所述二极管D46反向导通，使所述三极管Q50的基极有偏置电压饱和导通；
所述三极管Q50导通使所述三极管Q51的基极有电流流过，所述三极管Q51饱和导通，所述蓄电池(7)给负载供电；
当所述蓄电池(7)的电压下降到过载保护电压以下，所述三极管Q50、所述三极管Q51截止，切断所述蓄电池(7)供电。
6.根据权利要求4所述的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，其特征在于，将若干所述发电晶片(5)并联运行以增大所述发电晶片(5)的充电电流；
将若干所述蓄电池(7)串联运行以增大所述蓄电池(7)的供电电压。
7.根据权利要求6所述的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，其特征在于，所述恒电位仪(8)根据所述参比电极(10)处传回的电位信号控制电压输出，以保护所述输电塔对象的钢材避免腐蚀；
当电位信号处于?0.5～?0.6v，所述输电塔对象处于活化腐蚀状态，若电位信号下降到?0.6v以下，所述输电塔对象由腐蚀状态进入到钝化状态。
8.根据权利要求1所述的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，其特征在于，还包括制备组件，所述制备组件包括输电线路引下线(19)、控制开关(20)、整流器(21)、控制芯片(22)和调节电阻(23)；所述制备组件用于对所述发电晶片(5)进行极化；所述发电晶片(5)的极化过程为：合上所述控制开关(20)，所述控制芯片(22)的内部开关闭合后，开始对所述发电晶片(5)进行极化；
经所述整流器(21)将交流电变为直流电后通入粘贴所述基板(4)上的所述发电晶片(5)上，在外加直流电场的作用下，所述发电晶片(5)上的PZT片状混合物的离子发生位移永久极化；
极化完成后将所述发电晶片(5)上的PZT片状混合物静置指定时长后，关闭所述控制开关(20)。 说明书 : 基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统技术领域[0001] 本发明属于输电线路维护技术领域，具体涉及一种基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统。背景技术[0002] 目前，输电导线为柔性结构，而输电铁塔刚性较强。在风力的作用下，输电导线和输电铁塔发生风致刚柔耦合振动。输电铁塔的振动往往会加剧输电导线振动，输电导线的振动反过来加剧输电铁塔的振动，循环往复形成恶性循环，造成铁塔以及导线的破坏。[0003] 现阶段，尤其是对于某些地区的老旧输电铁塔，其局部强度不足、腐蚀后的钢材强度大幅下降、承载能力急剧减。苑绾稍氐母兄用舾，从而导致倒塔事故的发生。除普遍且规律发生的微风振动对塔线体系的影响外，台风、覆冰等极端因素也具有引起老旧输电铁塔的强烈振动及破坏的可能性。另外，遇到大风及冻雨等恶劣天气时导线和铁塔极易发生覆冰，严重增加塔线体系的外力荷载，导致铁塔垮塌。[0004] 同时，雨雪冰冻等灾害性气候出现的频率呈上升趋势，且寒潮来临时，电网负荷会增大并逐年递增，老旧输电铁塔的稳定关乎输电线路可靠运行。对于老旧输电铁塔，由于其承载能力相较于现在的行业规范来说有一定差距，针对老旧输电铁塔承载力不足的问题，需要采取措施加以控制，对钢材腐蚀、破坏处进行加固，对极端雨雪天气覆冰进行消除，确保输电线路安全、稳定运行。[0005] 相关技术CN202220624463.5中公开了一种输电线路覆冰去除装置，利用太阳能取能的方法进行线覆冰去除，且只能应用于输电线路上，对输电铁塔不适用。通过敲击装置进行预除冰，再利用加热片将顽固覆冰进行融化，最后用刮水装置处理，防止再次结冰。此装置采用太阳能发电设备，但太阳能取能技术尚不成熟，需要人工定期检修更换，而且太阳能板有较大自重，增大附加荷载有可能会导致腐蚀的钢材进一步破坏。另外，此装置过于依赖于自然天气，当遇到覆冰严重的情况时无法高效进行除冰，具有一定的局限性，无法进行推广。[0006] 相关技术CN201910835280.0中，公开了一种输电铁塔与基础接触部位的防腐处理方法，采用先除锈然后将旧漆膜取出，进而涂刷新的防锈漆的方法，在一定程度上解决了输电铁塔与基础之间主角钢连接或地脚螺栓连接的连接部位出现腐蚀的问题，但其具有局限性，需要定期进行人工复查及更换，不具有持续防腐的能力，效率不高。压电材料是当其受到拉压力作用时，会出现电位差的晶体材料，主要依靠正压电效应将风致振动产生的能量转化为电能进行储存或应用。现有的太阳能发电装置白白浪费了风致振动产生的能量，没有对能源进行有效利用，反而加大了振动对结构的负面影响。[0007] 有鉴于此，有必要研发一种新的输电铁塔防覆冰技术方案。发明内容[0008] 为此，本发明提供一种基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，以保证有老旧输电铁塔的输电线路安全稳定运行，增长输电铁塔使用寿命，避免出现倒塔事故的情况。[0009] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，包括防护罩，所述防护罩的侧部设有供能组件，所述防护罩的内部设有防腐组件和除冰组件；[0010] 所述供能组件包括若干悬臂梁基体，若干所述悬臂梁基体分布在所述防护罩的两侧，每个所述悬臂梁基体的下方连接有一个发电振子；所述发电振子包括基板、发电晶片和质量块；所述基板和所述悬臂梁基体固定连接，所述发电晶片粘贴在所述基板的表面；所述质量块固定在所述基板的自由端；[0011] 所述防腐组件包括蓄电池、恒电位仪、辅助阳极和参比电极；所述蓄电池串联在所述参比电极和所述恒电位仪之间，所述恒电位仪串联在所述蓄电池和所述辅助阳极之间，所述蓄电池、所述恒电位仪、所述辅助阳极、所述参比电极和输电塔对象之间串联成回路；[0012] 所述除冰组件包括若干加热片，每个所述加热片的内部设有电阻丝，所述加热片和所述输电塔对象之间通过隔热片隔断；所述电阻丝和所述蓄电池之间电连接；[0013] 所述除冰组件还包括温度探测器，所述温度探测器用于探测环境温度，当环境温度低于设定温度值时，控制所述供能组件对所述除冰组件进行供能，所述加热片对所述输电塔对象进行加热除冰或防止所述输电塔对象结冰。[0014] 作为基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统优选方案，所述供能组件还包括蓄能模块，所述蓄能模块包括滤波整流电路和充电保护电路；[0015] 所述滤波整流电路包括变压器，所述变压器的线圈N29与整流桥相连，所述整流桥包括二极管D31、二极管D32、二极管D33、二极管D34；所述整流桥连接有电阻R30；[0016] 所述充电保护电路包括三极管Q35、二极管D37、二极管D38和电阻R36；所述三极管Q35、所述二极管D37、所述二极管D38并联，所述电阻R36和并联后的所述三极管Q35、所述二极管D37、所述二极管D38串联。[0017] 作为基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统优选方案，所述蓄能模块还包括放电保护电路；[0018] 所述放电保护电路包括放电开关S45、二极管D46、电阻R47、电阻R48、电容C49、三极管Q50、三极管Q51、电阻R52和电容C53；所述放电开关S45连接所述二极管D46、所述二极管D46连接所述电阻R47，所述电阻R47连接所述电阻R48，所述电阻R47、所述电阻R48并联后串联所述电容C49；所述三极管Q50、所述三极管Q51与所述电阻R52串联，串联后的所述三极管Q50、所述三极管Q51与所述电阻R52并联所述电容C53。[0019] 作为基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统优选方案，所述输电塔对象的线体系振动力F经阻尼块及第一弹簧Ks27放大振动频率后变为振动力Fp，振动力Fp再经第二弹簧Kp28放大振动频率后由所述发电振子感知；所述发电振子的输出电压U经过所述变压器的线圈N29感应后产生电位差V。[0020] 作为基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统优选方案，所述辅助阳极的外部包裹有填充料，所述填充料采用焦炭粉末构成阳极地床以对所述辅助阳极进行保护；[0021] 所述辅助阳极采用镁电极；所述参比电极采用银电极。[0022] 作为基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统优选方案，当环境温度低于设定温度值时，所述放电保护电路的放电开关S45开启形成通路，以控制所述供能组件对所述除冰组件进行供能。[0023] 作为基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统优选方案，当所述放电保护电路识别到所述蓄电池放电的电压低于基准值时，启动所述放电保护电路使所述蓄电池终止放电；[0024] 当所述放电开关S45闭合后，所述蓄电池从初始的满电量开始放电，所述蓄电池的电压使所述二极管D46反向导通，使所述三极管Q50的基极有偏置电压饱和导通；[0025] 所述三极管Q50导通使所述三极管Q51的基极有电流流过，所述三极管Q51饱和导通，所述蓄电池给负载供电；[0026] 当所述蓄电池的电压下降到过载保护电压以下，所述三极管Q50、所述三极管Q51截止，切断所述蓄电池供电。[0027] 作为基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统优选方案，将若干所述发电晶片并联运行以增大所述发电晶片的充电电流；[0028] 将若干所述蓄电池串联运行以增大所述蓄电池的供电电压。[0029] 作为基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统优选方案，所述恒电位仪根据所述参比电极处传回的电位信号控制电压输出，以保护所述输电塔对象的钢材避免腐蚀；[0030] 当电位信号处于?0.5～?0.6v，所述输电塔对象处于活化腐蚀状态，若电位信号下降到?0.6v以下，所述输电塔对象由腐蚀状态进入到钝化状态。[0031] 作为基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统优选方案，还包括制备组件，所述制备组件包括输电线路引下线、控制开关、整流器、控制芯片和调节电阻；所述制备组件用于对所述发电晶片进行极化；所述发电晶片的极化过程为：[0032] 合上所述控制开关，所述控制芯片的内部开关闭合后，开始对所述发电晶片进行极化；[0033] 经所述整流器将交流电变为直流电后通入粘贴所述基板上的所述发电晶片上，在外加直流电场的作用下，所述发电晶片上的PZT片状混合物的离子发生位移永久极化；[0034] 极化完成后将所述发电晶片上的PZT片状混合物静置指定时长后，关闭所述控制开关。[0035] 本发明具有如下优点：防护罩的侧部设有供能组件，防护罩的内部设有防腐组件和除冰组件；供能组件包括若干悬臂梁基体，若干悬臂梁基体分布在防护罩的两侧，每个悬臂梁基体的下方连接有一个发电振子；发电振子包括基板、发电晶片和质量块；基板和悬臂梁基体固定连接，发电晶片粘贴在基板的表面；质量块固定在基板的自由端；防腐组件包括蓄电池、恒电位仪、辅助阳极和参比电极；蓄电池串联在参比电极和恒电位仪之间，恒电位仪串联在蓄电池和辅助阳极之间，蓄电池、恒电位仪、辅助阳极、参比电极和输电塔对象之间串联成回路；除冰组件包括若干加热片，每个加热片的内部设有电阻丝，加热片和输电塔对象之间通过隔热片隔断；电阻丝和蓄电池之间电连接；除冰组件还包括温度探测器，温度探测器用于探测环境温度，当环境温度低于设定温度值时，控制供能组件对除冰组件进行供能，加热片对输电塔对象进行加热除冰或防止输电塔对象结冰。本发明外加电流的钢结构阳极保护，防腐效果优，无需对钢结构进行喷射防腐涂料或电镀，节约成本，减少人工作业风险；可以自主控制充放电，智能高效；结构简单，操作简便，减少对环境的污染；可以有效利用风致振动能，变废为宝，能源高效利用；体积。亓壳，优于现有的钢材防腐系统；延长老旧输电铁塔钢材的使用寿命，经济性高；减少运行维护次数，保证输电线路安全稳定地运行。附图说明[0036] 为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。[0037] 图1为本发明实施例中提供的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统结构示意图；[0038] 图2为本发明实施例中提供的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统中能量收集原理示意图；[0039] 图3为本发明实施例中提供的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统中滤波整流电路示意图；[0040] 图4为本发明实施例中提供的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统中充电保护电路示意图；[0041] 图5为本发明实施例中提供的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统中放电保护电路示意图；[0042] 图6为本发明实施例中提供的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统中防腐组件示意图；[0043] 图7为本发明实施例中提供的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统中除冰组件示意图；[0044] 图8为本发明实施例中提供的基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统中发电晶片配套的制备组件示意图。[0045] 图中，1、防护罩；2、悬臂梁基体；3、发电振子；4、基板；5、发电晶片；6、质量块；7、蓄电池；8、恒电位仪；9、辅助阳极；10、参比电极；11、加热片；12、电阻丝；13、隔热片；14、温度探测器；15、滤波整流电路；16、充电保护电路；17、放电保护电路；18、填充料；19、输电线路引下线；20、控制开关；21、整流器；22、控制芯片；23、调节电阻。具体实施方式[0046] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0047] 参见图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7，本发明实施例提供一种基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统，包括防护罩1，防护罩1的侧部设有供能组件，防护罩1的内部设有防腐组件和除冰组件；[0048] 其中，供能组件包括若干悬臂梁基体2，若干悬臂梁基体2分布在防护罩1的两侧，每个悬臂梁基体2的下方连接有一个发电振子3；发电振子3包括基板4、发电晶片5和质量块6；基板4和悬臂梁基体2固定连接，发电晶片5粘贴在基板4的表面；质量块6固定在基板4的自由端；[0049] 其中，防腐组件包括蓄电池7、恒电位仪8、辅助阳极9和参比电极10；蓄电池7串联在参比电极10和恒电位仪8之间，恒电位仪8串联在蓄电池7和辅助阳极9之间，蓄电池7、恒电位仪8、辅助阳极9、参比电极10和输电塔对象之间串联成回路；[0050] 其中，除冰组件包括若干加热片11，每个加热片11的内部设有电阻丝12，加热片11和输电塔对象之间通过隔热片13隔断；电阻丝12和蓄电池7之间电连接；除冰组件还包括温度探测器14，温度探测器14用于探测环境温度，当环境温度低于设定温度值时，控制供能组件对除冰组件进行供能，加热片11对输电塔对象进行加热除冰或防止输电塔对象结冰。[0051] 参见图3、图4和图5，本实施例中，供能组件还包括蓄能模块，蓄能模块包括滤波整流电路15和充电保护电路16；滤波整流电路15包括变压器，变压器的线圈N29与整流桥相连，整流桥包括二极管D31、二极管D32、二极管D33、二极管D34；整流桥连接有电阻R30；充电保护电路16包括三极管Q35、二极管D37、二极管D38和电阻R36；三极管Q35、二极管D37、二极管D38并联，电阻R36和并联后的三极管Q35、二极管D37、二极管D38串联。此外，蓄能模块还包括放电保护电路17；放电保护电路17包括放电开关S45、二极管D46、电阻R47、电阻R48、电容C49、三极管Q50、三极管Q51、电阻R52和电容C53；放电开关S45连接二极管D46、二极管D46连接电阻R47，电阻R47连接电阻R48，电阻R47、电阻R48并联后串联电容C49；三极管Q50、三极管Q51与电阻R52串联，串联后的三极管Q50、三极管Q51与电阻R52并联电容C53。[0052] 具体的，滤波整流电路15中二极管D32、二极管D34负极相连，接负载的正端，二极管D31、二极管D33正极相连，接负载的负端；二极管D31正极与二极管D32负极相连，二极管D33正极与二极管D34负极相连，分别接变压器的线圈N29二次侧的两端；电阻R30等效为负载，再连接到充电保护电路16。[0053] 具体的，充电保护电路16由多个开关、电阻、电容、二极管组成，其中，二极管D37为保护二极管，可以防止蓄电池7较高的电压将电阻R36反向击穿，此处选用型号为1N4148的二极管。电阻R36为限流电阻，防止电流过高导致蓄电池7损坏。三极管Q35保证空载时，不会损坏电路。当三极管Q35闭合时，供能组件通过充电保护电路16给蓄电池7充电。[0054] 具体的，由于蓄电池7深度放电，会使极板硫化，缩短蓄电池7的使用寿命，充电保护电路16连接蓄电池7后继续连接放电保护电路17，使蓄电池7持续稳定充放电。放电保护电路17可以实现当识别到蓄电池7放电的电压低于基准值时，启动保护电路，使蓄电池7终止放电。放电开关S45闭合后，蓄电池7从初始的满电量开始放电，蓄电池7的电压使二极管D46反向导通，使三极管Q50基极有偏置电压，使三极管Q50饱和导通。三极管Q50导通会使三极管Q51的基极也会有相应电流流过，三极管Q51也会饱和导通。这样蓄电池7就通过放电开关S45给负载供电。随着蓄电池7放电过程的持续，蓄电池7的电压开始降低，当电压下降到过放保护电压以下，三极管Q50截止，则三极管Q51也会截止，从而切断了蓄电池7与后续系统的回路，保护蓄电池7。[0055] 本实施例中，基于风致振动能量转换的输电铁塔防覆冰、防腐蚀系统利用装有弹簧夹的锯齿固定在输电铁塔横材上，弹簧夹的使用可以增大系统的普适性，并保持有一定的固定强度，常见的大风及振动不会导致系统破坏。[0056] 其中，输电塔线体系振动导致悬臂梁基体2振动，悬臂梁基体2一端固定，悬臂梁基体2另一端随着环境自由振动，悬臂梁基体2的自由端添加的质量块6会放大悬臂梁基体2振动频率，使其更接近发电晶片5谐振频率，增大从机械能到电能的转换效率，实现自取能发电，提高发电效率。[0057] 其中，可以采用多个发电晶片5并联运行，以增大充电电流，确保蓄电池7的充电保护电路16可以感知并储存足够电能；此外，也可以采用多个蓄电池7串联运行，以有足够的电压供给防腐组件和除冰组件应用。防腐组件和除冰组件的若干元件均内置于防护罩1内，对贵金属电极、加热片11等进行良好而有效保护。[0058] 参见图2，本实施例中，当输电塔线体系振动时，悬臂梁基体2随之振动，输电塔对象的线体系振动力F经阻尼块C26及第一弹簧Ks27放大振动频率后变为振动力Fp，振动力Fp再经第二弹簧Kp28放大振动频率后由发电振子3感知；发电振子3的输出电压U经过变压器的线圈N29感应后产生电位差V。[0059] 具体的，输电塔对象的线体系振动力F经阻尼块及第一弹簧Ks27放大振动频率后，变为振动力Fp持续作用于发电晶片5上，在发电晶片5旁边安置第二弹簧Kp28再次调整振动频率，最终调整到合适的频率后，使发电晶片5产生形变，引起压电晶片内应力和内应变的改变，进而导致发电晶片5电荷分布不均匀而产生电势差，这个电势差随着外界激励的变化而变化。当振动频率接近于发电晶片5的谐振频率时，此时输出的电压最大，在振动频率接近此频率时，开启压电取能组件的储电，将发电晶片5感应到风致振动信号转化为电能，后经供能组件储存到蓄电池7中，以提高电能俘获效率，延长装置使用寿命。[0060] 本实施例中，辅助阳极9的外部包裹有填充料18，填充料18采用焦炭粉末构成阳极地床以对辅助阳极9进行保护；辅助阳极9采用镁电极；参比电极10采用银电极。当环境温度低于设定温度值时，放电保护电路17的放电开关S45开启形成通路，以控制供能组件对除冰组件进行供能；恒电位仪8根据参比电极10处传回的电位信号控制电压输出，以保护输电塔对象的钢材避免腐蚀；当电位信号处于?0.5～?0.6v，输电塔对象处于活化腐蚀状态，若电位信号下降到?0.6v以下，输电塔对象由腐蚀状态进入钝化状态。[0061] 具体的，电能通过蓄电池7发出，恒电位仪8、辅助阳极9、参比电极10和腐蚀钢材构成回路，恒电位仪8根据参比电极10处传回的电位信号，控制合适的电压输出，以保护老旧输电铁塔的钢材避免腐蚀。辅助阳极9采用银电极，将蓄电池7输出的直流电由介质传递到钢材上，其外侧需要用填充料18进行保护，减少材料损耗。参比电极10可以控制调节输出电流，保证防腐组件正常稳定地运行。若输电塔对象的钢材已经被腐蚀，则可以减缓腐蚀速度以保证其强度以及承载能力，预防发生老旧输电铁塔坍塌现象。输电塔对象的钢材的腐蚀电位为?0.5～?0.6v，达到此电位时，处于活化腐蚀状态，若电位下降到?0.6v以下，则输电塔对象的钢材由腐蚀状态进入到钝化状态。从而实现通入直流电时，电位向负的方向进行变动，则保护了钢材，抑制腐蚀的发生，抑制了电子的流动，有效节约了成本，且没有运动部件，不易损坏，结构简单轻便。[0062] 参见图8，本实施例中，还包括制备组件，制备组件包括输电线路引下线19、控制开关20、整流器21、控制芯片22和调节电阻23；制备组件用于对发电晶片5进行极化；发电晶片5的极化过程为：合上控制开关20，控制芯片22的内部开关闭合后，开始对发电晶片5进行极化；经整流器21将交流电变为直流电后通入粘贴基板4上的发电晶片5上，在外加直流电场的作用下，发电晶片5上的PZT片状混合物的离子发生位移永久极化；极化完成后将发电晶片5上的PZT片状混合物静置指定时长后，关闭控制开关20。[0063] 在一种可能的实施例中，当温度探测器14监测到环境温度低于6℃时，便开启蓄电池7放电通道。输出直流电流经过加热片11上的电阻丝12产生热能，当遇到冻雨或冰雪天气时，可以融化老旧输电铁塔钢材上的覆冰；若没有覆冰则可以抑制覆冰的形成，减少人工作业成本，同时可以减轻钢材上的附加荷载，保证铁塔的结构稳定。若干加热片11与钢材之间通过隔热片13进行间隔，防止直接接触对钢材造成损坏。两者之间留有的空隙，可以保证冰雪融化成水后可以自行滴落或蒸发散失，同时预防雨水对钢材的进一步腐蚀。[0064] 在一种可能的实施例中，蓄电池的数量可以根据需要设置多个，第一块蓄电池充满电后连接防腐组件，当感应到蓄电池电能不足以维持防腐组件正常工作时，关闭第一块蓄电池放电通道，开启其充电通道，同时连接第二块蓄电池放电通道；当第二块蓄电池电能不足以维持防腐组件正常工作时，关闭第二块蓄电池放电通道，开启其充电通道，以此类推，保证有持续稳定的直流电源供给。[0065] 综上所述，本发明防护罩1的侧部设有供能组件，防护罩1的内部设有防腐组件和除冰组件；供能组件包括若干悬臂梁基体2，若干悬臂梁基体2分布在防护罩1的两侧，每个悬臂梁基体2的下方连接有一个发电振子3；发电振子3包括基板4、发电晶片5和质量块6；基板4和悬臂梁基体2固定连接，发电晶片5粘贴在基板4的表面；质量块6固定在基板4的自由端；防腐组件包括蓄电池7、恒电位仪8、辅助阳极9和参比电极10；蓄电池7串联在参比电极10和恒电位仪8之间，恒电位仪8串联在蓄电池7和辅助阳极9之间，蓄电池7、恒电位仪8、辅助阳极9、参比电极10和输电塔对象之间串联成回路；除冰组件包括若干加热片11，每个加热片11的内部设有电阻丝12，加热片11和输电塔对象之间通过隔热片13隔断；电阻丝12和蓄电池7之间电连接；除冰组件还包括温度探测器14，温度探测器14用于探测环境温度，当环境温度低于设定温度值时，控制供能组件对除冰组件进行供能，加热片11对输电塔对象进行加热除冰或防止输电塔对象结冰。本发明应用了风致振动能转换技术，解决了现有供能装置需携带重量高、体积大的装置上塔的弊端，这是制约其广泛应用的主要因素。且现阶段应用较多的太阳能供能装置对天气的依赖较为强烈，而输电塔线体系的风致振动随时都在发生，且振动会造成输电塔线体系的磨损、缠绕，严重时会引起倒塌的发生；相反地，本发明良好地利用了振动能，只需要应用结构简单的压电晶片即可完成能量的收集，变废为宝；本发明应用了加热片11对输电塔线体系进行融冰的方法，更具有针对性，且目前气候变化较大，老旧输电铁塔的防覆冰能力不足应对当前恶劣的冻雨冰雪天气，若应用现有的大电流直流融冰方法来说，极易对塔线体系造成不可逆的热损伤，本发明应用小电流融冰会将这种伤害的程度降到最低，效率更高且成本更低；本发明应用了外加电流牺牲阳极从而对钢材进行保护的方法预防老旧铁塔腐蚀的发生，相较于现阶段应用较广地喷涂防腐材料的方法来说成本更低，效果更好，更具有持续性，有效地节约钢材资源，减少人工的成本。[0066] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

专利地区：吉林

专利申请日期：2024-06-06

专利公开日期：2024-08-13

专利公告号：CN118309304B