CN102623941B - 一种10kv农网配电线路直流融冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种10KV农网配电线路直流融冰装置，由多台移动式380V交流电源和直流恒流加热电源两部分组成；直流恒流加热电源的直流输出端用电缆连接在待融冰输电线路的两根相线端点上。380V交流电源经整流、滤波加至场效应管组成的逆变电路，主电路单元转换成脉宽可调的高频交流，再经以非晶软磁材料为铁芯的高频变压器降压、肖特基二极管整流转换成适用于融冰需求的直流加热电源；控制单元输出的控制信号可以对主电路输出做出迅速响应，并能对故障做出迅速的保护响应。本发明利用导线流通大电流时，导线直流电阻产生的发热量将附着在导线上的冰雪融化，实现对覆冰后的10kV农网配电线路进行直流融冰处理。

Description

一种10KV农网配电线路直流融冰装置

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，涉及一种10KV农网配电线路直流融冰装置，适用于对覆冰后的10KV农网配电线路进行直流融冰处理，以防止农网配电线路和工矿企业自用配电线路覆冰发生倒塔、倒杆、断线、短路等事故。

背景技术

低温雨雪冰冻天气引起的输电线路覆冰是众多国家电力系统所面临的严重威胁之一，严重的覆冰会引起电网断线、倒塔，导致大面积停电事故。1998年北美冰风暴给美加电网带来了严重影响，造成了范围广阔的电力中断。2008年，中国南方的郴州地区冰冻天气也导致输电线路大面积、长时间停运，造成该地区居民生活困难，给社会造成重大经济损失。因而，在输电线路形成覆冰之时及时地对其进行融冰处理，剥离或消除覆冰，防止线路倒塔和断线，保证输电线路的安全运行十分必要。

2008年冰灾之后，引起了中国电力技术领域对电网抗冰、防冰、融冰、避冰的反思，并对重点线路实施加强抗冰设计与改造，提高抗灾能力。为了克服由于现有线路覆冰对电力系统安全运行所造成的威胁，目前，所采用的除冰装置往往是采用交流短路法设计的融冰装置，这种装置需要施加线路串联匹配、负荷转移以及大量的现场倒闸操作，十分复杂，操作困难，不易于在电网上全面而有效的应用。近年来，已经出现采用直流法对输电线路进行融冰处理。

其中，2009年4月29日中国实用新型专利文献CN201230188Y公开了一种用于输电线路的移动式直流融冰装置，包括汽车、以及设置在汽车上的可控直流电源，可控直流电源的输出端连接在待融冰的输电线路的两根相线上，相线的另一端短接。该装置采用20英尺车载集装箱大小的可控直流电源对输电线路进行融冰，显然其非常笨重，造价很高且运输困难，农网配电线路和山区工矿企业自用配电线路根本无法使用。

此外，2009年5月6日中国实用新型专利文献CN201234104Y公开了一种移动式输电线路直流融冰装置，其包括串联阻抗和三相桥式不可控整流器串联组成，当输电线路覆冰时，该装置由串联阻抗接入电网，将三相交流电源转换成直流电流加在输电线路上，利用导线通电后发热将覆冰熔化，但是该装置的整流器不可控，无法避免过流问题，且融冰装置电压相对较低，融冰效果较为不理想。

此外，2012年2月1日中国实用新型专利文献CN 202134875 U也公开了一种移动式串联直流融冰装置，其包括电力变压器、采用三相桥式整流模块的整流器、串联在三相桥式整流模块的正极输出端与整流器的正极接头之间的单相可控硅，虽然该专利技术可以适于山区道路，小型灵活但其运行时产生的谐波有以下影响：一是谐波使电源系统电压和电流波形发生畸变，造成发电机和配电设备过热、损耗增大、系统过电压；二是谐波使电力系统无功功率增加，功率因数下降，制约电源容量的有效利用；三是谐波能使半导体器件本身产生误触发、丢脉冲等失控现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决现有除冰技术落后状况，设计制造一种10KV农网配电线路直流融冰装置。该装置体积小，重量轻，便于山区道路移动，运行时抑制谐波好。利用该装置，对覆冰后的10KV农网配电线路和山区工矿企业自用配电线路进行直流融冰处理，以消除人工除冰过程中的事故隐患，防止因配电线路覆冰发生倒塔、倒杆、断线、短路等事故所造成的大面积停电。

本发明采用以下技术方案予以实现：一种10KV农网配电线路直流融冰装置，由多台移动式380V交流电源和直流恒流加热电源两部分组成；直流恒流加热电源的直流输出端用电缆连接在待融冰输电线路的两根相线端点上；所述直流恒流加热电源，包括有多个相同且由交流整流单元、滤波单元、场效应管高频逆变单元、高频变压器降压单元、肖特基二极管整流单元和直流输出单元顺序连接所构成的主回路和一个控制单元；所述控制单元由计算机管理系统控制的PWM控制电路、检测保护电路、给定值设置操作部件和显示电路组成；PWM控制电路通过多路驱动电路分别与上述每一主回路中的场效应管高频逆变单元相连接；PWM控制电路还与给定值设置操作部件相连接；所述的检测保护电路有多路取样信号输入端和两路信号输出端，每路取样信号输入端对应连接上述多个主回路之一中的直流输出单元；检测保护电路的两路信号输出端分别连接PWM控制电路和显示电路；所述每一主回路的交流整流单元独立连接一台移动式380V交流电源；所述多个主回路中的直流输出单元彼此相并联组成直流输出端。

上述的待融冰输电线路的两根相线端点是指将待融冰的三相线路改接成其中两相串联的两端点，或两相并联再与第三相串联组合后的两端点。

上述高频变压器降压单元中有高频变压器，高频变压器所采用的铁芯为非晶软磁材料。

上述多路驱动电路对所有的主回路中的场效应管高频逆变单元相提供同步信号，使各主回路中的直流输出单元同步并联输出直流融冰电流。

本发明所需输出的直流融冰电流，应在线路融冰临界电流与线路允许载流量之间选取；利用导线流通大电流时，导线直流电阻产生的发热量将附着在导线上的冰雪融化，实现对覆冰后的10KV农网配电线路进行直流融冰处理。

本发明的工作原理是：多台移动式380V交流电源所产生的380V交流电，经交流整流单元整流、滤波、得高压直流电；高压直流电加至场效应管组成的逆变电路，高压直流电转换成脉宽可调的高频（15～20KHz）交流电，再经以非晶软磁材料为铁芯的高频变压器降压、肖特基二极管整流转换成适用于融冰工作需求的直流融冰电流；控制单元输出的控制信号可以对主回路输出做出迅速响应，从而不但给出优良的动、静态输出特性，而且能对各种输入电压的波动予以补偿，并能对各种原因造成的故障做出迅速的保护响应。当输电线路覆冰时，将本发明的直流输出端通过电缆连接在待融冰输电线路的两根相线端点上。利用导线流通大电流时，导线直流电阻产生的发热量将附着在导线上的冰雪融化，实现对覆冰后的10KV农网配电线路进行直流融冰处理。

本发明的直流恒流加热电源可在额定电流、额定电压或额定功率范围内连续可调。输入电流给定值，电源将以给定电流值连续运行。若给定最大输出总电流超过额定电流，则最大输出总电流会自动限制在额定输出电流下连续运行。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：

①本发明采用直流融冰，不受线路阻抗感性分量的影响，不吸收电网的无功功率，融冰所需的电力电量大大降低，融冰效率高，节约了能源，使得融冰的造价大为降低；

②本发明将待融冰的三相线路改接成两相串联或两相并联再与第三相串联的简单形式，经计算最大可融冰线路的长度达到了10KV农网配电线路正常供电半径。如在线路上选定重冰区进行短路处理，最大可融冰线路的长度还可增加。因此，该直流融冰装置能满足各种型号规格，不同长度的10KV农网配电线路融冰设计计算的要求，应用范围广；

③本发明的直流恒流加热电源输出电流大，可在不同风速和气温下的线路融冰临界电流与线路允许载流量之间选取最佳融冰电流值实施融冰。因此，该直流融冰装置既能保证线路免受大电流损伤，又能保证融冰时间最短；

④本发明的直流恒流加热电源采用多机同步并联输出方式运行。当其中一台出现问题，与之相连接的主回路在由计算机管理系统控制的PWM控制电路作用下自动退出工作；融冰电源系统仍能工作。当融冰计算需求的直流加热电流不大时，则可退出部分移动式380V交流电源。因此，系统可靠性高；

⑤本发明的移动式380V交流电源、直流恒流加热电源均装在车上，可以方便地找到系统10KV电源点，方便地找到接入待融冰线路的最佳位置。同时，本发明的直流恒流加热电源体积缩小、重量减轻，便于在输电线路覆冰期间对边远地区，道路条件较差地区进行移动作业、展开服务。因此，该直流融冰装置能满足快速反应的需求，降低倒杆、断线的风险。特别适用于10KV农网配电线路和山区工矿企业自用配电线路进行直流融冰处理；

⑥本发明免去了传统交流融冰方式所需的线路串接与负荷转移等繁琐操作，从而大大降低了由此可能产生的安全风险。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图中：1交流整流单元；2滤波单元；3场效应管高频逆变单元；4高频变压器降压单元；5肖特基二极管整流滤波单元；6直流输出单元；7多路驱动电路；8给定值设置操作部件；9检测保护电路；10显示电路；PC  计算机管理系统；PWM  PWM控制电路。

具体实施方式

为了更清楚的表述本发明型，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

一种10KV农网配电线路直流融冰装置，由多台移动式380V交流电源和直流恒流加热电源两部分组成；直流恒流加热电源的直流输出端用电缆连接在待融冰输电线路的两根相线端点上；所述直流恒流加热电源，包括有多个相同且由交流整流单元1、滤波单元2、场效应管高频逆变单元3、高频变压器降压单元4、肖特基二极管整流滤波单元5和直流输出单元6顺序连接所构成的主回路和一个控制单元；所述控制单元由计算机管理系统PC控制的PWM控制电路PWM、检测保护电路9、给定值设置操作部件8和显示电路10组成；PWM控制电路PWM通过多路驱动电路7分别与上述每一主回路中的场效应管高频逆变单元3相连接；PWM控制电路PWM还与给定值设置操作部件8相连接；所述的检测保护电路9有多路取样信号输入端和两路信号输出端，每路取样信号输入端对应连接上述多个主回路之一中的直流输出单元6；检测保护电路9的两路信号输出端分别连接PWM控制电路PWM和显示电路10；所述每一主回路的交流整流单元1独立连接一台移动式380V交流电源；所述多个主回路中的直流输出单元6彼此相并联组成直流输出端。所述的待融冰输电线路的两根相线端点是指将待融冰的三相线路改接成其中两相串联的两端点，或两相并联再与第三相串联组合后的两端点。所述高频变压器降压单元4中有高频变压器，高频变压器所采用的铁芯为非晶软磁材料。所述多路驱动电路7对所有的主回路中的场效应管高频逆变单元3相提供同步信号，使各主回路中的直流输出单元6同步并联输出直流融冰电流。

本实施方式的主要技术参数：

输入功率：400KW发电机/车，或500KVA变压器/车；

输入电压：AC380V±10％ ；

输入电源频率：50Hz；

额定输出电流：DC650A；

额定输出电压：DC600V；

效率：≥94%；

电压调节范围：0～600V；

电流调节范围：0～650A；

逆变频率：15～20KHz；

冷却方式：风冷；

绝缘等级：B级；

防护等极：IP21。

Claims (4)

1.一种10KV农网配电线路直流融冰装置，由多台移动式380V交流电源和直流恒流加热电源两部分组成；直流恒流加热电源的直流输出端用电缆连接在待融冰输电线路的两根相线端点上；其特征在于：所述直流恒流加热电源，包括有多个相同且由交流整流单元（1）、滤波单元（2）、场效应管高频逆变单元（3）、高频变压器降压单元（4）、肖特基二极管整流滤波单元（5）和直流输出单元（6）顺序连接所构成的主回路和一个控制单元；所述控制单元由计算机管理系统（PC）控制的PWM控制电路（PWM）、检测保护电路（9）、给定值设置操作部件（8）和显示电路（10）组成；PWM控制电路（PWM）通过多路驱动电路（7）分别与上述每一主回路中的场效应管高频逆变单元（3）相连接；PWM控制电路（PWM）还与给定值设置操作部件（8）相连接；所述的检测保护电路（9）有多路取样信号输入端和两路信号输出端，每路取样信号输入端对应连接上述多个主回路之一中的直流输出单元（6）；检测保护电路（9）的两路信号输出端分别连接PWM控制电路（PWM）和显示电路（10）；所述每一主回路的交流整流单元（1）独立连接一台移动式380V交流电源；所述多个主回路中的直流输出单元（6）彼此相并联组成直流输出端。

2.根据权利要求1所述的一种10KV农网配电线路直流融冰装置，其特征在于：所述的待融冰输电线路的两根相线端点是指将待融冰的三相线路改接成其中两相串联的两端点，或两相并联再与第三相串联组合后的两端点。

3.根据权利要求1所述的一种10KV农网配电线路直流融冰装置，其特征在于：所述高频变压器降压单元（4）中有高频变压器，高频变压器所采用的铁芯为非晶软磁材料。

4.根据权利要求1所述的一种10KV农网配电线路直流融冰装置，其特征在于：所述多路驱动电路（7）对所有的主回路中的场效应管高频逆变单元（3）提供同步信号，使各主回路中的直流输出单元（6）同步并联输出直流融冰电流。