CN110190647A - 一种10kV配电网不停电电力作业车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种10kV配电网不停电电力作业车，其技术特点在于：包括厢体及其输电电路；所述厢体包括车厢外壳及屏蔽层，在车厢内安装有动力驱动柴油机、机械传动轴及变速机构、箱式变电站、电能储存单元、三相交流同步发电机、换流器组件和换流变压器组；所述三相交流同步发电机、动力驱动柴油机同轴，并经机械传动轴和变速机构组合形成混合驱动力的柴油发电机组；该柴油发电机组还包括控制系统，该控制系统包括主回路开关柜和控制柜；所述电能储存单元依次通过换流器组件和换流变压器组与用户端相连接，用于为用户负荷供电。本发明既能行驶也可发电，汽车行驶的同时就产生电能，使得能源得到充分利用，达到能源节约的效果。
Description
技术领域
本发明属于电力作业车技术领域，涉及一种不停电电力作业车，尤其是一种10kV配电网不停电电力作业车。
背景技术
当前，我国电能充足，广大用户不再受拉闸限电的困扰。而电力线路和电力设备的维护、防腐、检修以及事故处理的施工所造成的工作停电仍然无法避免。尤其是10kV配网带电作业应用范围小，因各种情况的工作停电，使作业区域多路拉闸造成停电数小时以上，这方面的报道比较常见。高可靠性的配电网网架建设仍然赶不上电力发展需求，以都市、省会为中心的点或环供电方式远远落后电力发达国家全面供电的布局。我国的供电可靠率与供电发达国家相比还很落后。所以，加大电力网的投资，加强互联网的建设，完善配电网的配套设施，提高供电可靠性，减少任何情况下的停电户时，是当前电力生产的重中之重。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、安装方法简单、节约能源且适合大规模推广应用的10kV配电网不停电电力作业车。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种10kV配电网不停电电力作业车，包括厢体及其输电电路；所述厢体包括车厢外壳及屏蔽层，在车厢内安装有动力驱动柴油机、机械传动轴及变速机构、箱式变电站、电能储存单元、三相交流同步发电机、换流器组件和换流变压器组；所述三相交流同步发电机、动力驱动柴油机同轴，并经机械传动轴和变速机构组合形成混合驱动力的柴油发电机组；该柴油发电机组还包括控制系统，该控制系统包括主回路开关柜和控制柜；所述电能储存单元包括连接在一起的双电层超级电容器、电感和化学电池组，用于存储电能；该电能储存单元依次通过换流器组件和换流变压器组与用户端相连接，用于为用户负荷供电。
而且，所述输电电路包括：110kV主变压器T1输出两路35kV和10kV两个电压等级，其中35kV经变电所开关K51到变压器后降至10kV，与另一路10kV电压送至环网供电线路相连接，作为环网供电的电源；在环网柱上分段开关，按一定顺序串联分布在环网各区域，或就地连接在电线杆上的小型变电站T1，或通过地下电缆送至较远的箱式变电站T2，用于降至380/220V低压向用户供电。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明的不停电电力作业车是具有发配电功能的检修专用供电车，综合了现代电力电子高技术，将功率达到1000kw以上以柴油机为动力的载重汽车的驱动力柴油机与发电机同轴，并经过机械传动和变速机构组合成柴油发电机组，使其既能行驶也可发电，然后利用超导电感、超级双电层电容器等物理储能器件实现电能的存储。再利用大功率电力电子换流器将储能器件存储的电能转换成高品质、用户可用的交流电能为用户供电，不仅能获得很高的经济效益，更有强大的社会效益。
2、本发明提供一辆能够运输大功率、高容量电能并具有发配电功能的专门用于“工作停电”时的临时供电站，对提供供电可靠性具有重大意义；其制作工艺、安装方法简单，可操作性强，适合大规模推广应用；本发明既能行驶也可发电，汽车行驶的同时就产生电能，使得能源得到充分利用，达到能源节约的效果。
附图说明
图1是本发明的箱体结构图；
图2是本发明的配网接线图；
图3是本发明的自动控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种10kV配电网不停电电力作业车，如图1所示，包括厢体及其输电电路；所述厢体包括车厢外壳及屏蔽层，在车厢内安装有动力驱动柴油机、机械传动轴及变速机构、箱式变电站、电能储存单元、三相交流同步发电机、换流器组件和换流变压器组；所述三相交流同步发电机、动力驱动柴油机同轴，并经机械传动轴和变速机构组合形成混合驱动力的柴油发电机组；该柴油发电机组还包括控制系统，该控制系统包括主回路开关柜和控制柜；所述电能储存单元包括连接在一起的双电层超级电容器、电感和化学电池组，用于存储电能；该电能储存单元依次通过换流器组件和换流变压器组与用户端相连接，用于为用户负荷供电。
所述输电电路包括：110kV主变压器T1输出两路35kV和10kV两个电压等级，其中35kV经变电所开关K51到变压器后降至10kV，与另一路10kV电压送至环网供电线路相连接，作为环网供电的电源；在环网柱上分段开关，按一定顺序串联分布在环网各区域，或就地连接在电线杆上的小型变电站T1，或通过地下电缆送至较远的箱式变电站T2，用于降至380/220V低压向用户供电。
在本实施例中，⑴⑵⑶分别为作业车驾驶室、动力驱动柴油机和休息室；⑷为机械传动轴及变速机构；后部为车载托挂的箱式变电站；⑸为控制、操作盘，PC机监控室；⑹为电能存储单元，由双电层超级电容器、电感和一定量的化学电池组成；⑺为发电机，由于本设计电能存储量极大，发电机除了与柴油机同轴形成混合驱动力之外，主要用于供电站没有跨接电网条件的充电、浮充电和能量补充的后备，所以容量选择相对较低；⑻为换流器组件，由于大功率IGBT三极管、二极管、可控硅组成；⑼为换流变压器组，共三卷，卷1高压侧由六个单元组成，每单元(三相)容量1200kVA，6单元共7200kVA；卷2为换相绕组，每单元(六相)容量200×6＝1200kVA，6单元同样为7200kVA；卷3为低压供电绕组，最大输出容量10000kVA；⑽为高压真空开关K11；⑾低压开关或刀闸；⑿为走廊；⒀为车轮；⒁车厢外壳及屏蔽层；⒂安全接地极。
其中，厢体内各装置的技术规范和功能为：
车体(驾驶室)长宽高mm：2250/2240/3300
发动机：柴油六缸涡轮增压，功率≥800kW
发电机：kW/rpm600/1700
车载托挂供电站箱体尺寸：长(驾驶室+车体)宽高2250+5000/2240/3300
三绕组换流变压器：kVA7200/7200/10000
换流器功率：kW7200
存储能量：kWh，电容器：10000；电池：2500；电感：2500
供电站输出功率：kW1000～6000
具体来说,还需要在车厢内布置发电机组、进风消音装置、电缆卷筒、机组消音排气装置、电器系统、出风消音装置、轴流风机、照明系统、电气系统等装置。
下面分别对厢体内各装置的组成和作用作进一步说明：
1、柴油发电机组
柴油发电机组(简称机组)是内燃发电机组的一种，由柴油机、三相交流同步发电机和控制系统三部分组成。
(1)柴油机
柴油机是一种将燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能的能量转换装置。柴油机是发电机组的动力部分，一般由曲轴连杆机构与机体组件、配气机构与进排气系统、柴油供给系统、润滑系统、冷却系统、启动与电气系统和柴油机增压系统组成。
(2)发电机
发电机以三相交流同步发电机为主，主要由定子、转子、端盖等组成。通常三相交流同步发电机的电枢绕组与三相电网连接，励磁绕组则与直流电源连接。大中型同步发电机为了便于引入或引出电枢电流，一般采用旋转磁极式结构。
(3)控制系统
柴油发电机组的控制系统是机组的配套设备，是柴油发电机组的重要组成部分，是决定柴油发电机组性能及使用技术的核心所在。主要负责机组的检测、控制、调压、配电等。一般由主回路开关柜(一次回路)和控制柜(二次回路)组成。主回路开关柜主要完成系统的电力传输、负载分配、开关输出等强电控制功能，由输出电缆、开关设备、电流互感器、输出接口等组成，其设备的选用及确定由发电机组的输出功率及负载分配技术要求来决定。而控制柜主要完成系统的各种控制、检测和保护等功能。由控制电路、检测仪表、操作组件和通讯电路等组成，其元器件和电路的选用由柴油发电机组的控制功能和控制要求来决定。
2、不停电作业车的配网接线
(1)作业车代替电网电源向用户负荷供电，实施工作区域停电而用户不停电，接线方式既简单又方便，如图2所示。图2中：Ⅰ表示车载供电站技术线路，Ⅱ表示停电工作区，Ⅲ表示负荷用户，Ⅳ表示环网供电线路，Ⅴ表示变电站。
(2)配网接线原理说明
作业车供电站的技术线路如图2中的Ⅰ，由柴油发电机组和开关变压器组和电力电子换流器、能量存储器组成。前者为传统的发供电变电压方式，而后者为现代变电流方式。采用后者，通过对换流器的微机控制，使电网的电能与能量存储器的电能按照一定的数学模式传输和转换。当供电站的换流器并网运行时，如果车内存储的电能足够大，发电机可以不启动。根据计测的交流电流来决定换流器的闭环控制量，调节吸收电网超前或滞后无功功率的大小，以保持供电电压的稳定。如：直接控制电流波形的瞬时值，而采用PWM跟踪技术处理谐波，并向非线性负载注入一定量的有功功率，不仅抑制了谐波，更改善了波形的畸变率。为了提高用电效率，调节电网电压与负载电流趋向于同相位，使功率因数接近于1，从而在一定范围内实现了功率和能量守恒。当电网正常供电时，可以将多余的电能输入到能量存储器，按照检测到的能量存储器电压的高低，决定采用定电压还是定电流向能量存储器充电或浮充电，保证能量存储器有充足的能量。
(3)配电系统与配网接线说明
输电线路将110kV高压送至变电站，如图2中的V。110kV主变压器T1输出两路(35kV和10kV两个电压等级)，其中35kV经变电所开关K51到变压器后降至10kV，与另一路10kV电压送至环网供电线路IV相连，作为环网供电的电源。环网柱上分段开关Kn按一定顺序串联分布在环网各区域，或就地连接在电线杆上的小型变电站T1，或通过地下电缆送至较远的箱式变电站T2，以便降至380/220V低压向用户供电。采用环网供电的好处是缩小了包括支路故障在内的任何情况下的停电范围，更方便了检修工作停电的跨接线。从环网图中可以看出：无论分段开关Kn+1～Kn～Kn-1区段发生任何原因的停电，都不会影响相邻Kn-1～Kn-2或Kn+1～Kn区段间向用户供电。
3、不停电作业车的运行方式
不停电电力作业车无论在车库待命，还是在行驶期间，都时刻处于浮充电状态，并尽量利用后半夜用电低谷接通K111，经过换流器的控制向储能系统大电流充电，保持供电站有足够多的能量储备。
车载供电站可在不同工作条件下应用，简述如下：
(1)工作停电：断开环网分段开关K5、K6，即实现了Ⅱ区域工作停电，便可检修K5～K6间的线路，开关Kn0～K10、变压器T1、T2、低压开关K101。值得注意的是：为了保证用户不停电，应向用户先供电后，再实施工作停电。
(2)有跨接条件：连接线跨接于分段开关K5、K6，有电侧a点或b点(按照规程实施高架法带电作业)。电能经跨接线L0、开关K111、同期开关K01送至变压器Tc，经变压器降压输出到连接线L2，低压开关K211、K212和K106与电网电源并联，则实施了电源的转移。
(3)无跨接条件：K111无电源相连；启动发电机，接通K001，并将供电站存储的电能经过换流器的控制转换的交流，直接通过换流变压器向用户供电，从而完成了电源的置换。
(4)若高压供给的环网电源，因工作停电，可由供电站代替环网电源，即可检修高压变压器T2、开关K51及线路。
从图2接线的工作停电过程可知，有了不停电电力作业车这一机动灵活的供电方式，可显著提高供电的可靠性。
4、不停电电力作业车的自动控制系统
作业车电源在工作时，为了随时观察和了解柴油发电机组的工作情况，通常需要在车载上设置一个机组开关屏，操作人员需要从装在开关屏上的各种仪表观察柴油机各系统的运转是否正常。一旦机组出现故障，操作人员通过各种仪表指示才能判断出来，如果出现误判或者漏判，将可能损坏机组设备。如果在电源车中采用柴油发电机组的自动监测和保护系统，在机组运行过程中，能自动监测柴油机的油温、水温、油压及发电机发出的电压、电流、频率等参数，当某项不正常时，可以自动报警并进行相应的处理或者关机。
柴油机的监控保护系统是考虑柴油机工作状态超过极限，引起柴油机损坏、甚至破坏周围环境而设计的，并且是与电子调速器相互匹配的自动保护系统，用来监测和控制柴油机的运行情况，具有转速、机油压力、冷却水温度、蓄电池电压显示及超速、机油压力低、冷却水温度高预报警或报警功能。
为使电站能更好地发挥效用，用PLC对其控制部分进行改进设计，实现了对移动电站的运行及运行过程中可能出现的故障的检测、报警和采取相应保护措施的自动控制，提高了移动电站的自动化能力，减少了操作人员的工作量，降低了人为因素引起故障的可能性。
自动控制系统的控制原则
作业车的主要作用是向负载提供三相、50Hz、400V的工频电能，它可实现手动/自动操作。
对其自控部分进行了改进性设计，正常情况和故障情况下的处理原则如下述：
一、正常情况的控制原则
(1)正常启动和停机时
正常起动(自动进行间隔为10s的3次起动)→起动成功→怠速3min升速至额定转速→投入发电检测和油机保护(间隔5s送电)→正常工作→发停机信号→卸载→降速至油门下限→怠速30s→关油路→3min后开油路(便于下次起动)。
(2)紧急启动与停机
紧急起动(自动进行间隔为10s的3次起动)→起动成功→快速升速至额定转速→投入发电检测和油机保护(间隔5s送电)→正常工作→发紧急停机信号→卸载→关油路→3min后开油路(便于下次起动)。
二、故障情况的处理原则
(1)起动前车厢内的环境温度低于0℃时，环温低信号灯亮，且无法起动柴油机。
(2)3次起动失败后，PLC将声光报警(声报警10s，光报警直到复位)并自动关机。
(3)运行中出现机油压力低、电压异常、飞车等故障时，PLC将立即卸载、紧急停机，并声光报警(声报警10s，光报警到关机后开油路)。
(4)当柴油机运行中遇到油、水温高等故障时，PLC立即卸载，并按正常停机处理，同时驱动相应的报警信号灯亮，直到关机后打开油路时才灭。
本发明的工作过程为：
(1)开机阶段
根据需要，柴油机的启动方式分正常和紧急启动。自动开机时，若1次启动不成功，在PLC的控制下自行连续启动3次，每次间隔10s，3次启动均不成功，输出启动失败信号(启动失败信号灯亮，声音报警10s)并自动关机。
正常起动时，柴油机启动成功后怠速3min，而紧急启动时则直接升速。正常启动和紧急启动信号由操作人员通过按钮输入，它们与正常和紧急停机信号一起构成了PLC控制中仅有的4个人为输入信号。
(2)送电阶段
柴油机达到额定转速并延时5s后可送电，送电后，PLC主要对移动电站进行监控，针对所出现的异常情况报警并采取相应处理措施。电压异常信号来自电压检测元件板，如电压高或低时，PLC报警并进入紧急停机。PLC对柴油机的冷却水和机油温度进行循环检测，水温和油温信号来自相应的温度传感器。当水温和油温超过规定温度值时，PLC将输出相应的报警信号，并进入正常停机。
(3)停机阶段
根据需要，车载供电站设置了正常和紧急停机2种方式。正常停机方式使移动电站自动按照断电、降速、怠速运行、关油路的顺序停机，而紧急停机方式则是直接断电、关油路。
油门上下限信号取自相应行程开关，无论转速是否达到要求，油门上限时不允许升速，下限时不允许降速。
综上所述,流程如图3所示，由图3可知，自动控制工作主要完成了自启动、自动送电、频率调整、电压检测及压力、温度保护等功能。
本发明的工作原理是：
本发明提供一种10kV配电网不停电电力作业车，根据配网系统状况和器件水平，分析不停电电力作业车的可行性，着重研究不停电电力作业车的实现，包括其结构、技术规范和主要的功能。将功率达到1000kw以上以柴油机为动力的载重汽车的驱动力柴油机与发电机同轴，并经过机械传动和变速机构组合成柴油发电机组，使其既能行驶也可发电，然后利用超导电感、超级双电层电容器等物理储能器件实现电能的存储。再利用大功率电力电子换流器将储能器件存储的电能转换成高品质、用户可用的交流电能。研究的不停电电力作业车，当工作区需要停电时，可以利用其对用户供电，以实现供电区停电而用户正常用电。推广应用10kV以下配电网不停电作业，不断提高电能质量、供电可靠性和用电管理水平。
需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种10kV配电网不停电电力作业车，其特征在于：包括厢体及其输电电路；所述厢体包括车厢外壳及屏蔽层，在车厢内安装有动力驱动柴油机、机械传动轴及变速机构、箱式变电站、电能储存单元、三相交流同步发电机、换流器组件和换流变压器组；所述三相交流同步发电机、动力驱动柴油机同轴，并经机械传动轴和变速机构组合形成混合驱动力的柴油发电机组；该柴油发电机组还包括控制系统，该控制系统包括主回路开关柜和控制柜；所述电能储存单元包括连接在一起的双电层超级电容器、电感和化学电池组，用于存储电能；该电能储存单元依次通过换流器组件和换流变压器组与用户端相连接，用于为用户负荷供电。
2.根据权利要求1所述的一种10kV配电网不停电电力作业车，其特征在于：所述输电电路包括：110kV主变压器T1输出两路35kV和10kV两个电压等级，其中35kV经变电所开关K51到变压器后降至10kV，与另一路10kV电压送至环网供电线路IV相连接，作为环网供电的电源；在环网柱上分段开关，按一定顺序串联分布在环网各区域，或就地连接在电线杆上的小型变电站T1，或通过地下电缆送至较远的箱式变电站T2，用于降至380/220V低压向用户供电。
Priority Applications (1)
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