CN113964772A - 10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统及融冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，包括融冰保护模块、旁路供电开关、融冰电源模块和融冰短接模块；融冰保护模块连接或断开融冰目标线路与前段正常线路，并保护保护后端线路和设备；旁路供电开关在正常工作时短接融冰电源模块，在融冰时切断目标线路和前段正常线路；融冰电源模块提供融冰电压电流；融冰短接模块在融冰时将目标线路末端三相短接。本发明实现了配网线路末端重覆冰段的精准融冰，融冰期间停电范围小、且系统容量小、体积小、重量轻，融冰操作量少，实施简单方便，安全可靠。

Description

10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统及融冰方法

技术领域

本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统及融冰方法。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。

配网是服务社会民生的重要公共基础设施。配网由于配电网线路随用户分布，因此具有数量多、分布广和处于高寒山区等微地形微气象特征。而且，配网线路极易发生严重覆冰，从而导致倒杆断线，引发大面积停电。因此，对覆冰线路进行融冰就显得尤为重要。对覆冰线路实施电流融冰，是目前唯一获得大规模应用的电网高效除冰手段。

自2008年后，国内外对110kV及以上主网输电线路的融冰技术研究已取得突破，并获得大面积推广应用。但这些融冰技术主要适用于主网线路而不适用于配网：因为主网输电线路一般无分支，而配网线路沿线连接有大量配电变压器且分支众多，对配网无论是直流融冰还是交流融冰，融冰前需拉开沿线配变开关，操作量较大，比主网融冰实施困难。

此外国内还提出了一些配网电流融冰方案，采用由中频汽油发电机供电的便携式超短距离配网直流融冰装置，可在配网线路中间一点接入，一次可对配网线路数百米线区段实施分段融冰。但因发电机本身较重，虽然采用中频发电技术来降低体积重量，但装置仍然较重、融冰距离较短(12kW额定容量下，重110kg，融冰距离约200m)，难以运抵远离道路的山区林间进行现场融冰。

有些电流融冰技术，采用自带车载柴油发电机组，额定容量达到320kW、融冰距离2.5km，融冰距离较长，大幅提高了融除冰效率。但冬季覆冰后山区道路不好，融冰车在山区道路覆冰后车辆难以抵达现场，现场应用情况仍然不佳。

还有些电流融冰技术，利用部署在110kV/35kV变电站的融冰变压器对配网线路全线进行融冰，融冰距离达25km，但由于配网沿线存在大量配变(可达数十台)，融冰前需拉开沿线配变开关，融冰操作量较大。由于配网线路一般末端或局部区段覆冰较重，利用前述融冰系统时会对整条配网线路进行停电，停电范围大，融冰前拉开配变开关及融冰后恢复的操作量大，现场实施困难。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够实现局部融冰并保证其他供电区段正常供电，而且实施简单方便的10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统。

本发明的目的之二在于提供一种所述10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统的融冰方法。

本发明提供的这种10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，包括融冰保护模块、旁路供电开关、融冰电源模块和融冰短接模块；融冰保护模块串接在目标线路的首端，用于连接或断开目标线路与前段正常线路，并保护后端目标线路、旁路供电开关、融冰电源模块和融冰短接模块；融冰电源模块并接在旁路供电开关两端，用于在需要融冰时提供所需融冰电压电流；旁路供电开关设置在融冰保护模块的输出端，并串接在目标线路上，用于在目标线路在正常供电时对融冰电源模块进行旁路短接，以及在进行融冰操作时切断目标线路与前段正常线路之间的连接；融冰短接模块设置在目标线路的末端，用于在融冰时将目标线路末端三相短接以构成融冰电流回路。

所述的融冰电源模块包括输入隔离单元、融冰变压器和输出隔离单元；输入隔离单元、融冰变压器和输出隔离单元依次串接；输入隔离单元的输入端连接融冰保护模块的输出端，输出隔离单元的输出端连接旁路供电开关的输出端；输入隔离单元和输出隔离单元均用于在目标线路正常工作时将融冰变压器与目标线路隔离，以及在目标线路融冰时将融冰变压器与目标线路连接；融冰变压器用于提供目标线路融冰时所需的电压电流。

所述的输入隔离单元可以为刀闸开关，也可以为临时接线。

所述的输出隔离单元可以为刀闸开关，也可以为临时接线。

所述的融冰变压器为专用变压器；变压器为双绕组结构，变压器的副边额定电流按照目标线路线型所对应的融冰电流进行设计，变压器的副边额定相电压按照融冰电流乘以目标线路交流阻抗进行配置，变压器原边额定容量按照3倍副边额定相电压乘以副边额定相电流进行配置，变压器的原边额定电压按照10kV配网线路正常工作电压进行配置。

所述的融冰保护模块为三相分段开关。

所述的旁路供电开关为三相刀闸开关。

所述的融冰短接模块为输出侧三相短接的三相隔离开关或断路器。

本发明还提供了一种所述10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统的融冰方法，包括如下步骤：

S1.在目标线路上永久性连接所述10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统；

S2.在目标线路正常工作时，融冰保护模块闭合、旁路供电开关闭合、输入隔离单元和输出隔离单元断开、融冰短接模块断开，此时前端线路经融冰保护模块和旁路供电开关对目标线路正常供电，融冰电源模块经退出运行；此时目标线路正常工作，对沿线配变提供10kV电源；

S3.当目标线路覆冰后需要进行融冰时，首先融冰保护模块断开，将目标线路与前端正常线路断开；然后旁路供电开关断开，输入隔离单元和输出隔离单元闭合，将融冰电源模块接入目标线路，融冰短接模块闭合并将目标线路末端短接，融冰电源模块切换为工作状态；最后融冰保护模块闭合将目标线路与前端正常线路连接；此时融冰电源模块工作，利用从前端线路上获得的10kV电源经变换后为目标线路提供融冰电流，目标线路进行电流融冰操作；

S4.融冰完成后，首先融冰保护模块将目标线路与前端正常线路断开；然后旁路供电开关闭合、输入隔离单元和输出隔离单元断开、融冰短接模块断开，融冰电源模块退出运行；最后融冰保护模块闭合，将目标线路与前端线路恢复正常输电连接；此时目标线路恢复正常供电状态。

本发明提供的这种10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，能够实现仅配网线路末端重覆冰段的精准融冰，相对于现有全线融冰方式，本发明所需融冰系统容量小，相应体积小、重量轻，从而融冰的成本更低；而且由于覆冰区段一般长度短且融冰电压低，所以折算到380V用户侧的电压远低于36V安全电压，所以一般情况下并不需要拉开挂在覆冰区段沿线配变，减少了融冰前去现场拉开配变以及融冰后恢复配变的工作量，大幅降低了整体融冰的工作量，减少了融冰工作的时间；此外，本发明在融冰期间仅需要对易覆冰区段及其后端停电，除此区域以外的配网线路其他区段及分支线都不需要停电也不需要其他任何操作，故而融冰期间停电范围小，融冰负面影响小；而且本发明从配网线路上取电，不需额外配置发电机组或新增供电线路供电，从而降低了融冰供电成本；且该供电方式的供电能力强，可实现融冰容量根据线路重覆冰段的特征自由选配，从而满足对不同长度重覆冰段的分段融冰需求；最后，本发明的融冰现场实施时仅需要倒闸操作，减少了现场接线，提高了融冰效率和现场安全性，而且实施简单方便、适用范围广。

附图说明

图1为本发明系统的功能模块图。

图2为本发明系统的一种实施例示意图。

图3为本发明方法的方法流程示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明系统的功能模块图：本发明提供的这种10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，包括融冰保护模块、旁路供电开关、融冰电源模块和融冰短接模块；融冰保护模块串接在目标线路的首端，用于连接或断开目标线路与前段正常线路，并保护后端目标线路、旁路供电开关、融冰电源模块和融冰短接模块；融冰电源模块并接在旁路供电开关两端，用于在需要融冰时提供所需融冰电压电流；旁路供电开关设置在融冰保护模块的输出端，并串接在目标线路上，用于在目标线路在正常供电时对融冰电源模块进行旁路短接，以及在进行融冰操作时切断目标线路与前段正常线路之间的连接；融冰短接模块设置在目标线路的末端，用于在融冰时将目标线路末端三相短接以构成融冰电流回路。

如图2所示为本发明系统的一种实施例示意图：本发明提供的这种10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，包括融冰保护模块(图中标示1，具体为三相分段开关)、旁路供电开关(图中标示2，具体为三相刀闸开关)、融冰电源模块和融冰短接模块(图中标示6，具体为输出侧三相短接的三相隔离开关或断路器)；融冰保护模块串接在目标线路的首端，用于连接或断开目标线路与前段正常线路，并保护后端目标线路、旁路供电开关、融冰电源模块和融冰短接模块；融冰电源模块并接在旁路供电开关两端，用于在需要融冰时提供所需融冰电压电流；旁路供电开关设置在融冰保护模块的输出端，并串接在目标线路上，用于在目标线路在正常供电时对融冰电源模块进行旁路短接，以及在进行融冰操作时切断目标线路与前段正常线路之间的连接；融冰短接模块设置在目标线路的末端，用于在融冰时将目标线路末端三相短接以构成融冰电流回路。

融冰电源模块包括输入隔离单元、融冰变压器和输出隔离单元；输入隔离单元、融冰变压器和输出隔离单元依次串接；输入隔离单元的输入端连接融冰保护模块的输出端，输出隔离单元的输出端连接旁路供电开关的输出端；输入隔离单元和输出隔离单元均用于在目标线路正常工作时将融冰变压器与目标线路隔离，以及在目标线路融冰时将融冰变压器与目标线路连接；融冰变压器用于提供目标线路融冰时所需的电压电流。

具体实施时，输入隔离单元可以为刀闸开关，也可以为临时接线；输出隔离单元可以为刀闸开关，也可以为临时接线；融冰变压器为专用变压器；变压器为双绕组结构，变压器的副边额定电流按照目标线路线型所对应的融冰电流进行设计，变压器的副边额定相电压按照融冰电流乘以目标线路交流阻抗进行配置，变压器原边额定容量按照3倍副边额定相电压乘以副边额定相电流进行配置，变压器的原边额定电压按照10kV配网线路正常工作电压进行配置。

如图3所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种所述10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统的融冰方法，包括如下步骤：

S1.在目标线路上永久性连接所述10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统；

S2.在目标线路正常工作时，融冰保护模块闭合、旁路供电开关闭合、输入隔离单元和输出隔离单元断开、融冰短接模块断开，此时前端线路经融冰保护模块和旁路供电开关对目标线路正常供电，融冰电源模块经退出运行；此时目标线路正常工作，对沿线配变提供10kV电源；

S3.当目标线路覆冰后需要进行融冰时，首先融冰保护模块断开，将目标线路与前端正常线路断开；然后旁路供电开关断开，输入隔离单元和输出隔离单元闭合，将融冰电源模块接入目标线路，融冰短接模块闭合并将目标线路末端短接，融冰电源模块切换为工作状态；最后融冰保护模块闭合将目标线路与前端正常线路连接；此时融冰电源模块工作，利用从前端线路上获得的10kV电源经变换后为目标线路提供融冰电流，目标线路进行电流融冰操作；

S4.融冰完成后，首先融冰保护模块将目标线路与前端正常线路断开；然后旁路供电开关闭合、输入隔离单元和输出隔离单元断开、融冰短接模块断开，融冰电源模块退出运行；最后融冰保护模块闭合，将目标线路与前端线路恢复正常输电连接；此时目标线路恢复正常供电状态。

以下结合一个具体实施例，对本发明进行进一步说明：

图2所示为实施例所提及的10kV配网线路末端覆冰区段精准融冰系统的一个实施例。该线路主干线全长20km，线型为LGJ-120，其中前段17km不易覆冰，末端3km为易覆冰区段。在配网线路末端易覆冰区段(目标线路)的首端串联断路器(1)、一台融冰变压器(4)及其输入侧隔离刀闸(3)、输出侧隔离刀闸(5)、旁路开关(2)；在易覆冰区段尾端设置三相融冰短接刀闸(6)。分段断路器(1)串接在10kV配网线路中，融冰变压器(4)的原边与输入侧隔离刀闸(3)串联后再连接到分段断路器(1)的输出侧，其副边经输出侧隔离刀闸(5)串联后再连接到易覆冰线路的首端，旁路开关(2)连接在分段断路器的输出侧到易覆冰区段首端之间。

根据计算，易覆冰区段导线线型LGJ-120，对应的融冰电流范围一般为420-650A，为兼容不同气象条件，可选择较为适中的550A作为本系统额定融冰电流。该导线单位阻抗为0.554Ω/km，其3km导线对应的单相阻抗为0.554Ω/km*3km＝1.66Ω，融冰时所需融冰相电压为550A*1.66Ω＝914V、对应线电压为914V*1.732＝1.58kV；三相融冰视在功率为3*914V*550A＝1.51MVA。

已知易覆冰区段正常负荷电流为100A，对应输送功率为1.732MVA。

此时融冰系统中的各部件参数为：

融冰变压器采用双绕组结构，额定容量1.51MVA，原边额定电压10kV、额定电流87A；副边额定电压914V、额定电流550A；

输入侧隔离刀闸，额定电压10kV、额定电流87A；

输出侧隔离刀闸，额定电压10kV，额定电流550A；

分段断路器可采用配网中常规的跌落式断路器或智能分段开关，额定电压10kV，额定电流选择正常负荷电流100A和融冰变压器原边额定电流87A中的较大值100A；

旁路开关可采用10kV隔离刀闸或跌落式断路器，额定电压10kV，额定电流100A；

融冰短接刀闸，额定电压10kV，额定电流550A，其输出侧三相短接。

当线路正常运行不需要融冰时，分段断路器1和旁路刀闸2闭合，融冰变压器输入侧隔离刀闸3、输出侧隔离刀闸5、三相融冰短接刀闸6都断开，融冰变压器不接入系统，10kV配网线路末端按照正常运行方式运行供电；

当易覆冰区段(目标线路)发生严重覆冰需要融冰时，保持原10kV配网线路前端17km及其上所有配变和分支线正常运行，先将分段断路器1断开，然后将旁路刀闸2断开，将融冰变压器输入侧隔离刀闸3、输出侧隔离刀闸5、三相融冰短接刀闸6都闭合；由于融冰变压器输出电压仅1.58kV、且融冰线路区段沿线电压逐渐下降并在短接处下降到零，所有融冰时沿线配变输入最高电压不超过1.58kV、折算到配变副边相电压不超过35V，如此低的电压在人身安全电压范围以内、同时又不足以启动用户侧设备，故而融冰前后都不需要拉开融冰区段上的配变；当然如果易覆冰区段较长使得对应到配变低压侧时的电压超过36V时，为保证用户人身和设备安全，也可以拉开部分配变的高压侧或低压侧开关，以防止融冰电压送到用户侧；

在融冰准备工作就绪后，再将分段断路器1闭合，利用融冰变压器副边及其输出侧刀闸、易覆冰线路、融冰短接刀闸构成融冰电流回路，对易覆冰区段实施短路通流融冰，直至易覆冰区段上的覆冰全部脱落。此时该10kV配网线路除了易覆冰区段及其后端线路停电融冰外，易覆冰区段之前的主干线及其分支线、配变都正常供电运行；

当易覆冰区段覆冰已全部后，再将分段断路器1断开，然后将融冰变压器输入侧隔离刀闸3、输出侧隔离刀闸5、三相融冰短接刀闸6都断开，再将旁路刀闸闭合2，然后再将分段断路器1闭合，目标线路恢复到正常运行模式。

Claims (9)

1.一种10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，其特征在于包括融冰保护模块、旁路供电开关、融冰电源模块和融冰短接模块；融冰保护模块串接在目标线路的首端，用于连接或断开目标线路与前段正常线路，并保护后端目标线路、旁路供电开关、融冰电源模块和融冰短接模块；融冰电源模块并接在旁路供电开关两端，用于在需要融冰时提供所需融冰电压电流；旁路供电开关设置在融冰保护模块的输出端，并串接在目标线路上，用于在目标线路在正常供电时对融冰电源模块进行旁路短接，以及在进行融冰操作时切断目标线路与前段正常线路之间的连接；融冰短接模块设置在目标线路的末端，用于在融冰时将目标线路末端三相短接以构成融冰电流回路。

2.根据权利要求1所述的10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，其特征在于所述的融冰电源模块包括输入隔离单元、融冰变压器和输出隔离单元；输入隔离单元、融冰变压器和输出隔离单元依次串接；输入隔离单元的输入端连接融冰保护模块的输出端，输出隔离单元的输出端连接旁路供电开关的输出端；输入隔离单元和输出隔离单元均用于在目标线路正常工作时将融冰变压器与目标线路隔离，以及在目标线路融冰时将融冰变压器与目标线路连接；融冰变压器用于提供目标线路融冰时所需的电压电流。

3.根据权利要求2所述的10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，其特征在于所述的输入隔离单元为刀闸开关或临时接线。

4.根据权利要求2所述的10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，其特征在于所述的输出隔离单元为刀闸开关或临时接线。

5.根据权利要求2所述的10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，其特征在于所述的融冰变压器为专用变压器；变压器为双绕组结构，变压器的副边额定电流按照目标线路线型所对应的融冰电流进行设计，变压器的副边额定相电压按照融冰电流乘以目标线路交流阻抗进行配置，变压器原边额定容量按照3倍副边额定相电压乘以副边额定相电流进行配置，变压器的原边额定电压按照10kV配网线路正常工作电压进行配置。

6.根据权利要求1～5之一所述的10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，其特征在于所述的融冰保护模块为三相分段开关。

7.根据权利要求1～5之一所述的10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，其特征在于所述的旁路供电开关为三相刀闸开关。

8.根据权利要求1～5之一所述的10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统，其特征在于所述的融冰短接模块为输出侧三相短接的三相隔离开关或断路器。

9.一种权利哟爱去1～8之一所述的10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统的融冰方法，其特征在于包括如下步骤：

S1.在目标线路上永久性连接所述10kV配网线路末端覆冰区段融冰系统；

S2.在目标线路正常工作时，融冰保护模块闭合、旁路供电开关闭合、输入隔离单元和输出隔离单元断开、融冰短接模块断开，融冰电源模块退出运行；此时前端线路经融冰保护模块和旁路供电开关对目标线路正常供电，目标线路正常工作并对沿线配变提供10kV电源；

S3.当目标线路覆冰后需要进行融冰时，首先融冰保护模块断开，将目标线路与前端正常线路断开；然后旁路供电开关断开，输入隔离单元和输出隔离单元闭合，将融冰电源模块接入目标线路，融冰短接模块闭合并将目标线路末端短接，融冰电源模块切换为工作状态；最后融冰保护模块闭合将目标线路与前端正常线路连接；此时融冰电源模块工作，利用从前端线路上获得的10kV电源经变换后为目标线路提供融冰电流，目标线路进行电流融冰操作；

S4.融冰完成后，首先融冰保护模块将目标线路与前端正常线路断开；然后旁路供电开关闭合、输入隔离单元和输出隔离单元断开、融冰短接模块断开，融冰电源模块退出运行；最后融冰保护模块闭合，将目标线路与前端线路恢复正常输电连接；此时目标线路恢复正常供电状态。

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