CN113964773B - 配网线路带配变快速融冰系统及其融冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网线路带配变快速融冰系统，包括融冰保护模块、融冰电源模块、融冰接入模块、融冰短接模块和若干台智能融冰开关；融冰保护模块保护后端线路和设备，同时将融冰电源模块与母线连接或断开；融冰电源模块提供融冰电流；融冰接入模块将融冰电源模块接入目标线路；融冰短接模块在融冰时将目标线路的末端三相短接；智能融冰开关用于在目标线路正常运行时保持合闸并维持负载运行，并在目标线路异常时保持分闸将负载与配电变压器断开。本发明还公开了一种所述配网线路带配变快速融冰系统的融冰方法。本发明避免了融冰前拉开配变及融冰后恢复时的繁琐操作，减轻融冰实施工作量；而且本发明实施简单方便、操作快捷安全且稳定可靠。

Description

配网线路带配变快速融冰系统及其融冰方法

技术领域

本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种配网线路带配变快速融冰系统及其融冰方法。

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使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。

配网是服务社会的重要公共基础设施，与人民群众的生产生活息息相关。由于配电网线路随用户分布，因此其具有数量多、分布广、高寒山区分布广等特征，而且极易发生严重覆冰，从而导致倒杆断线，进而引发大面积停电，危及人民正常生产生活。

近年来，国内对输电线路融冰技术进行了深入研究并获得了广泛应用，但这些融冰技术研究主要针对110kV及以上电压等级的主网输电线路。由于主网线路一般中间无分支，所以在主网线路一端施加融冰电源、在另一端短接时所构成的融冰电流回路，不会对其他设备产生干扰。但10kV配网线路一般沿线带有大量的配变(配电变压器)，一条配网线路上的配变数量可达数十甚至上百个之多。由于这些配变的存在，使其在实施通流融冰时存在较多限制：

(1)这些配变的存在使得配变内部三相之间可构成电流回路，而不再仅仅是通过融冰短接点构成电流回路。这种现象可能造成配网线路融冰电流的分流，即融冰装置输出融冰电流会沿线逐渐减小，到线路末端时电流可能远小于预期值，从而达不到预期的融冰效果；

(2)当配网线路采用直流融冰时，由于配变直流阻抗很小，为避免融冰电流流过配变时在内部引起直流偏磁问题，融冰期间必须要断开融冰装置接入点到短接点之间沿线的所有配变的高压侧开关，甚至融冰装置接入点外侧(即融冰短接点另一侧)配变的高压侧开关也需要断开，否则会经配变高压侧构成直流电流回路；所以融冰前，需要拉开配变高压侧开关并在融冰结束后恢复。当采用交流融冰方式时，虽然不存在直流偏磁问题，但如果不拉开配变，则融冰电压会经配变输送到用户侧。由于融冰电压一般远低于正常供电电压，用户若误以为线路是不带电状态，此时对用电设备进行操作可能威胁人身安全；此外，这种状态还会引起用户侧一些用电设备，特别是电机类设备，工作在异常状态，严重时会导致用户设备损坏。

因此，为了确保融冰期间的生产安全，现在配网线路融冰时都需要提前将配变拉开，在融冰结束后再恢复。由于配网线路上配变数量多且分布散，有些配变还在山区、林间，覆冰后难以抵达现场；这导致拉开沿线配变的工作量大。据测算，配网线路融冰通流本身一般只需要1小时的时间，但融冰前拉开配变及融冰后恢复配变，有时却需要上十个小时，其结果是配网线路融冰实施的现场操作量太大、用户停电时间长，现场人员难以及时开展融冰，严重制约了配网线路的融冰实施。目前，一种解决方案是在配变高压侧或低压侧配置带遥控的分断开关，在融冰前遥控分开、并在融冰结束后再遥控闭合，依次来避免现场手动操作。但由于配变线路遥控信号需通讯通道，如果采用专用通讯线路，对配网各配变而言成本太高；而且还则存在网络安全隐患，不利于电网的安全稳定。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种实施简单方便、操作快捷安全且稳定可靠的配网线路带配变快速融冰系统。

本发明的目的之二在于提供一种所述配网线路带配变快速融冰系统的融冰方法。

本发明提供的这种配网线路带配变快速融冰系统，包括融冰保护模块、融冰电源模块、融冰接入模块、融冰短接模块和若干台智能融冰开关；融冰保护模块、融冰电源模块、融冰接入模块布置在目标线路的出线变电站内；融冰保护模块、融冰电源模块和融冰接入模块依次串接后，再一同并联在目标线路首端的保护线路开关两端；融冰保护模块的输入端连接变电站内10kV母线；融冰接入模块的输出端连接目标线路的首端；融冰短接模块一端连接目标线路的末端，另一端三相短接；在目标线路从变电站到短接点之间的沿线每一台配电变压器的低压侧均串接一台智能融冰开关；融冰保护模块用于保护后端的融冰电源模块，同时也用于将融冰电源模块与10kV母线进行连接或断开；融冰电源模块用于提供融冰电压电流；融冰接入模块用于将融冰电源模块与目标线路快速连接或断开；融冰短接模块用于在融冰时将目标线路的末端三相短接；智能融冰开关用于在目标线路正常运行时保持合闸并维持带载运行，并在目标线路融冰期间自动保持分闸并将负载与配电变压器的低压侧断开。

所述的智能融冰开关包括欠压脱扣器和自动合闸器，可选用现有带欠压脱扣和来电复位功能的三相空气开关，但其动作阀值需根据融冰需求特殊设置；欠压脱扣器的动作阈值设定为融冰电源模块的出口电压经过配电变压器折算到配电变压器低压侧的数值，欠压脱扣器用于在目标线路停电时及融冰期间断开开关，从而将负载与配电变压器的低压侧断开；自动合闸器的动作阈值设定为目标线路正常运行时配电变压器低压侧的电压下限值，自动合闸器用于在目标线路在融冰结束后线路恢复正常电压时自动合闸将配变低压侧负载接入配网系统，并在线路正常工作时保持合闸并维持负载运行。

所述的智能融冰开关为型号为FXBGQ-4X的三相自复式过欠压保护器。

所述的融冰保护模块为断路器。

所述的融冰电源模块为变压器，变压器的输出电压为目标线路在末端短接时流过所需融冰电流对应的端口线电压。

所述的融冰接入模块为刀闸开关。

所述的融冰短接模块为刀闸开关。

本发明还公开了一种所述配网线路带配变快速融冰系统的融冰方法，包括如下步骤：

S1.将所述的配网线路带配变快速融冰系统接入目标线路；

S2.目标线路正常工作时，线路开关正常闭合，融冰保护模块断开，融冰接入模块断开，融冰短接模块断开，智能融冰开关自动保持闭合，目标线路对沿线低压侧市电用户正常供电；

S3.当目标线路需要融冰时，首先断开目标线路首端的线路开关，此时沿线的智能融冰开关自动断开；然后启动融冰电源模块、闭合融冰接入模块和融冰短接模块；最后闭合融冰保护模块，此时融冰电源模块输出融冰电压电流，目标线路开始通流融冰；

S4.融冰完成后，首先断开融冰保护模块，再断开融冰接入模块和融冰短接模块，将融冰电源模块退出运行；最后闭合目标线路首端的保护断路器，此时目标线路恢复供电，智能融冰开关自动闭合。

本发明提供的这种配网线路带配变快速融冰系统及其融冰方法，融冰期间能自动实现用户设备与电网分断，融冰结束后可随线路复电时自动回复用户设备与电网合闸，不需要手动拉开配变高压侧或低压侧开关，也不需要远程遥控操作，避免了遥控分合闸时的网络安全问题，从而避免了融冰前拉开配变及融冰后恢复时的繁琐操作，有助于减轻融冰实施的工作量，提高融冰实施的快捷性和时效性；而且设备简单易实现，整套系统易于实现；本发明实施简单方便、操作快捷安全且稳定可靠。

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：本发明提供的这种配网线路带配变快速融冰系统，包括融冰保护模块、融冰电源模块、融冰接入模块、融冰短接模块和若干台智能融冰开关；融冰保护模块、融冰电源模块和融冰接入模块依次串接后，再一同并联在目标线路首端的保护断路器(图中标示11)两端；融冰保护模块的输入端连接10kV母线，融冰接入模块的输出端连接目标线路的首端；融冰短接模块一端连接目标线路的末端，另一端三相短接；在目标线路从变电站到短接点之间的沿线每一台配电变压器的低压侧均串接一台智能融冰开关；融冰保护模块用于保护后端的融冰电源模块，同时也用于将融冰电源模块与10kV母线进行连接或断开；融冰电源模块用于提供融冰电压电流；融冰接入模块用于将融冰电源模块与目标线路快速连接或断开；融冰短接模块用于在融冰时将目标线路的末端三相短接；智能融冰开关用于在目标线路正常运行时自动自动保持合闸并维持带载运行，并在目标线路融冰期间自动保持分闸并将负载与配电变压器的低压侧断开。

如图2所示为本发明系统的一种实施例示意图：本发明提供的这种配网线路带配变快速融冰系统，包括融冰保护模块(图中标示1，可以采用断路器)、融冰电源模块(图中标示2，可以采用特制的多档位宽调压融冰变压器，变压器的输出电压为目标线路在末端短接时流过所需融冰电流对应的端口线电压)、融冰接入模块(图中标示3，可以采用刀闸开关)、融冰短接模块(图中标示4，可以采用刀闸开关)和若干台智能融冰开关；融冰保护模块、融冰电源模块和融冰接入模块依次串接后，再一同并联在目标线路首端的保护断路器两端；融冰保护模块的输入端连接10kV母线，融冰接入模块的输出端连接目标线路的首端；融冰短接模块一端连接目标线路的末端，另一端三相短接；在目标线路从变电站到短接点之间的沿线每一台配电变压器的低压侧均串接一台智能融冰开关；融冰保护模块用于保护后端的融冰电源模块，同时也用于将融冰电源模块与10kV母线进行连接或断开；融冰电源模块用于提供融冰电压电流；融冰接入模块用于将融冰电源模块与目标线路快速连接或断开；融冰短接模块用于在融冰时将目标线路的末端三相短接；智能融冰开关用于在目标线路正常运行时保持合闸并维持带载运行，并在目标线路融冰期间自动保持分闸并将负载与配电变压器的低压侧断开。

具体实施时，智能融冰开关包括欠压脱扣器和自动合闸器，可选用现有带欠压脱扣和来电复位功能的三相空气开关，但其动作阀值根据融冰工况特殊设置；欠压脱扣器的动作阈值设定为融冰电源模块的出口电压经过配电变压器折算到配电变压器低压侧的数值，欠压脱扣器用于在目标线路停电或融冰期间自动分闸，从而将负载与配电变压器的低压侧断开；自动合闸器的动作阈值设定为目标线路正常运行时配电变压器低压侧的电压下限值，自动合闸器用于在目标线路正常供电时自动保持合闸并维持负载运行。

前述具有来欠压脱扣器和自动合闸器功能的智能融冰开关已有类似产品，目前常用于光伏并网断路器；但是本发明创新性的克服了传统技术的技术偏见，将用于光伏并网断路器的智能开关用于电网融冰技术领域，特别是配置上与融冰参数相关的特制参数，可实现融冰前自动断开配变低压侧用户、融冰期间保持低压侧用户断开以保持用户用电安全、融冰后线路复电时自动重连市电用户，融冰前后及融冰过程中都不需要再手动或遥控拉开配变，从而减轻了融冰操作工作量，有助于加快融冰快速实施。前述智能开关辅以特殊的连接关系和辅助设备，实现了电网带配变快速融冰。因此其实施简单、操作快捷、安全可靠。

前述系统的工作原理为：

1)在10kV配网线路正常工作时，由于沿线配变低压侧各智能分段开关的端口电压超过其自动上电合闸器动作阀值，该智能分断开关保持闭合，对市电用户正常供电；当10kV配网因故障发生停电时，各智能分段开关的端口电压低于其欠压脱扣器动作阀值，该智能分断开关自动断开，将用户与电网电气分开；当10kV配网线路正常复电时，各智能分段开关的端口电压超过其自动上电合闸器的动作阀值，该智能分断开关自动合闸，对用户正常供电。

2)在配网需要启动覆冰区段的交流融冰时，其必然从原先运行带电状态先停电，再接入交流融冰装置和末端三相短接，然后上电对覆冰线路施加大小合适的融冰电压，经覆冰线路及短接刀闸构成回路后对线路持续通流融冰，融冰结束后再停电，恢复正常接线方式，然后再复电恢复正常运行电压。在此过程中的停电阶段，该智能分断开关已自动断开将用户与电网电气分开；在施加融冰电压并融冰通流过程中，虽然线路带电且配变高低压侧都带电，但由于融冰电压远低于线路正常运行电压，智能分段开关的端口电压也就达不到来电自动合闸器的动作阀值，所以该智能分断开关不会合闸，即在整个融冰期间都保持断开状态，由此就可以实现融冰期间配网线路与用户设备自动分开，避免了手动拉开配变开关，此时沿线配变中仅流过较小的空载励磁电流，其数值很小，对融冰电流分流效果很有限，从而不会影响融冰效果；在融冰结束后恢复配网系统供电时，由于自动上电合闸器的存在，10kV配网线路复电时智能分段开关断开电压数值超过其动作阀值，智能分段开关自动闭合，从而对配变低压侧及用户正常供电，由此也就实现了融冰结束恢复供电时自动合上配变开关。全程不需要人员手动操作配变开关，就能实现融冰期间用户设备安全及融冰。

综合前述过程可知，在前述配网融冰系统中，融冰期间配变高压侧仍然与配网线路相连，配变带电，但其低压侧却会与用户设备断开，由此在融冰期间不会对用户人身及设备安全产生影响。而且配变高压侧接入融冰系统而低压侧断开，根据变压器特性可知，此时配变中会流过与其端口电压相对应的励磁电流，但该电流小于配变空载电流，所有配变励磁电流之和也必然远小于线路正常空载电流，远小于线路负荷电流，就对融冰电流影响很小。而通流融冰结束后，线路再次上电恢复正常电压状态，融冰智能分断开关都能自动合闸而不需要人员手动恢复，而不影响用户供电。

具体实施时，考虑到10kV配网线路长度通常不超过20km，所需融冰电压通常≤6.0kV，而配网线路正常供电运行的线路电压≥8.0kV。再考虑配变额定变比为10kV/400V，因此智能融冰开关的欠压脱扣器动作阀值(线电压)可配置为6.0kV×400V/10kV＝240V；来电自动合闸的动作阀值(线电压)可设置为8.0kV×400V/10kV＝320V。智能融冰开关的额定电压与配变低压侧电压380V相同，其额定电流选择等于或略高于配变低压侧额定电流的规格。

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配网线路带配变快速融冰系统的融冰方法，包括如下步骤：

S1.将所述的配网线路带配变快速融冰系统接入目标线路；

S2.目标线路正常工作时，线路开关正常闭合，融冰保护模块断开，融冰接入模块断开，融冰短接模块断开，智能融冰开关因配变低压侧端口电压超过其自动上电合闸动作阀值而自动保持闭合，目标线路对沿线低压侧市电用户正常供电；

S3.当目标线路需要融冰时，首先断开目标线路首端的线路开关，此时沿线的智能融冰开关因失电、在欠压脱扣器作用下自动断开，将配网线路与低压侧用户隔离开；然后调节融冰电源模块合适档位、闭合融冰接入模块和融冰短接模块；最后闭合融冰保护模块，此时融冰电源模块输出合适的融冰电压电流，目标线路开始通流融冰；此时线路沿线电压从变电站出口到短接点之间依次降低，并在融冰短接模块处降低至零，此时虽然线路带电且配变高低压侧都带电，但由于融冰电压远低于线路正常运行电压，经配变变换后，智能分段开关的端口电压也达不到来电自动合闸器的动作阀值，也低于融冰智能开关的欠压脱扣器动作阀值，所以该智能分断开关不会合闸，即在整个融冰期间都保持断开状态，由此实现融冰期间配网线路与用户设备自动分开，避免了手动拉开配变开关，而且融冰电压不会传导到用户侧，从而保证用户侧安全。

S4.融冰完成后，首先断开融冰保护模块，再断开融冰接入模块和融冰短接模块，将融冰电源模块退出运行；最后闭合目标线路首端的保护断路器，此时目标线路恢复供电，由于智能分段开关中自动上电合闸器的存在，10kV配网线路复电时智能分段开关断开电压数值超过其动作阀值，智能分段开关自动闭合，从而对配变低压侧及用户正常供电，由此也就实现了融冰结束恢复供电时自动合上配变开关。

Claims (8)

1.一种配网线路带配变快速融冰系统，其特征在于包括融冰保护模块、融冰电源模块、融冰接入模块、融冰短接模块和若干台智能融冰开关；融冰保护模块、融冰电源模块、融冰接入模块布置在目标线路的出线变电站内；融冰保护模块、融冰电源模块和融冰接入模块依次串接后，再一同并联在目标线路首端的保护线路开关两端；融冰保护模块的输入端连接变电站内10kV母线；融冰接入模块的输出端连接目标线路的首端；融冰短接模块一端连接目标线路的末端，另一端三相短接；在目标线路从变电站到短接点之间的沿线每一台配电变压器的低压侧均串接一台智能融冰开关；融冰保护模块用于保护后端的融冰电源模块，同时也用于将融冰电源模块与10kV母线进行连接或断开；融冰电源模块用于提供融冰电压电流；融冰接入模块用于将融冰电源模块与目标线路快速连接或断开；融冰短接模块用于在融冰时将目标线路的末端三相短接；智能融冰开关用于在目标线路正常运行时保持合闸并维持带载运行，并在目标线路融冰期间自动保持分闸并将负载与配电变压器的低压侧断开，在融冰结束后线路恢复正常电压时自动合闸将配变低压侧负载接入配网系统。

2.根据权利要求1所述的配网线路带配变快速融冰系统，其特征在于所述的智能融冰开关包括欠压脱扣器和自动合闸器；欠压脱扣器的动作阈值设定为融冰电源模块的出口电压经过配电变压器折算到配电变压器低压侧的数值，欠压脱扣器用于在目标线路融冰前及融冰期间自动分闸，从而将负载与配电变压器的低压侧断开；自动合闸器的动作阈值设定为目标线路正常运行时配电变压器低压侧的电压下限值，自动合闸器用于在目标线路在融冰结束后线路恢复正常电压时自动合闸将配变低压侧负载接入配网系统，并在线路正常工作时保持合闸并维持负载运行。

3.根据权利要求2所述的配网线路带配变快速融冰系统，其特征在于所述的智能融冰开关为型号为FXBGQ-4X的三相四线制自复式过欠压保护器。

4.根据权利要求1~3之一所述的配网线路带配变快速融冰系统，其特征在于所述的融冰保护模块为断路器。

5.根据权利要求1~3之一所述的配网线路带配变快速融冰系统，其特征在于所述的融冰电源模块为变压器，变压器的输出电压为目标线路在末端短接时流过所需融冰电流对应的端口线电压。

6.根据权利要求1~3之一所述的配网线路带配变快速融冰系统，其特征在于所述的融冰接入模块为刀闸开关。

7.根据权利要求1~3之一所述的配网线路带配变快速融冰系统，其特征在于所述的融冰短接模块为刀闸开关。

8.一种权利要求1~7之一所述的配网线路带配变快速融冰系统的融冰方法，其特征在于包括如下步骤：

S1. 将所述的配网线路带配变快速融冰系统接入目标线路；

S2. 目标线路正常工作时，保护线路开关正常闭合，融冰保护模块断开，融冰接入模块断开，融冰短接模块断开，智能融冰开关自动保持闭合，目标线路对沿线低压侧市电用户正常供电；

S3. 当目标线路需要融冰时，首先断开目标线路首端的保护断路器，此时沿线的智能融冰开关自动断开；然后启动融冰电源模块、闭合融冰接入模块和融冰短接模块；最后闭合融冰保护模块，此时融冰电源模块输出融冰电压电流，目标线路开始通流融冰；

S4. 融冰完成后，首先断开融冰保护模块，再断开融冰接入模块和融冰短接模块，将融冰电源模块退出运行；最后闭合目标线路首端的保护断路器，此时目标线路恢复上电，智能融冰开关自动闭合，目标线路对沿线负荷恢复供电。

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