一种通用型便携式配电网线路融冰系统及方法与流程

1.本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种通用型便携式配电网线路融冰系统及方法。


背景技术：

2.冰灾是电力系统常见的自然灾害之一，近年来，随着全球气候变暖，导致部分地区从传统的非重覆冰区域逐渐向重覆冰区域转变，覆冰引起的线路跳闸故障逐渐增多。根据气象局报道，2021年是“双拉尼娜年”(持续至2022年)，冬季冷空气活动频繁，发生了寒潮、暴雪等恶劣天气。相比主网输电线路，配网线路走廊环境复杂，难以采用固定式融冰装置开展线路除冰工作，加之山区道路复杂，给线路复电抢修带来了极大的不便。
3.现有技术在融冰期间电流不能动态调节，须通过预先理论计算出的短路点进行登杆搭接，方案论证时计算量大，对人员技术经验水平要求高，并且在装设短接线时交通风险、涉及人员高空作业，由于线路架设离地距离10米以上，作业风险大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种适用于配电网输电线路的通用型便携式融冰系统及方法，以克服现有技术中融冰电流不连续可调的问题。
5.一种通用型便携式配电网线路融冰系统，包括交流电源、可控整流单元、感应电压抑制单元、融冰电缆、三相融冰线路首端接头和三相融冰线路尾端接头；
6.所述可控整流单元输入端与交流电源输出端连接，输出端与感应电压抑制单元输入端连接；所述感应电压抑制单元输出端通过融冰电缆与融冰线路三相融冰线路首端接头连接；所述三相融冰线路尾端接头安装在三相融冰线路尾端，当进行融冰时，通过线路短接杆完成两相短接。
7.进一步的，可控整流单元直流输出电压的调节范围为0.1u
dm-1 u
dm
，u
dm
为可控整流单元的最大输出直流电压。
8.进一步的，交流电源包括电动汽车电池和逆变电路，所述逆变电路的输入端与电动汽车电池的输出端连接，输出端与可控整流单元输入端连接。
9.进一步的，还包括控制箱，所述控制箱用于控制可控整流单元的输出电压。
10.进一步的，线路短接杆包括绝缘杆、短接臂和线夹；所述绝缘杆一端与短接臂可转动连接，所述短接臂两端均按照有用于夹住导线的线夹。
11.进一步的，绝缘杆和短接臂通过转向套轴套以及绝缘转向轴连接，所述述绝缘杆一端与绝缘转向轴固定连接；所述短接臂穿过转向套轴，所述转向套轴下端开设有用于搭接地线的搭接槽，所述转向套轴套和绝缘转向轴通过紧固件连接。
12.进一步的，线夹为弹簧式线夹，所述短接臂为可伸缩式短接臂；所述弹簧式线夹包括线夹座板，所述线夹座板上设有u形触夹，所述u形触夹的两端之间穿设有双头螺栓，双头螺栓的两端均螺纹连接有螺母，螺母位于u形触夹侧壁外侧；所述u形触夹外壁和螺母之间
装有弹性件。
13.一种配电网线路融冰方法，包括以下步骤：
14.s1，根据线路覆冰状态选择融冰区段，选择交通环境较好处为融冰区段首端，交通环境较差处作为融冰区段尾端；
15.s2，将权利要求1所述的融冰系统移动至融冰区段首端，连接首端接线及融冰电缆；
16.s3，计算最小融冰电流，根据最小融冰电流计算初始融冰电流；
17.s4，在融冰区段尾端短接a、b两相导线，开启交流电源，使得a、b两相导线的电流为起始融冰电流，进行融冰；在融冰区段尾端短接b、c两相导线，开启交流电源，使得a、b两相导线的电流为起始融冰电流，进行融冰；在融冰区段尾端短接a、c两相并进行融冰导线，开启交流电源，使得a、b两相导线的电流为起始融冰电流；所有导线覆冰全部脱落，融冰结束。
18.进一步的，在执行所述步骤s3时，监测融冰电压、电流的变化，当融冰电压数值降低，融冰电流数值增大，且融冰电压低于阈值时，调小融冰电压，直到融冰电流恢复初始融冰时的融冰电流值。
19.进一步的，步骤s4中，先对覆冰量大的导线进行融冰。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
21.本发明提供的一种通用型便携式配电网线路融冰系统，包括便携式移动融冰子系统和线路短接杆；其中便携式移动融冰子系统包括发电系统、可控整流单元和控制系统；发电系统用于提供融冰所需电源，可控整流单元由晶闸管组成三相桥式整流电路，控制系统通过发送触发脉冲至可控整流单元调整晶闸管的开通与关断，由触发角的变化改变可控整流单元的直流输出电压；采用控制箱进行融冰电压电流的波形监测与控制，能够将电流幅值与波形及时反馈至操作人员，操作人员在不同的融冰需求下可控制不同输出电压。
22.进一步的，本发明采用电动汽车电池作为电源，运输方便。
23.进一步的，本发明还提供了一种短接杆，其下部为绝缘杆，上部为用于短接的短接杆，进行线路短接时，操作人员手持绝缘杆来控制短接杆的位置，不用再进行高空作业，有效降低了操作人员的安全风险。
24.本发明提供的短接杆的短接臂的倾斜角度可调，调节方便，可适用于各种两两组合导线的短接，一个短接杆可满足多种情况下使用，节约了制作和运输成本。
25.本发明提供的短接杆的短接臂为可伸缩式短接臂，可完成不同导线间距的配电网线路短接。短接杆的弹簧式线夹的宽度可根据导线直径微调，可应用于不同直径的线路短接，适用范围广，一个短接杆可满足多种情况下使用，节约了制作和运输成本。
26.本发明提供的通用型便携式配电网融冰方法，在计算融冰的系统配置时预先考虑了不同长度及线径下进行融冰的电压、电流范围，在设计整流电路功率时充分考虑了裕度，因此，通过本方法可以省去融冰工作开展前对融冰电压电流的计算，体积便携可抵达复杂恶劣的配电网线路融冰现场，同时在进行融冰时，通过调整电源的输出电压能够满足不同线径的各类配电网融冰要求，可方便运维人员开展配电网线路融冰工作。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本申
请的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定，在附图中：
28.图1为本发明提供的通用型便携式配电网融冰系统结构图；
29.图2为本发明提供的实现上述配电网融冰方法中所需的线路短接杆结构图；
30.图3为图2中i处的示意图；
31.图4为图2中ii处的局部放大图；
32.图5为弹簧式线夹8-3示意图；
33.图6为本发明提供的通用型便携式配电网融冰方法流程图。
34.附图中：1—交流电源，2—控制箱，3—可控整流单元，4—感应电压抑制单元，5—融冰电缆，6-1—a相融冰线路首端接头，6-2—b相融冰线路首端接头，6-3—c相融冰线路首端接头，7-1—a相融冰线路尾端接头，7-2—b相融冰线路尾端接头，7-3—c相融冰线路尾端接头，8-1—绝缘杆，8-2—可伸缩式短接臂，8-3—弹簧式线夹，8-4—转向套轴，8-5—螺栓，8-6—绝缘转向轴，8-7—安装槽，8-8—搭接槽，8-9—安装孔，8-3-1—线夹座板，8-3-2—弹性件，8-3-3—双头螺栓螺母，8-3-4—u形触夹。
具体实施方式
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
36.如图1所示，一种通用型便携式配电网线路融冰系统，由交流电源1、控制箱2、可控整流单元3、感应电压抑制单元4、融冰电缆5、三相融冰线路首端接头和三相融冰线路尾端接头组成。
37.三相融冰线路首端接头包括a相融冰线路首端接头6-1、b相融冰线路首端接头6-2、c相融冰线路首端接头6-3，三相融冰线路尾端接头包括a相融冰线路尾端接头7-1、b相融冰线路尾端接头7-2、c相融冰线路尾端接头7-3。
38.可控整流单元3输入端与交流电源1输出端连接，输出端与感应电压抑制单元4输入端连接；控制箱2通过控制电缆及测量电缆与可控整流单元3的控制端连接；感应电压抑制单元4输出端与感应电压抑制单元4输出端通过融冰电缆5与三相融冰线路首端接头连接；三相融冰线路尾端接头采用线路短接杆8完成两相短接。
39.交流电源1包括电动汽车自身蓄电池和逆变器，动汽车自身蓄电池容量不低于80kwh，逆变器输出电压为220v，用于提供融冰所需能量，可根据融冰所需功率选配合适的电动汽车，以融冰输出电压60v，融冰电流300a为例，融冰电源所需功率为18kw，以电动汽车蓄电池容量80kwh计，可满足持续开展融冰工作4h。
40.可控整流单元3为由晶闸管组成三相桥式全控整流桥，用于将交流电压转换为直流电压输出，通过电缆与控制箱2相连接。当晶闸管的触发角变化时，输出的直流电压可连续调节。调节范围为为0.1udm-1 udm，其中udm为可控整流单元的最大输出直流电压。控制系统通过电缆向晶闸管的控制极发送触发信号脉冲，控制系统芯片可保证触发角α的范围在0
°‑
180
°
可调。
41.控制系统获得触发信号脉冲的原理为：触发信号脉冲是控制晶闸管打开或者关断的门极电压信号，波形为方波，包含频率，幅值，相位三个参数：由于可控整流单元的输入电压为50hz工频，脉冲信号的频率也为50hz；其输出幅值大于晶闸管门极触发电压的临界值；相位决定了晶闸管的导通时间，即触发角α，通过调节触发脉冲方波的占空比对触发脉冲的相位进行调节，占空比的调节范围为10％-100％。
42.感应电压抑制单元4包括两组串联的r-c电路，两组r-c电路中性点接地，用于抑制线路感应电压。
43.融冰电缆5采用绝缘外皮，其内部芯线截面不小于80mm2。
44.三相融冰线路首端接头采用弹簧式金具与三相导线连接。
45.融冰线路选定后，根据其线路参数可得到融冰区段的阻抗值。以配电网导线lgj-70为例，每公里直流电阻0.2ω。覆冰区段为0.5km，融冰回路为两相串联，lgj-70导线的最小融冰电流为300a，计算得到融冰电压为60v，所需功率为18kw。
46.控制箱2用于操作人员进行融冰操作，包括工控主机、输入终端和显示终端，工控主机上加载有操作软件，其中工控主机通过控制线(通讯电缆或光纤)与可控整流单元3控制端连接，通过测量线(通讯电缆或光纤)与可控整流单元3连接，测量输入电压、输入电流、融冰电压、融冰电流。输入电压为交流电源1的输出电压，输入电流为交流电源1的输出电流，融冰电压为感应电压抑制单元4输出端的电压，融冰电流为感应电压抑制单元4输出端的电压，
47.操作软件可基于windows系统编写，可同时实现电压电流监测和调整。
48.优选的，操作软件可显示融冰电压及电流波形并带有波形存储功能。
49.a相融冰线路尾端接头7-1和b相融冰线路尾端接头7-2仅短接两相导线。
50.参照图2至图5，线路短接杆8结构如附图2所示，由绝缘杆8-1，可伸缩式短接臂8-2，弹簧式线夹8-3，转向套轴8-4，螺栓8-5和绝缘转向轴8-6构成；可伸缩式短接臂8-2伸出长度连续可调。弹簧式线夹8-3包括线夹座板8-3-1，弹性件8-3-2，双头螺栓螺母8-3-3和u形触夹8-3-4。
51.绝缘杆8-1与可伸缩式短接臂8-2通过转向轴和转向轴套8-4转动连接，转向轴与转向轴套连接调节到合适的角度时，螺栓结构与绝缘杆8-1转向轴连接紧固，夹紧并限位转向轴套，达到调节绝缘杆8-1与可调长式短接臂8-2的相交角度的目的。可伸缩式短接臂8-2两端固定有弹簧式线夹8-3。
52.绝缘转向轴8-6为台阶轴，转向套轴8-4套在绝缘转向轴8-6外，转向套轴8-4可相对绝缘转向轴8-6转动，以调节可伸缩式短接臂8-2的倾斜角度，当将调节可伸缩式短接臂8-2调节至目标角度后，用螺栓8-5压紧绝缘转向轴8-6和转向套轴8-4，使绝缘转向轴8-6和转向套轴8-4不能相对运动，以保持可伸缩式短接臂8-2的倾斜角度。
53.绝缘转向轴8-6下端一侧开设有用于安装绝缘杆1的安装槽8-7。转向套轴8-4下端开设有搭接槽8-8和用于穿过可伸缩式短接臂8-2的安装孔8-9，搭接槽8-8用于搭接地线，搭接槽8-8和安装孔8-9连通。线路短接杆8工作时，将地线插入安装孔8-9，并使地线和可伸缩式短接臂8-2连接。
54.可伸缩式短接臂8-2由金属内杆和金属外杆构成，金属内杆一端套在金属外杆内，金属外杆一端加工螺纹孔，可调长式短接臂长度调节好后，拧紧螺栓锁死，使得金属内杆和
金属外杆不能相对运动，以可调长式短接臂。
55.弹簧式线夹8-3包括线夹座板8-3-1，线夹座板8-3-1上设有纯铜的u形触夹8-3-4，u形触夹端口处为八字形，u形触夹8-3-4的两端之间穿设有双头螺栓，双头螺栓的两端均螺纹连接有螺母，螺母位于u形触夹8-3-4的外侧。u形触夹8-3-4外壁和螺母之间装有弹性件8-3-2，与双头螺栓螺母结构装配可调节u形触夹8-3-4的接触压力，能够针对不同的工况调整u形触夹8-3-4两端之间的间距，可保证接触压力。
56.其中绝缘杆8-1的绝缘强度应满足配电网安全要求，操作时由人员手持；可伸缩式短接臂8-2材质由金属构成，使用前使用万用表对两端进行短路测试，由于配电网导线尺寸及相间距离各不相同，通过调整可伸缩式短接臂伸出长度与实际融冰线路两相间距离相匹配；弹簧式线夹由于松紧可调，卡住导线后可保证紧密接触不脱落。
57.参照图6，一种通用型便携式配电网线路融冰方法，包括以下步骤：
58.s1，根据线路覆冰状态选择融冰区段，选择交通环境较好处为融冰区段首端，交通环境较差处作为融冰区段尾端；
59.s2，将融冰系统移动至融冰区段首端，完成首端接线及融冰电缆的连接；
60.s3，判断哪一相覆冰量，将覆冰量最大的一相作为优先融冰的对象；
61.s4，根据上一步的判断结果，采用线路短接杆8在融冰区段尾端短接相应的导线进行融冰；
62.进行a相融冰时：开启交流电源1，使得感应电压抑制单元的输出电流为起始融冰电流；连接a相融冰线路尾端接头7-1和b相融冰线路尾端接头7-2，短接a、b两相导线并进行直流融冰；形成的电流回路为：感应电压抑制单元4正极输出
‑‑
a相覆冰导线—融冰线路短接杆7—b相覆冰导线
‑‑
感应电压及时单元4负极。计算最小融冰电流，取最小融冰电流的120％-130％，作为起始融冰电流；当a导线覆冰全部脱落，关闭交流电源1；
63.进行b相融冰时：开启交流电源1，使得感应电压抑制单元的输出电流为起始融冰电流；采用线路短接杆在融冰区段尾端短接b、c两相并进行直流融冰；连接b相融冰线路尾端接头7-2和b相融冰线路尾端接头7-3，短接b、c两相导线并进行直流融冰；形成的电流回路为：感应电压抑制单元4负极输出
‑‑
b相覆冰导线—融冰线路短接杆7—c相覆冰导线
‑‑
感应电压及时单元4正极。计算最小融冰电流，取最小融冰电流+20％-30％，作为起始输出电流；当b导线覆冰全部脱落，关闭交流电源1；
64.进行c相融冰时：开启交流电源1，使得感应电压抑制单元的输出电流为起始融冰电流；采用线路短接杆在融冰区段尾端短接a、c两相并进行直流融冰；连接c相融冰线路尾端接头7-3和a相融冰线路尾端接头7-1，短接a、c两相导线并进行直流融冰；形成的电流回路为：感应电压抑制单元4正极输出
‑‑
a相覆冰导线—融冰线路短接杆7—c相覆冰导线
‑‑
感应电压及时单元4负极。计算最小融冰电流，取最小融冰电流+20％-30％，作为起始输出电流；当c导线覆冰全部脱落，关闭交流电源1；
65.融冰过程中监测融冰电压、电流的变化，当出现融冰电压数值降低，融冰电流数值增大，且融冰电压低于初始值的0.8倍时，调小融冰电压，直到融冰电流恢复初始融冰时的融冰电流值，保证融冰电流始终低于最大融冰电流。
66.步骤s3-s5中通过可控整流单元晶闸管触发角的调节，可以连续改变输出电压的幅值，达到适应不同长度配网线路的融冰需求。
67.融冰过程中融冰电压和融冰电流的幅值及波形可以在控制箱上实时显示，也可以以波形文件的形式保存在sd卡或u盘中，根据具体融冰线路的参数不同，为系统积累运行数据。
68.本发明有效利用了晶闸管可控整流单元输出直流电压连续可调的优点来进行配电网线路融冰，通过调节输出电压达到连续调节融冰电流的目标，不需要提前计算线路参数，不需要额外现场接线，直观获得融冰效果。可响应各类型的配电网线路融冰需求。

技术特征：
1.一种通用型便携式配电网线路融冰系统，其特征在于，包括交流电源(1)、可控整流单元(3)、感应电压抑制单元(4)、融冰电缆(5)、三相融冰线路首端接头和三相融冰线路尾端接头；所述可控整流单元(3)输入端与交流电源(1)输出端连接，输出端与感应电压抑制单元(4)输入端连接；所述感应电压抑制单元(4)输出端通过融冰电缆(5)与融冰线路三相融冰线路首端接头连接；所述三相融冰线路尾端接头安装在三相融冰线路尾端，当进行融冰时，通过线路短接杆(8)完成两相短接。2.根据权利要求1所述的一种通用型便携式配电网线路融冰系统，其特征在于，所述可控整流单元(3)直流输出电压的调节范围为0.1u
dm-1 u
dm
，u
dm
为可控整流单元的最大输出直流电压。3.根据权利要求1所述的一种通用型便携式配电网线路融冰系统，其特征在于，所述交流电源(1)包括电动汽车电池和逆变电路，所述逆变电路的输入端与电动汽车电池的输出端连接，输出端与可控整流单元(3)输入端连接。4.根据权利要求1所述的一种通用型便携式配电网线路融冰系统，其特征在于，还包括控制箱(2)，所述控制箱(2)用于控制可控整流单元(3)的输出电压。5.根据权利要求1所述的一种通用型便携式配电网线路融冰系统，其特征在于，所述线路短接杆(8)包括绝缘杆(8-1)、短接臂和线夹；所述绝缘杆(8-1)一端与短接臂可转动连接，所述短接臂两端均按照有用于夹住导线的线夹。6.根据权利要求5所述的一种通用型便携式配电网线路融冰系统，其特征在于，所述绝缘杆(8-1)和短接臂通过转向套轴(8-4)套以及绝缘转向轴(8-6)连接，所述述绝缘杆(8-1)一端与绝缘转向轴(8-6)固定连接；所述短接臂穿过转向套轴(8-4)，所述转向套轴(8-4)下端开设有用于搭接地线的搭接槽(8-8)，所述转向套轴(8-4)套和绝缘转向轴(8-6)通过紧固件连接。7.根据权利要求5所述的一种通用型便携式配电网线路融冰系统，其特征在于，所述线夹为弹簧式线夹，所述短接臂为可伸缩式短接臂；所述弹簧式线夹包括线夹座板(8-3-1)，所述线夹座板(8-3-1)上设有u形触夹(8-3-4)，所述u形触夹(8-3-4)的两端之间穿设有双头螺栓，双头螺栓的两端均螺纹连接有螺母，螺母位于u形触夹(8-3-4)侧壁外侧；所述u形触夹(8-3-4)外壁和螺母之间装有弹性件(8-3-2)。8.一种配电网线路融冰方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，根据线路覆冰状态选择融冰区段，选择交通环境较好处为融冰区段首端，交通环境较差处作为融冰区段尾端；s2，将权利要求1所述的融冰系统移动至融冰区段首端，连接首端接线及融冰电缆；s3，计算最小融冰电流，根据最小融冰电流计算初始融冰电流；s4，在融冰区段尾端短接a、b两相导线，开启交流电源(1)，使得a、b两相导线的电流为起始融冰电流，进行融冰；在融冰区段尾端短接b、c两相导线，开启交流电源(1)，使得a、b两相导线的电流为起始融冰电流，进行融冰；在融冰区段尾端短接a、c两相并进行融冰导线，开启交流电源(1)，使得a、b两相导线的电流为起始融冰电流；所有导线覆冰全部脱落，融冰结束。9.根据权利要求8所述的配电网线路融冰方法，其特征在于，在执行所述步骤s3时，监
测融冰电压、电流的变化，当融冰电压数值降低，融冰电流数值增大，且融冰电压低于阈值时，调小融冰电压，直到融冰电流恢复初始融冰时的融冰电流值。10.根据权利要求8所述的配电网线路融冰方法，其特征在于，所述步骤s4中，先对覆冰量大的导线进行融冰。

技术总结
本发明公开了一种通用型便携式配电网线路融冰系统及方法，属于电气工程领域，所述系统包括电源、可控整流单元、感应电压抑制模块、控制箱、融冰电缆，融冰线路首端接头及融冰线路尾端接头；电源用于提供融冰所需电源，控制箱通过发送触发脉冲至可控整流单元，控制可控整流单元的直流输出电压；采用工控机进行融冰电压电流的波形监测与控制；采用线路短接杆完成不同导线直径及间距的配电网线路短接。通过本方法可以省去融冰工作开展前对融冰电压电流的计算，体积便携可抵达复杂恶劣的配电网线路融冰现场，同时可以满足不同线径的各类配电网融冰要求，可方便运维人员开展配电网线路融冰工作。冰工作。冰工作。


技术研发人员：朱明曦 韩彦华 李新民 张璐 李伟 蒲路 张鹏 孔志战 胡攀峰 陈松博
受保护的技术使用者：国网（西安）环保技术中心有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/9/6