本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种配电网线路融冰系统及其融冰方法。
背景技术：
2008年以来，南方大范围雨雪冰冻灾害对湖南、贵州、江西、浙江等省份电力系统造成了重创，配电网线路属于售电的最终端，且分布广泛，多处于微地形微气象区域，倒塔断线事故频发，直接影响到了用户的可靠供电。研究设计的配电网线路融冰系统，是确保冰灾时期用户供电可靠性的关键。
目前关于配电网融冰系统的研究不多，部分科研单位研发的配电网融冰装置主要针对短线路和超短线路融冰，融冰距离基本都在3km以下，只能针对配网支线进行部分融冰，尚未形成针对某一区域的融冰体系。而且配电网线路混合线型多，一般只能对小截面导线实施融冰，融冰困难。发生大范围冰灾时，目前的融冰装置配置尚不足以支撑这一地区配电网系统的所有线路融冰。因此，建立一套的配电网线路融冰系统，涵盖配电网所有主线、长支线、短支线的融冰，根据需融冰区段的不同，选取合适的融冰方法，成为配电网线路提升抵御大范围雨雪冰冻灾害能力中亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种系统针对配电网线路主线、长支线、短支线进行设计，涵盖配电网所有线路的融冰，能够有效提高配电网线路融冰的效率和扩大融冰范围，增强配电网线路抵御大范围雨雪冰冻灾害能力的配电网线路融冰系统及其融冰方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种配电网线路融冰系统，包括主线固定式交流融冰单元、长支线移动式直流融冰单元和短支线便携式直流融冰单元，所述主线固定式交流融冰单元设于变电站内，所述主线固定式交流融冰单元包括融冰开关、融冰保护装置、固定融冰电压输出装置，所述固定融冰电压输出装置的输入端依次通过融冰保护装置、融冰开关和变电站的10kV母线相连，所述融冰开关的控制端和融冰保护装置相连，所述长支线移动式直流融冰单元包括相互连接的移动融冰发电装置和第一融冰整流装置，所述短支线便携式直流融冰单元包括相互连接的便携融冰发电装置和第二融冰整流装置。
优选地，所述长支线移动式直流融冰单元还包括车载底盘，所述移动融冰发电装置和第一融冰整流装置分别装设于车载底盘上。
优选地，所述固定融冰电压输出装置的输出端设有融冰刀闸。
优选地，所述车载底盘上设有第一接线装置，所述第一接线装置和第一融冰整流装置的输出端相连；所述短支线便携式直流融冰单元还包括第二接线装置，所述第二接线装置和第二融冰整流装置的输出端相连。
优选地，所述固定融冰电压输出装置为多档位电压输出装置。
优选地，所述移动融冰发电装置为柴油发电机，所述第一融冰整流装置为六脉波整流装置。
优选地，所述便携融冰发电装置为中频发电机，所述第二融冰整流装置为六脉波整流装置。
本发明还提供一种前述配电网线路融冰系统的融冰方法，步骤包括：
1)检测配电网线路的配电网主线覆冰情况，如果配电网主线达到第一指定比例以上范围发生覆冰，则跳转执行步骤2)；否则当配电网主线局部覆冰时跳转执行步骤3)；
2)如果配电网主线覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将覆冰的配电网主线中的小截面导线作为目标线路，将固定融冰电压输出装置的输出端和目标线路相连并将目标线路的末端短接接地，开启融冰开关对目标线路进行交流融冰；跳转执行步骤4)；
3)如果配电网主线局部覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将局部覆冰的配电网主线中的大截面导线区段作为目标线路，将第一融冰整流装置的输出端和目标线路的一端相连、并将目标线路的末端短接接地，开启移动融冰发电装置对目标线路进行直流融冰；跳转执行步骤4)；
4)检测配电网线路的配电网长支线覆冰情况，如果配电网长支线达到第二指定比例以上范围发生覆冰，则跳转执行步骤5)；否则当配电网长支线局部覆冰时跳转执行步骤6)；
5)如果配电网长支线覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将配电网主线中的小截面导线和覆冰的配电网长支线串联后作为作为目标线路，将固定融冰电压输出装置的输出端和目标线路相连并将目标线路的末端短接接地，开启融冰开关对目标线路进行交流融冰；跳转执行步骤7)；
6)如果配电网长支线局部覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将局部覆冰的配电网长支线作为目标线路，则将第一融冰整流装置的输出端和目标线路的一端相连、并将目标线路的末端短接接地，开启移动融冰发电装置对目标线路进行直流融冰；跳转执行步骤7)；
7)针对配电网线路部分档距之间的目标线路发生覆冰或长支线移动式直流融冰单元和短支线便携式直流融冰单元无法开展融冰的目标线路，如果目标线路覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将第二融冰整流装置的输出端和目标线路的一端相连并将目标线路的末端短接接地，开启便携融冰发电装置对目标线路进行直流融冰。
优选地，所述和目标线路的一端相连具体是指分别通过接线线夹和目标线路的每一相导线一端相连。
优选地，所述将目标线路的末端短接接地是指分别通过短接线将目标线路末端的每一相导线公共连接后再通过接地钉接地。
本发明配电网线路融冰系统具有下述优点：
1、本发明配电网线路融冰系统包括主线固定式交流融冰单元、长支线移动式直流融冰单元和短支线便携式直流融冰单元，通过主线固定式交流融冰单元、长支线移动式直流融冰单元和短支线便携式直流融冰单元能够同时涵盖不同配电网线路长度，可实现某一区域所有配电网的融冰，极大地提高了配电网线路抵御大范围雨雪冰冻灾害的能力。
2、本发明配电网线路融冰系统包括主线固定式交流融冰单元、长支线移动式直流融冰单元和短支线便携式直流融冰单元，采取了从变电站取电源、车载电源以及便携电源三种取电方式，兼顾配网线路融冰时融冰容量与融冰便捷性，可实施性强。
3、本发明配电网线路融冰系统包括主线固定式交流融冰单元、长支线移动式直流融冰单元和短支线便携式直流融冰单元，针对不同的线路长度，可以灵活选取交直流融冰方式，减小了系统运行维护的工作量，融冰机动性强，融冰效率高。
4、本发明配电网线路融冰系统包括主线固定式交流融冰单元、长支线移动式直流融冰单元和短支线便携式直流融冰单元，通过针对不同线路类型和长度可以选择不同的融冰方式，很好地解决了配电网中混合线型多，融冰困难的难题。
5、本发明针对部分线路进行融冰时，可实现主线不停电，提高了配电网线路融冰时的供电可靠性。
附图说明
图1为本实施例配电网线路融冰系统的结构示意图。
图例说明：1、主线固定式交流融冰单元；11、融冰开关；12、融冰保护装置；13、固定融冰电压输出装置；14、融冰刀闸；2、长支线移动式直流融冰单元；21、移动融冰发电装置；22、第一融冰整流装置；23、车载底盘；24、第一接线装置；3、短支线便携式直流融冰单元；31、便携融冰发电装置；32、第二融冰整流装置；33、第二接线装置。
具体实施方式
如图1所示，本实施例配电网线路融冰系统包括主线固定式交流融冰单元1、长支线移动式直流融冰单元2和短支线便携式直流融冰单元3，主线固定式交流融冰单元1设于变电站内，主线固定式交流融冰单元1包括融冰开关11、融冰保护装置12、固定融冰电压输出装置13，固定融冰电压输出装置13的输入端依次通过融冰保护装置12、融冰开关11和变电站 的10kV母线相连，融冰开关11的控制端和融冰保护装置12相连，长支线移动式直流融冰单元2包括相互连接的移动融冰发电装置21和第一融冰整流装置22，短支线便携式直流融冰单元3包括相互连接的便携融冰发电装置31和第二融冰整流装置32。
本实施例中，变电站的10kV母线可以根据需要取自对应地区配网35kV或110kV变电站，融冰开关11采用市售KYN28型10kV开关柜；融冰保护装置12采用市售XDBH-10型保护装置，具备过速断保护、流保护、差动保护功能，同时具备励磁涌流识别制动功能，融冰发生故障时跳开融冰开关11切断电源；本实施例中，固定融冰电压输出装置13为多档位电压输出装置，具体采用XDRB-7000型融冰装置，容量为7000kVA，输入电压为10kV，可根据线路阻抗选择不同档位融冰电压，以满足不同线路类型及长度的融冰需要。本实施例中，固定融冰电压输出装置13的输出端设有融冰刀闸14，通过融冰刀闸14能够方便地控制固定融冰电压输出装置13的电压输出，安全可靠。融冰刀闸14具体采用XDDZ-10.5型刀闸，额定电压为10.5kV，三相联动以提高操作的可靠性。
主线固定式交流融冰单元1主要针对配电网主线融冰进行设计，部件建在配网变电站内部，在工作状态下，从配网变电站10kV母线取电源，连接到融冰开关11，融冰开关11连接融冰保护装置12，融冰保护装置12连接固定融冰电压输出装置13，固定融冰电压输出装置13连接融冰刀闸14，融冰刀闸14通过所述接线线夹接入到待融冰导线，在导线末端通过短接线进行三相短接接地，实现交流融冰。配网主线线路长，融冰功率大，自带发电系统的融冰装置无法满足其融冰容量，且配网导线线径小，电抗分量与电阻分量相当，大功率融冰时直流融冰较交流融冰优势并不明显，因此本实施例的主线固定式交流融冰单元1采取从变电站10kV母线就地取电源的方式，输入到固定融冰电压输出装置13，固定融冰电压输出装置13低压电压可调，可根据不同出线选择合适的档位，输出三相交流电压，固定融冰电压输出装置13通过接线线夹接入待融冰主线，在主线末端通过短接线进行三相短接接地，合上融冰开关11，即可实现交流融冰，融冰时通过融冰保护装置12对所有设备进行保护，故障时跳开融冰开关11。主线固定式交流融冰单元1可针对5km-30km的主线导线进行融冰。
本实施例中，移动融冰发电装置21为柴油发电机，第一融冰整流装置22为六脉波整流装置。移动融冰发电装置21具体采用市售康明斯柴油发电机，发电功率为320kW，最高输出电压为400V，每次可持续发电15小时；第一融冰整流装置22采用XDZL-600型六脉波整流装置，整流功率600kW。本实施例中，长支线移动式直流融冰单元2还包括车载底盘23，车载底盘23采用市售的五十铃箱式货车，移动融冰发电装置21和第一融冰整流装置22分别装设于车载底盘23上。本实施例中，车载底盘23上设有第一接线装置24，第一接线装置24和第一融冰整流装置22的输出端相连，第一接线装置24具体采用YDJX-500型接线装置， 将第一融冰整流装置22的直流输出正负极与三相线路对接，额定电流为500A。
长支线移动式直流融冰单元2主要针对配电网长支线或主线局部融冰时进行设计，部件可通过车载底盘23实现移动，由移动融冰发电装置21作为电源，接入到第一融冰整流装置22，移第一融冰整流装置22连接到第一接线装置24，第一接线装置24实现直流正负极与交流三相之间的对接，第一接线装置24通过所述接线线夹接入到待融冰导线段首端，在待融冰导线段末端通过所述短接线进行三相短接接地，实现长支线或主线局部直流融冰。配网线路线型复杂，支线及部分主线上往往存在多种线型混合架设的情况，直接采取主线固定式交流融冰单元1只能对线径小的导线进行融冰，对线径大的导线进行融冰时存在烧断小线径导线的风险。长支线移动式直流融冰单元2采用移动融冰发电装置21作为电源，经过第一融冰整流装置22整流后，通过接线线夹后接入到待融冰导线段，在待融冰导线段末端通过短接线进行三相短接接地，启动移动融冰发电装置21即可实现长支线或部分主线直流融冰。长支线移动式直流融冰单元2整体集成于车载底盘23之上，可灵活实现移动，采用直流融冰能够降低移动融冰发电装置21容量，减小车载底盘23的体积，可选择性地对不同覆冰区段进行直流融冰。长支线移动式直流融冰单元2可针对0-5km的支线及局部主线进行融冰。
本实施例中，便携融冰发电装置31为中频发电机，第二融冰整流装置32为六脉波整流装置。便携融冰发电装置31具体采用市售TF-12型中频发电机，发电功率为12kW，最大输出电压为24V，重量为70kg；第二融冰整流装置32具体采用XDZL-15型六脉波整流装置，整流功率15kW。本实施例中，短支线便携式直流融冰单元3还包括第二接线装置33，第二接线装置33和第二融冰整流装置32的输出端相连。第二接线装置33具体采用YDJX-400型接线装置，将第二融冰整流装置32的直流输出正负极与三相线路对接，额定电流为400A。短支线便携式直流融冰单元3主要针对配电网短支线或车辆无法抵达的线路融冰进行设计，短支线便携式直流融冰单元3可基于便携融冰发电装置31作为承载主题实现移动融冰，由便携融冰发电装置31作为电源，接入到第二融冰整流装置32，第二融冰整流装置32接入到第二接线装置33，第二接线装置33通过所述接线线夹接入到待融冰导线段首端，在待融冰导线段末端通过所述短接线进行三相短接接地，实现短支线或车辆无法抵达的线路的直流融冰。许多配电网处于微地形微气象明显的偏远山区，覆冰情况严重但交通极为不便，车辆进入困难。短支线便携式直流融冰单元3采取小型发电平台的模式，采取可4人搬运的便携融冰发电装置31作为融冰电源，经过第二融冰整流装置32整流后，通过接线线夹后接入到待融冰导线段，在待融冰导线段末端通过短接线进行三相短接接地，启动便携融冰发电装置31即可实现短支线或车辆无法抵达线路的直流融冰。短支线便携式直流融冰单元3可针对0-400m的导线进行融冰。
综上所述，本实施例配电网线路融冰系统包括主线固定式交流融冰单元1、长支线移动式直流融冰单元2和短支线便携式直流融冰单元3，具备多种取电方式，可灵活选择交直流融冰方式，融冰机动性强，很好地解决配电网中混合线型多，融冰困难的难题，涵盖了某一区域所有配电网的融冰，极大地提高配电网线路抵御大范围雨雪冰冻灾害的能力。
本实施例配电网线路融冰系统的融冰方法的步骤包括：
1)检测配电网线路的配电网主线覆冰情况，如果配电网主线达到第一指定比例(本实施例中具体取值为30％，可根据需要进行调整)以上范围发生覆冰，则跳转执行步骤2)；否则当配电网主线局部覆冰时跳转执行步骤3)；
2)如果配电网主线覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将覆冰的配电网主线中的小截面导线作为目标线路，将固定融冰电压输出装置13的输出端和目标线路相连并将目标线路的末端短接接地，开启融冰开关11对目标线路进行交流融冰；跳转执行步骤4)；
3)如果配电网主线局部覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将局部覆冰的配电网主线中的大截面导线区段作为目标线路，将第一融冰整流装置22的输出端和目标线路的一端相连、并将目标线路的末端短接接地，开启移动融冰发电装置21对目标线路进行直流融冰；跳转执行步骤4)；
4)检测配电网线路的配电网长支线覆冰情况，如果配电网长支线达到第二指定比例以上范围发生覆冰，则跳转执行步骤5)；否则当配电网长支线局部覆冰时跳转执行步骤6)；
5)如果配电网长支线覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将配电网主线中的小截面导线和覆冰的配电网长支线串联后作为作为目标线路，将固定融冰电压输出装置13的输出端和目标线路相连并将目标线路的末端短接接地，开启融冰开关11对目标线路进行交流融冰；跳转执行步骤7)；
6)如果配电网长支线局部覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将局部覆冰的配电网长支线作为目标线路，则将第一融冰整流装置22的输出端和目标线路的一端相连、并将目标线路的末端短接接地，开启移动融冰发电装置21对目标线路进行直流融冰；跳转执行步骤7)；
7)针对配电网线路部分档距之间的目标线路发生覆冰或长支线移动式直流融冰单元2和短支线便携式直流融冰单元3无法开展融冰的目标线路，如果目标线路覆冰达到预设的覆冰警戒值，则将第二融冰整流装置32的输出端和目标线路的一端相连并将目标线路的末端短接接地，开启便携融冰发电装置31对目标线路进行直流融冰。
本实施例中，和目标线路的一端相连具体是指分别通过接线线夹和目标线路的每一相导线一端相连。本实施例中，接线线夹采用XDJJ-2型快速接线线夹，线夹可直接挂接与待融冰线路首端。本实施例中，将目标线路的末端短接接地是指分别通过短接线将目标线路末端的 每一相导线公共连接后再通过接地钉接地。本实施例中，短接线采用XDDJ-3型短接装置，装置具备接地钉。
例如配电网线路中，某配电网主线为LGJ-95与LGJ-70混合线型、长度为15km，其中LGJ-95导线长9km，LGJ-70导线长6km，LGJ-70导线中有5km区段出现严重覆冰，即将达到覆冰警戒值。根据本实施例配电网线路融冰系统的融冰方法，针对该变电站主线采用主线固定式交流融冰单元1进行交流融冰，主线阻抗：4.99+j6.00Ω，LGJ-70导线融冰电流范围为290A～420A，根据式(1)和(2)所示交流融冰计算公式可计算出融冰电压范围为3918V～5674V。
式(1)和(2)中，Umin为融冰电压范围的最小值，Umax为融冰电压范围的最大值，Imin为导线融冰电流范围最小值，Imax为导线融冰电流范围最大值，R为线路电阻值，X为线路电感值。选取固定融冰电压输出装置13融冰电压在此范围之内，设定融冰保护装置12的保护定值，合上融冰刀闸14，通过接线线夹连接固定融冰电压输出装置13与待融冰导线首端，在导线末端进行三相短接，合上融冰开关11(断路器)，即可开始对导线进行融冰。融冰结束后断开融冰开关11，拆除接线。
例如配电网线路中，某地区一条LGJ-50支线出现3km严重覆冰，即将达到覆冰警戒值，当地交通适合长支线移动式直流融冰单元2进入，根据本实施例配电网线路融冰系统的融冰方法，可采取通过长支线移动式直流融冰单元2进行长支线移动直流融冰。覆冰段导线阻抗：1.68+j1.55Ω，LGJ-50导线融冰范围为230A～350A，根据直流融冰计算公式
Umin＝1.5IminR (3)
Umax＝2ImaxR (4)
式(3)和(4)中，Umin为融冰电压范围的最小值，Umax为融冰电压范围的最大值，Imin为导线融冰电流范围最小值，Imax为导线融冰电流范围最大值，R为线路电阻值，其中三相接线采取两相串联时系数取2，三相接线采取两并一串时系数取1.5。计算直流融冰电压范围为580V～1176V。将长支线移动融冰部件放置于覆冰导线段中间，首先在一端进行短接，直流融冰电压范围仅为1/2(Umin～Umax)，即290V～588V。
长支线移动式直流融冰单元2的额定输出电压Udc＝1.25Uac＝500V。采用接线线夹将长支线移动式直流融冰单元2的输出电压连接至待融冰导线(目标线路)中间，将短接线在待融冰导线末端接地，启动移动融冰发电装置21，调节融冰电流至合适大小即可开始融冰，三相 融冰结束后，关闭移动融冰发电装置21，拆除一端短接线，在另一端进行三相短接，对另外一半线路进行直流融冰。所有线路融冰完成后，拆除接线。
例如配电网线路中，某地区一条LGJ-70支线出现0.5km严重覆冰，且覆冰段位于偏远山区，车辆无法进入，且支线所在的主线上有LGJ-70、LGJ-50混合线型，覆冰厚度即将达到覆冰警戒值，根据本实施例配电网线路融冰系统的融冰方法，采取短支线便携式直流融冰单元3进行短支线便携直流融冰。覆冰段导线阻抗：0.20+j0.20Ω，LGJ-70导线融冰范围为290A～420A，根据式(3)和(4)计算直流融冰电压范围为87V～168V。短支线便携式直流融冰单元3的额定输出电压Udc＝1.25Uac＝30V。鉴于短支线便携式直流融冰单元3机动性强的特点，将覆冰区段分成5部分，则每部分直流融冰电压范围为17.4V～33.6V，在短支线便携式直流融冰单元3的融冰能力之内，采用接线线夹将短支线便携融冰部件连接至待融冰段，在末端进行三相短接，启动便携融冰发电装置31，调节融冰电流至合适大小，即可开始融冰，三相融冰结束后，关闭便携融冰发电装置31，开始下一段融冰，直至所有5个区段融冰全部结束。
综上所述，本实施例配电网线路融冰系统的融冰方法根据线路不通的覆冰区段和覆冰情况，可灵活选取融冰方式，减小了系统运行维护的工作量，融冰机动性强，融冰效率高，能够对某一区域内的所有配网线路开展了的融冰，融冰范围包括所有的主线以及支线，而且采取了从变电站取电源、车载电源以及便携电源三种取电方式，兼顾配网线路融冰时融冰容量与融冰便捷性，可实施性强。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。