CN107658971B - 一种兼具直流融冰功能的便携式应急电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼具直流融冰功能的便携式应急电源，包括依次相连的发电机、整流部件、应急电源开关和逆变部件，整流部件的输出端还连接有直流融冰单元，直流融冰单元包括融冰电源开关、融冰接线装置和融冰短接装置，融冰电源开关的一端和整流部件的输出端相连、另一端和融冰接线装置相连，在融冰工作状态下融冰接线装置和融冰线路相连，融冰短接装置和融冰线路的末端相连。本发明平时可以用作应急电源保电，配电网发生雨雪冰冻灾害时则用于配电线路融冰，提高装置利用率与覆盖面，有力支撑配电网线路安全运行，能够极大地提高融冰部件的配置率、发挥应急保电功能的同时支撑配电网在雨雪冰冻灾害中的安全性与供电可靠性。

Description

一种兼具直流融冰功能的便携式应急电源
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域，具体涉及一种兼具直流融冰功能的便携式应急电源。
背景技术
2008年南方大范围雨雪冰冻灾害给电网带来了巨大的损失，配电网线路由于分布广泛，多处于微地形微气象区域，倒塔断线事故频发。研究开发简单高效的配电网融冰及发电装置是提升配网强度，确保可靠供电的关键。目前部分科研单位开发了基于中频调压整流的配网便携式融冰装置，在雨雪冰冻灾害中起到了一定的效果，但由于装置仅具备直流融冰功能，一年中只在低温天气持续的几天里使用，甚至连续几年均处于闲置状态。闲置状态下诸如发电机电瓶老化、缺电无法启动、整流模块损坏等一些列问题经常导致融冰装置无法使用，同时融冰装置利用率低严重影响了便携式融冰装置的推广使用，覆盖面小，且便携式融冰装置本身融冰效率并不高，一次仅能融一到两级杆，当发生严重冰灾时并不能够有效遏制配网线路的倒杆断线。便携式应急电源应用广泛，但是其并不具备融冰能力，不能用于融冰。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种平时可以用作应急电源保电，配电网发生雨雪冰冻灾害时则用于配电线路融冰，提高装置利用率与覆盖面，有力支撑配电网线路安全运行，能够极大地提高融冰部件的配置率、发挥应急保电功能的同时支撑配电网在雨雪冰冻灾害中的安全性与供电可靠性的兼具直流融冰功能的便携式应急电源。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种兼具直流融冰功能的便携式应急电源，包括依次相连的发电机、整流部件、应急电源开关和逆变部件，所述整流部件的输出端还连接有直流融冰单元，所述直流融冰单元包括融冰电源开关、融冰接线装置和融冰短接装置，所述融冰电源开关的一端和整流部件的输出端相连、另一端和融冰接线装置相连，在融冰工作状态下所述融冰接线装置和融冰线路相连，所述融冰短接装置和融冰线路的末端相连。
优选地，所述融冰接线装置包括第一正极接头、第二正极接头和负极接头，所述第一正极接头、第二正极接头共同与整流部件的正极输出端相连，所述负极接头与整流部件的负极输出端相连，所述第一正极接头、第二正极接头、负极接头上均连接有融冰电缆，且所述融冰电缆上连接有融冰线夹，在融冰工作状态下每一个融冰线夹各与融冰线路的一相导线相连，所述融冰短接装置分别和融冰线路各相导线的末端相连。
优选地，所述融冰短接装置包括短接电缆和三个短接线夹，所述三个短接线夹同时和短 接电缆相连，且在融冰工作状态下每一个短接线夹各与融冰线路的一相导线相连、且所述短接电缆接地。
优选地，所述短接电缆上带有接地钉，在融冰工作状态下所述短接电缆通过接地钉接地。
优选地，所述整流部件为不控十二脉波整流部件。
优选地，所述不控十二脉波整流部件包括两路直流输出端子，所述不控十二脉波整流部件的输出端串接有用于将两路直流输出端子的两路直流输出切换为串联或者并联输出的串并联切换刀闸。
优选地，所述串并联切换刀闸包括串联刀闸、第一并联刀闸和第二并联刀闸，所述两路直流输出端子由第一直流输出端子、第二直流输出端子组成，所述第一直流输出端子的正极作为串并联切换刀闸的总正极输出，所述第二直流输出端子的负极作为串并联切换刀闸的总负极输出，所述第一直流输出端子的负极通过第一并联刀闸和总负极相连，所述第二直流输出端子的正极通过第二并联刀闸和总正极相连，所述串联刀闸一端和第一直流输出端子的负极相连、另一端和第二直流输出端子的正极相连。
优选地，所述第一并联刀闸和第二并联刀闸联动，且所述第一并联刀闸、第二并联刀闸两者同时与串联刀闸闭锁。
优选地，所述应急电源开关、融冰电源开关之间互锁。
优选地，所述发电机为中频发电机。
本发明兼具直流融冰功能的便携式应急电源具有下述优点：
1、本发明包括依次相连的发电机、整流部件、应急电源开关和逆变部件，所述整流部件的输出端还连接有直流融冰单元，同时具备直流融冰与应急供电的功能，大大拓展了装置的使用范围，平时用作应急保电，覆冰期用于配电网线路的直流融冰。
2、本发明的直流融冰单元能够实现直流融冰，其适用范围广，具备大规模推广的潜力，大面积使用后将极大地提升农配网线路抵御大范围雨雪冰冻灾害的能力。
3、本发明融冰电源开关的一端和整流部件的输出端相连、另一端和融冰接线装置相连，在融冰工作状态下所述融冰接线装置和融冰线路相连，所述融冰短接装置和融冰线路的末端相连，因此具备多路调节功能，供电及融冰范围广，控制***简捷，融冰电压直流性能好。
4、本发明包括依次相连的发电机、整流部件、应急电源开关和逆变部件，采用发电后再整流、逆变的供电模式，极大地降低了发电机的尺寸及重量，两人手动即可搬运，应急供电及融冰机动性强。
5、本发明直流融冰单元包括融冰电源开关、融冰接线装置和融冰短接装置，所述融冰电源开关的一端和整流部件的输出端相连、另一端和融冰接线装置相连，在融冰工作状态下所 述融冰接线装置和融冰线路相连，所述融冰短接装置和融冰线路的末端相连，采用接线线夹进行融冰接入和三相短接，接线方便，融冰效率高，同时末端采取三相短接接地，有效防止了配网线路融冰时存在的反送电等危险。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图。
图2为本发明实施例中融冰接线装置的结构示意图。
图3为本发明实施例中融冰短接装置的结构示意图。
图4为本发明实施例中串并联切换刀闸的结构示意图。
图例说明：1、发电机；2、整流部件；21、串并联切换刀闸；211、串联刀闸；212、第一并联刀闸；213、第二并联刀闸；3、应急电源开关；4、逆变部件；5、直流融冰单元；51、融冰电源开关；52、融冰接线装置；521、第一正极接头；522、第二正极接头；523、负极接头；524、融冰电缆；525、融冰线夹；53、融冰短接装置；531、短接电缆；532、短接线夹。
具体实施方式
如图1所示，本实施例兼具直流融冰功能的便携式应急电源包括依次相连的发电机1、整流部件2、应急电源开关3和逆变部件4，整流部件2的输出端还连接有直流融冰单元5，直流融冰单元5包括融冰电源开关51、融冰接线装置52和融冰短接装置53，融冰电源开关51的一端和整流部件2的输出端相连、另一端和融冰接线装置52相连，在融冰工作状态下融冰接线装置52和融冰线路相连，融冰短接装置53和融冰线路的末端相连。发电机1的输出交流电压源经过整流部件2被整流得到直流电压源，如果打开应急电源开关3，则直流电压源被送入逆变部件4进行逆变即可作为应急电源使用；在融冰工作状态下如果打开融冰电源开关51，则直流电压源通过融冰接线装置52被送入融冰线路，同时融冰短接装置53实现将融冰线路的末端短接接地，从而实现对融冰线路的直流融冰功能。本实施例采用发电机1作为电源，通过整流部件2先整流，再对整流部件2整流后的直流电压通过逆变部件4进行逆变得到工频电压，在保证功率一定的情况下减小了应急电源的尺寸和重量，同时从整流部件2的输出端中间直接取直流电压用于融冰，因此装置使用机动性强。
本实施例中，应急电源开关3和融冰电源开关51互锁，以便将本实施例兼具直流融冰功能的便携式应急电源在直流融冰功能、应急电源功能之间切换选择。
本实施例中，发电机1为中频发电机，采用中频发电机作为直流融冰及应急供电的电源，装置采用中频发电，在保证功率及电压一定的情况下，极大地减小了发电机尺寸及重量。本实施例中，中频发电机具体采用市售TFDJ-12轻型发电机，尺寸为0.7m×0.7m×0.6m，重量为80kg，发电功率12kW，发电频率400Hz，输出电压范围12V～24V，自带电压电流显示功能。
本实施例中，整流部件2为不控十二脉波整流部件，不控十二脉波整流部件的控制***简捷，散热方便，整流效果好，便于低压***使用，通过不控十二脉波整流部件进行整流，可输出高质量的直流电压，以满足应急电源和直流融冰的需求。本实施例中，不控十二脉波整流部件具体采用XDJS-20型十二脉波整流器，额定电流500A，额定电压30V。此外，应急电源开关3和融冰电源开关51采用电缆进行接线。逆变部件4用于对直流电压进行逆变，通过调节发电机1的输出电压，可实现输出220V、50Hz的直流电压，用于停电时或野外施工等情况下的应急供电，本实施例中逆变部件4采用市售FLUKENB-9型逆变器，逆变功率9kW，自带电压显示功能，基本可满足所有小型应急场合供电需求。
如图2所示，融冰接线装置52包括第一正极接头521、第二正极接头522和负极接头523，第一正极接头521、第二正极接头522共同与整流部件2的正极输出端相连，负极接头523与整流部件2的负极输出端相连，第一正极接头521、第二正极接头522、负极接头523上均连接有融冰电缆524，且融冰电缆524上连接有融冰线夹525，在融冰工作状态下每一个融冰线夹525各与融冰线路的一相导线相连，融冰短接装置53分别和融冰线路各相导线的末端相连。通过上述结构，能够实现将整流部件2的直流输出电压源输出给融冰线路，而且具有操作简单、拆装快捷、接触稳定可靠的优点。而且本实施例中而且由于融冰接线装置52的第一正极接头521、第二正极接头522、负极接头523上均连接有融冰电缆524，且融冰电缆524上连接有融冰线夹525，因此能够实现两相导线同时融冰与一相导线融冰，采用第二正极接头522和负极接头523与两相导线连接，实现两相串联融冰，两相导线同时融冰；采用第一正极接头521、第二正极接头522、负极接头523分别与三相导线同时连接，实现两并一串融冰，只进行串联导线融冰。本实施例中，融冰接线装置52具备测量融冰电流用的分流器，通流能力为500A；融冰电缆524采用JV-120型电缆，每根长30m；融冰线夹525每根长3m，每相采取两根对接，可满足所有配网线路的融冰接线需求。
如图3所示，融冰短接装置53包括短接电缆531和三个短接线夹532，三个短接线夹532同时和短接电缆531相连，且在融冰工作状态下每一个短接线夹532各与融冰线路的一相导线相连、且短接电缆531接地。融冰时能够实现将融冰导线三相短接，接线方便，融冰效率高，同时末端采取短接接地的方式，有效避免了农配网线路融冰时反送电的危险。本实施例中，短接电缆531上带有接地钉，在融冰工作状态下短接电缆531通过接地钉接地，确保接地方便快捷，且接地稳定可靠，进一步降低了农配网线路融冰时反送电的危险。短接电缆531采用JV-120型电缆，每根长30m；短接线夹532每根长3m，每相采取两根对接，可满足所有配网线路的融冰接线需求。
如图4所示，不控十二脉波整流部件包括两路直流输出端子，不控十二脉波整流部件的输出端串接有用于将两路直流输出端子的两路直流输出切换为串联或者并联输出的串并联切换刀闸21，通过串并联切换刀闸21将两路直流输出端子的两路直流输出切换为串联或者并联输出，可实现高电压与大电流的选择，满足不同线路的融冰需求和供电时不同的功率需求。应急供电时，应急电源开关3、融冰电源开关51开断，通过调节发电机1电压和串并联切换刀闸21使直流输出达到逆变部件4的额定电压，关闭发电机1，合上应急电源开关3，融冰电源开关51继续处于开断状态，开启发电机1即可实现应急供电功能；直流融冰时，根据融冰方案进行融冰接线和三相短接接地、调节串并联刀闸21位置，首先将中频发电机电压调至最低位置，合上融冰电源开关51，断开应急电源开关3，开启发电机1，调节电压至相应融冰电流，实施直流融冰，完成后通过融冰接线装置52进行换相融冰，直至三相融冰完全结束。
融冰时电压输出最低为串并联刀闸21并联时，输出电压最高为串并联刀闸21串联时，输出电压计算如式(1)所示；
Udc＝1.25kUac (1)
式(1)中，Udc为直流融冰时输出电压，Uac为发电机1输出电压(本实施例中输出范围为12V～24V)，k为串联时系数(取值为0～1之间)，因此计算得出直流输出电压范围为15V～60V，根据各中农配网线路线型参数，可计算直流融冰范围，最小融冰距离lmin的计算函数表达式如式(2)所示，最大融冰距离lmax的计算函数表达式如式(3)所示；
lmin＝Umin/(2ImaxR0) (2)
lmax＝Umax/(1.5IminR0) (3)
式(2)和式(3)中，lmin为最小融冰距离，Umin为最小输出直流电压15V，Umax为最大输出直流电压60V，Imax为某一线型导线对应的最大融冰电流，Imin为某一线型导线对应的最小融冰电流，R0为该线型导线单位长度电阻，分母中的常数2和1.5分别表示两相串联和两并一串时的电阻系数。根据公式及导线参数可计算得到融冰距离范围如表1所示。
表1：不同导线线性的融冰距离范围表。
导线线型 最大融冰距离(m) 最小融冰距离(m)
LGJ×35 273 34
LGJ×50 311 38
LGJ×70 347 45
LGJ×95 384 50
LGJ×120 406 49
LGJ×150 430 48
如图4所示，串并联切换刀闸21包括串联刀闸211、第一并联刀闸212和第二并联刀闸 213，两路直流输出端子由第一直流输出端子、第二直流输出端子组成，第一直流输出端子的正极作为串并联切换刀闸21的总正极输出，第二直流输出端子的负极作为串并联切换刀闸21的总负极输出，第一直流输出端子的负极通过第一并联刀闸212和总负极相连，第二直流输出端子的正极通过第二并联刀闸213和总正极相连，串联刀闸211一端和第一直流输出端子的负极相连、另一端和第二直流输出端子的正极相连。不控十二脉波整流部件包括两路直流输出端子通过串并联切换刀闸21进行汇合，当串联刀闸211闭合、第一并联刀闸212断开、第二并联刀闸213断开时，不控十二脉波整流部件的两路输出串联，电压最高，当串联刀闸211断开、第一并联刀闸212闭合、第二并联刀闸213闭合时，不控十二脉波整流部件的两路输出并联，电流最大。本实施例中，第一并联刀闸212和第二并联刀闸213联动，且第一并联刀闸212和第二并联刀闸213两者同时与串联刀闸211闭锁，确保串并联切换刀闸21串并联切换简单可靠。
综上所述，本实施例兼具直流融冰功能的便携式应急电源通过发电机1发电、整流部件1整流，输出直流电压可用于融冰，通过逆变部件4对直流电压进行逆变，输出工频电压用于应急供电，本实施例兼具直流融冰功能的便携式应急电源同时具备应急供电和融冰功能，重量轻、尺寸小，接线安全，供电及融冰范围广具备在农配网***大规模推广的潜力，提升农配网应对大规模雨雪冰冻灾害的能力。
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。

Claims (4)

1.一种兼具直流融冰功能的便携式应急电源，其特征在于：包括依次相连的发电机（1）、整流部件（2）、应急电源开关（3）和逆变部件（4），所述整流部件（2）的输出端还连接有直流融冰单元（5），所述直流融冰单元（5）包括融冰电源开关（51）、融冰接线装置（52）和融冰短接装置（53），所述融冰电源开关（51）的一端和整流部件（2）的输出端相连、另一端和融冰接线装置（52）相连，在融冰工作状态下所述融冰接线装置（52）和融冰线路相连，所述融冰短接装置（53）和融冰线路的末端相连；
所述融冰接线装置（52）包括第一正极接头（521）、第二正极接头（522）和负极接头（523），所述第一正极接头（521）、第二正极接头（522）共同与整流部件（2）的正极输出端相连，所述负极接头（523）与整流部件（2）的负极输出端相连，所述第一正极接头（521）、第二正极接头（522）、负极接头（523）上均连接有融冰电缆（524），且所述融冰电缆（524）上连接有融冰线夹（525），在融冰工作状态下每一个融冰线夹（525）各与融冰线路的一相导线相连，所述融冰短接装置（53）分别和融冰线路各相导线的末端相连；
所述融冰短接装置（53）包括短接电缆（531）和三个短接线夹（532），所述三个短接线夹（532）同时和短接电缆（531）相连，且在融冰工作状态下每一个短接线夹（532）各与融冰线路的一相导线相连、且所述短接电缆（531）接地；
所述整流部件（2）为不控十二脉波整流部件，所述不控十二脉波整流部件包括两路直流输出端子，所述不控十二脉波整流部件的输出端串接有用于将两路直流输出端子的两路直流输出切换为串联或者并联输出的串并联切换刀闸（21），所述串并联切换刀闸（21）包括串联刀闸（211）、第一并联刀闸（212）和第二并联刀闸（213），所述两路直流输出端子由第一直流输出端子、第二直流输出端子组成，所述第一直流输出端子的正极作为串并联切换刀闸（21）的总正极输出，所述第二直流输出端子的负极作为串并联切换刀闸（21）的总负极输出，所述第一直流输出端子的负极通过第一并联刀闸（212）和总负极相连，所述第二直流输出端子的正极通过第二并联刀闸（213）和总正极相连，所述串联刀闸（211）一端和第一直流输出端子的负极相连、另一端和第二直流输出端子的正极相连，所述第一并联刀闸（212）和第二并联刀闸（213）联动，且所述第一并联刀闸（212）、第二并联刀闸（213）两者同时与串联刀闸（211）闭锁；
融冰时电压输出最低为串并联刀闸（21）并联时，输出电压最高为串并联刀闸（21）串联时，输出电压计算如式（1）所示；
U dc=1.25kU ac（1）
式（1）中，U dc为直流融冰时输出电压，U ac为发电机（1）输出电压，k为串联时系数，串联时系数取值为0～1之间，以此计算得出便携式应急电源的直流输出电压范围，包括最小输出直流电压U min和最大输出直流电压U max；计算便携式应急电源的最小融冰距离l min和最大融冰距离l max，其中便携式应急电源的最小融冰距离l min的计算函数表达式如式（2）所示，最大融冰距离l max的计算函数表达式如式（3）所示；
l min= U min/(2I max R 0) （2）
l max= U max/(1.5I min R 0) （3）
式（2）和式（3）中， l min为最小融冰距离，U min为最小输出直流电压，U max为最大输出直流电压，I max为某一线型导线对应的最大融冰电流，I min为某一线型导线对应的最小融冰电流，R 0为该线型导线单位长度电阻，分母中的常数2和1.5分别表示两相串联和两并一串时的电阻系数。
2.根据权利要求1所述的兼具直流融冰功能的便携式应急电源，其特征在于：所述短接电缆（531）上带有接地钉，在融冰工作状态下所述短接电缆（531）通过接地钉接地。
3.根据权利要求1所述的兼具直流融冰功能的便携式应急电源，其特征在于：所述应急电源开关（3）、融冰电源开关（51）之间互锁。
4.根据权利要求1所述的兼具直流融冰功能的便携式应急电源，其特征在于：所述发电机（1）为中频发电机。
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