10 kV和20 kV配電網(wǎng)混合運(yùn)行安全分析與對(duì)策研究

方 敏，吳天鋼

(海寧市供電局檢修建設(shè)工區(qū)，浙江海寧 314400)

0 引言

我國(guó)大部分城市在以往的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都采用10 kV作為中壓配電網(wǎng)的主網(wǎng).隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快以及城市發(fā)展需要，配電電壓等級(jí)引入20 kV，從提高配電網(wǎng)的容量，降低線路上的電壓損失，增大配電網(wǎng)的供電半徑，降低線損等方面分析，20 kV電壓等級(jí)都比10 kV等級(jí)具有更大的優(yōu)勢(shì).而且，解決城鎮(zhèn)中心高負(fù)荷密度區(qū)域供電困難的措施，只能是提高中壓配電網(wǎng)的電壓等級(jí)[1］.

浙江省從2009年開始建設(shè)20 kV配網(wǎng)，2010年3月19日，嘉興地區(qū)首條20 kV公用線路(20 kV聞瀾D5332線)正式投運(yùn).3月23日，全省首個(gè)20 kV用戶掛線運(yùn)行.以嘉興地區(qū)為例，依據(jù)目前縣域電網(wǎng)的現(xiàn)狀和城市的總體規(guī)劃，可將供電區(qū)域劃分為10 kV供電區(qū)域、20 kV新建供電區(qū)域、20 kV與10 kV混供區(qū)域.嘉興老城區(qū)的電力負(fù)荷增長(zhǎng)已趨穩(wěn)定，10 kV配網(wǎng)布局完善，已形成手拉手環(huán)網(wǎng)接線、開環(huán)運(yùn)行的成熟網(wǎng)絡(luò)，對(duì)其原有配網(wǎng)大規(guī)模改造代價(jià)太大.新建的工業(yè)園區(qū)，如尖山新區(qū)，規(guī)劃用電負(fù)荷密度大，原有配網(wǎng)結(jié)構(gòu)較小也不完善，比較適合采用20 kV區(qū)域供電，且改造所需投資不大.老工業(yè)、老城鎮(zhèn)地區(qū)，如海寧鹽倉(cāng)農(nóng)發(fā)區(qū)，10 kV配網(wǎng)已具有一定規(guī)模，但已不能適應(yīng)當(dāng)前負(fù)荷的發(fā)展，新客戶采用20 kV接入，老客戶對(duì)其電壓等級(jí)升壓改造，逐步過渡.

1 混合運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)分析

由于部分地區(qū)配網(wǎng)電壓升壓改造過程中，有較長(zhǎng)時(shí)間存在20 kV、10 kV共同供電的現(xiàn)象，即混合運(yùn)行現(xiàn)象，這勢(shì)必帶來一些實(shí)際困難及安全問題[2］.

1.1 混合運(yùn)行造成供電可靠性下降

混合運(yùn)行使供電可靠性下降的情形有兩種.一種是在新建20 kV配電網(wǎng)初期，20 kV電網(wǎng)必定是孤立的，即與原來10 kV配網(wǎng)完全割裂，無法互供，不能滿足N-1(注:N-1準(zhǔn)則是指正常運(yùn)行方式下電力系統(tǒng)中任意一元件無故障或因故障斷開后，電力系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電，其他元件不過負(fù)荷，電壓和頻率均在允許范圍內(nèi))的要求，造成供電可靠性下降.

由于新建變電站與原有變電站之間中性點(diǎn)接地方式不同，也造成新舊變電站不能并列運(yùn)行[3］.

另一種情形是在變電所內(nèi)20 kV電源改造時(shí)，往往采用原有110 kV變電所內(nèi)新安裝1臺(tái)主變壓器，低壓側(cè)為20 kV電源的方法.這樣一來，變電所內(nèi)就存在不同電壓等級(jí)的設(shè)備，造成兩段母線之間不能通過母聯(lián)開關(guān)進(jìn)行聯(lián)絡(luò).而為了保證供電可靠性，又往往會(huì)采取通過聯(lián)絡(luò)變?cè)趦啥文妇€間形成聯(lián)絡(luò)的措施，使10 kV側(cè)主變?nèi)r(shí)，可以用20 kV的出線降壓運(yùn)行帶10 kV母線;同時(shí)，在20 kV側(cè)主變?nèi)r(shí)，又可以用10 kV的出線升壓運(yùn)行帶20 kV母線.對(duì)于后面一種升壓運(yùn)行方式，當(dāng)發(fā)生20 kV出線接地故障時(shí)，聯(lián)絡(luò)的零序電壓保護(hù)會(huì)切斷20 kV母線，造成20 kV母線失電，帶來很大的安全隱患.另外，這種運(yùn)行方式，也容易帶來運(yùn)行操作的安全風(fēng)險(xiǎn)問題[4］.

1.2 混合運(yùn)行存在操作安全隱患

混合運(yùn)行期間，必然要對(duì)原有裝置進(jìn)行改造.在這個(gè)過程中，會(huì)存在同一通道內(nèi)10 kV、20 kV同桿雙回路的架設(shè)，及同一房間存在10 kV、20 kV母線共存的現(xiàn)象.這種不同電壓等級(jí)的裝置在同一操作場(chǎng)所共存的現(xiàn)象，埋下了操作人員容易走錯(cuò)間隔的安全隱患.

在設(shè)備進(jìn)行升壓改造時(shí)，將按20 kV裝置進(jìn)行建設(shè)施工.但由于電源、用戶改造等一般會(huì)相對(duì)滯后，為了保證正常供電，必然要采取降壓運(yùn)行，工作時(shí)，就容易發(fā)生未使用相應(yīng)電壓等級(jí)的安全工器具進(jìn)行作業(yè)，容易造成設(shè)備工作狀態(tài)的誤判，從而埋下安全隱患.如帶電顯示器因感應(yīng)電壓降低，可能無法正常顯示等，容易引起電力設(shè)施損壞，甚至人員傷亡的嚴(yán)重事故.

1.3 用戶側(cè)配變改造后的安全風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)于用戶側(cè)配變已改成雙抽頭變壓器時(shí)，為了保證配變低壓側(cè)送出電壓的安全合格，會(huì)對(duì)分接開關(guān)做相應(yīng)的操作.但操作時(shí)應(yīng)該注意以下問題:

(1)高壓側(cè)10kV電源，如分接開關(guān)打在20 kV側(cè)，則會(huì)造成配變電壓側(cè)電源降低為正常值的一半，即190 V，造成計(jì)量裝置、設(shè)備的工作電壓不正常，但不會(huì)造成設(shè)備的損壞.

(2)高壓側(cè)20 kV電源，如分接開關(guān)打在10 kV側(cè)，則會(huì)造成配變電壓側(cè)電源為正常值的2倍，即760 V，造成計(jì)量裝置、低壓設(shè)備損壞，配變的高壓側(cè)直接因?yàn)楦唠妷核查g燒壞.

2 混合運(yùn)行的對(duì)策和控制措施

針對(duì)10 kV和20 kV混合運(yùn)行存在的風(fēng)險(xiǎn)問題，采取一些有效的控制措施，可以防止事故的發(fā)生.

2.1 線路結(jié)構(gòu)的選擇

為了提高混合運(yùn)行期間20 kV配電網(wǎng)的可靠性，對(duì)新建的20 kV線路可采取多分段的結(jié)構(gòu);在電源點(diǎn)附近或相鄰的20 kV線路，通過就近聯(lián)絡(luò)、多聯(lián)絡(luò)等方式，形成網(wǎng)格型接線(橋型接線).選擇合適的配網(wǎng)自動(dòng)化，線路上采用帶保護(hù)的柱上斷路器，通過配合變電所出線開關(guān)和重合閘合理控制故障影響范圍，縮短故障查找時(shí)間，以提高和滿足供電可靠性要求.

2.2 中性點(diǎn)接地方式的選擇

為了便于不同變電站之間線路的聯(lián)絡(luò)和轉(zhuǎn)供負(fù)荷的需要，在同一供電區(qū)域盡量統(tǒng)一變電站主變中壓側(cè)中性點(diǎn)接地方式.如供電區(qū)域間的中性點(diǎn)接地方式不同，則規(guī)定不準(zhǔn)合環(huán)運(yùn)行;小電阻接地方式的供電區(qū)域最好不要和消弧線圈接地方式或不接地方式的供電區(qū)域互聯(lián);通過升壓運(yùn)行的20 kV線路不準(zhǔn)與正常運(yùn)行的20 kV線路進(jìn)行聯(lián)絡(luò)[2］.而對(duì)于聯(lián)絡(luò)變來說，因?yàn)橛猩龎骸⒔祲簝煞N運(yùn)行方式，使得它們的保護(hù)配置和整定是不相同的，特別是20 kV相較于10 kV保護(hù)，增加了零序過流保護(hù)和零序過流加速保護(hù)等保護(hù)配置，所以必須在進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)后，才能投入運(yùn)行.

2.3 保護(hù)的配置

對(duì)于10 kV、20 kV系統(tǒng)的保護(hù)整定與運(yùn)行，要兼顧靈敏性、速動(dòng)性和選擇性.低電阻系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生單相接地故障時(shí)，本設(shè)備的保護(hù)應(yīng)能可靠切除故障，允許短延時(shí)動(dòng)作，但保護(hù)動(dòng)作時(shí)間必須滿足有關(guān)設(shè)備熱穩(wěn)定要求.只有當(dāng)本設(shè)備保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，才允許由相鄰設(shè)備的保護(hù)切除故障.

因20 kV較10 kV配網(wǎng)在保證相同功率輸送的同時(shí)，其輸送距離更遠(yuǎn)，供電面積更大，所以，20 kV對(duì)整定的要求更為嚴(yán)格，要考慮的整定范圍更大.對(duì)于一般的低后備保護(hù)、所用變保護(hù)、母分保護(hù)、電容器保護(hù)，20 kV比10 kV多了零序過流保護(hù);對(duì)于一般的線路保護(hù)，20 kV比10 kV多了零序過流保護(hù)、零序過流加速保護(hù);除此之外，20 kV若有接地變，還要求配制接地變保護(hù).

2.4 標(biāo)識(shí)的添加

為了防止10 kV、20 kV在狹小區(qū)域內(nèi)共存情況下誤走間隔，可以采取一些醒目的標(biāo)記，以便于識(shí)別并引起注意.

對(duì)于10 kV、20 kV同桿架設(shè)的線路，線路設(shè)備在命名時(shí)，必須在最前位置標(biāo)注電壓等級(jí)，線路編碼上加一個(gè)統(tǒng)一的英文字母“C”，如20 kV·C721線、金牛開閉所20 kV·CK123線，使得運(yùn)行人員在看到設(shè)備命名時(shí)，就能清楚地注意到20 kV電壓等級(jí)與10 kV電壓等級(jí)設(shè)備的區(qū)別.另外，也可以通過顏色加以區(qū)別，對(duì)于10 kV、20 kV同桿架設(shè)的線路，可以把橫擔(dān)油漆成醒目的顏色，比如紅色，以示區(qū)別.

在進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，可通過發(fā)放相應(yīng)顏色的登桿作業(yè)卡來識(shí)別.在變電所內(nèi)，除了設(shè)備命名上的區(qū)別，還可以通過一次模擬圖的顏色區(qū)別、設(shè)備的五防系統(tǒng)、絕緣墊的顏色警示等進(jìn)行防范，從模擬操作、核對(duì)命名、電子解鎖、站上相應(yīng)的絕緣墊等多個(gè)環(huán)節(jié)來防止走錯(cuò)間隔.

2.5 20 kV降壓運(yùn)行時(shí)的主要防范措施

在升壓建設(shè)過程中，出現(xiàn)20 kV裝置降壓運(yùn)行時(shí)的防范措施主要有以下幾種.

(1)嚴(yán)格驗(yàn)電器的電壓等級(jí)管理

在線路上驗(yàn)電時(shí)，除了要核對(duì)設(shè)備命名，必須采用相應(yīng)電壓等級(jí)的驗(yàn)電器，避免用20 kV電壓等級(jí)的驗(yàn)電器去驗(yàn)10 kV設(shè)備，造成感應(yīng)電壓不足，驗(yàn)電器無法發(fā)光、發(fā)聲.還應(yīng)做好安全工器具的領(lǐng)用識(shí)別工作，作業(yè)人員依據(jù)工作線路的電壓等級(jí)，領(lǐng)用相應(yīng)電壓等級(jí)的安全工器具，驗(yàn)電器、接地線還應(yīng)保持有效的長(zhǎng)度.

(2)及時(shí)更換帶電顯示器

對(duì)降壓運(yùn)行的環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行驗(yàn)電時(shí)，為了保證帶電顯示器的正常工作，要么更換帶電顯示器，由20 kV專用的DXN2－T24更換為DXN2－T，或通過降低感應(yīng)電壓，可實(shí)現(xiàn)帶電顯示器的正常顯示.

(3)對(duì)于降壓運(yùn)行的線路，主要還是核對(duì)線路的命名、標(biāo)示、瓷瓶的顏色.

2.6 建立驗(yàn)收卡制度和項(xiàng)目負(fù)責(zé)制

為了用戶側(cè)配變改造后供用電的安全與可靠，完全有必須通過組織措施來加以保證.如，采取設(shè)備升壓改造驗(yàn)收卡制度，在設(shè)備送電之前，依據(jù)驗(yàn)收卡上的驗(yàn)收項(xiàng)，包括電源、分接開關(guān)、總閘刀狀態(tài)等逐項(xiàng)核對(duì)驗(yàn)收，由施工單位、運(yùn)行單位、用戶共同驗(yàn)收簽字后，方能進(jìn)行送電操作.

線路升壓改造，須實(shí)施項(xiàng)目負(fù)責(zé)制.運(yùn)檢工區(qū)項(xiàng)目組對(duì)升壓項(xiàng)目進(jìn)行全方位的監(jiān)控，負(fù)責(zé)從設(shè)計(jì)、審核、施工方案、中間驗(yàn)收、施工、竣工驗(yàn)收、送電等環(huán)節(jié)進(jìn)行把關(guān).

2.7 主要運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)要求及注意事項(xiàng)

(1)20 kV線路對(duì)其他設(shè)備、建筑物的安全距離較之10 kV線路的要求要高.如，10 kV線路在居民區(qū)對(duì)地安全距離為6.5 m，而20 kV為7.0 m.與帶電線路設(shè)備的安全距離，則主要參照35 kV的標(biāo)準(zhǔn).因此在混供區(qū)域進(jìn)行交跨測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)的變化.

(2)防雷與接地.目前的20 kV線路大多采用防雷絕緣子，因此，必須保證接地的可靠性，對(duì)接地電阻的運(yùn)行要求也要高，應(yīng)不大于4 Ω，而10 kV桿塔接地電阻的要求則是不大于10 Ω.

(3)設(shè)備的絕緣要求，必須比10 kV的要求高1倍.

(4)絕緣子防污的標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)提高.由于中性點(diǎn)為小電阻接地系統(tǒng)，需要滿足防止單相接地的泄漏比距，故其爬電距離大于640 mm/20 kV.

⑤ 對(duì)線路的預(yù)防性檢查、維護(hù)周期則參照10 kV線路的要求，桿塔、配電設(shè)備的外觀檢查、導(dǎo)線馳度的平衡情況也與10 kV相同.

3 結(jié)語(yǔ)

20 kV配電網(wǎng)電壓升壓改造過程中，將長(zhǎng)期存在10 kV和20 kV混合運(yùn)行的現(xiàn)象，這給供電區(qū)域的安全運(yùn)行帶來了很大的困難.面對(duì)在升壓過程中的變化情況，需要嚴(yán)格遵守施工驗(yàn)收的組織措施，認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)的技術(shù)規(guī)范來加以保證;同時(shí)通過不斷的改進(jìn)建設(shè)、提高運(yùn)行水平來改善20 kV配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，確保構(gòu)建更加堅(jiān)強(qiáng)、性能更優(yōu)的中壓配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步提高我國(guó)電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

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