移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)帶電接入10 kV配電網(wǎng)分析

丁一峰，錢晶，龐峰，楊亮，張?chǎng)┚?/p>

(1.昆明理工大學(xué)，昆明 650050；2.云南電網(wǎng)帶電作業(yè)分公司，昆明 650025)

移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)帶電接入10 kV配電網(wǎng)分析

丁一峰1，錢晶1，龐峰2，楊亮2，張?chǎng)┚?

(1.昆明理工大學(xué)，昆明 650050；2.云南電網(wǎng)帶電作業(yè)分公司，昆明 650025)

應(yīng)用帶電作業(yè)技術(shù)將移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)帶電接入10 kV配電網(wǎng)，它能暫時(shí)替代檢修的線路或設(shè)備，從而提高對(duì)用戶的供電可靠性。本文針對(duì)實(shí)際工作需求，對(duì)移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行接入系統(tǒng)仿真研究，獲得移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)帶電接入10 kV配電網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)條件。結(jié)論對(duì)移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用具有一定的理論參考價(jià)值。

移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)；帶電接入；沖擊電流；技術(shù)條件

0 前言

10 kV移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的研究是從移動(dòng)發(fā)電車開始，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，多采用高附加值的多功能商用車。在我國(guó)，電源車是利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有廂式改裝車技術(shù)開發(fā)的，電源車主要應(yīng)用在電力搶修、通信維修、市政建設(shè)、突發(fā)事件處理、搶險(xiǎn)救災(zāi)等方面。目前，國(guó)內(nèi)使用的電源車是將發(fā)電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等應(yīng)急工作需要的設(shè)備，進(jìn)行組裝，實(shí)現(xiàn)車載化，但對(duì)10 kV線路進(jìn)行轉(zhuǎn)供電時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)供功能，不能完全滿足目電網(wǎng)企業(yè)減少客戶停電時(shí)間的要求。

本文研究當(dāng)10 kV配網(wǎng)線路 (環(huán)網(wǎng)柜、開關(guān)柜等設(shè)備)由于檢修需停電時(shí)，利用帶電作業(yè)技術(shù)將移動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)接入電網(wǎng)，對(duì)其接入電網(wǎng)的技術(shù)條件進(jìn)行分析研究， 實(shí)現(xiàn)對(duì)檢修區(qū)域外線路的持續(xù)不間斷供電，以滿足對(duì)客戶的不停電。

1 移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)方式

移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)電路如圖1。當(dāng)電源C需要檢修時(shí)，用移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)N替代電網(wǎng)電源C對(duì)用戶進(jìn)行連續(xù)供電。移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)主要包括發(fā)電機(jī)、輔助變壓器、開關(guān)柜、輔助設(shè)備、牽引車等。

圖1 移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)接入10 kV系統(tǒng)示意圖

移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)接入10 kV配電網(wǎng)的主要方式是同期并列，移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)通過自帶的同期裝置投入發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列運(yùn)行，待穩(wěn)定后切除電網(wǎng)電源，由移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷供電。當(dāng)電網(wǎng)電源檢修完畢，投入電網(wǎng)電源，再切除移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)。這種方法保證在移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)投入和切除過程中用戶的連續(xù)供電。

圖2 移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)接入10 kV系統(tǒng)同期框圖

移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)在接入10 kV配電網(wǎng)過程中，可將電網(wǎng)看作無(wú)窮大電源，接入電網(wǎng)的操作相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的同期合閘操作，移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)同期合閘邏輯框圖如圖2。

2 移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)仿真

本文以現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，按照現(xiàn)場(chǎng)操作條件建模并進(jìn)行仿真計(jì)算，提出和驗(yàn)證移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)同期并列的技術(shù)條件。

2.1 等值電路及仿真參數(shù)

根據(jù)實(shí)際中移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的工作條件和范圍，建模采用C2500D5A型號(hào)的移動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，額定功率2 000 kW，額定電壓10 kV；10 kV線路通過變壓器與35 kV側(cè)電源連接，35 kV系統(tǒng)等值為無(wú)窮大電源，系統(tǒng)側(cè)設(shè)等值負(fù)荷，移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)通過10 kV開關(guān)與系統(tǒng)同期，接線如圖3。

圖3 移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)接入電路

2.2 仿真參數(shù)及模型

發(fā)電機(jī)參數(shù)：PN=2 000 kW，額定電壓10.5 kV，cosφ=0.8；變壓器參數(shù)：2 500 kVA，Yd11，35 kV/10.5 kV，空載損耗 3.2 kW，負(fù)載損耗20.7 kW，空載電流0.6%，短路電壓6.5%。

根據(jù)圖3搭建模型并仿真計(jì)算。

2.3 仿真結(jié)果分析

同期合閘中沖擊電流的大小與合閘參數(shù)有關(guān)，理想的合閘條件是：頻率相等；電壓幅值相等；相角差為零。

實(shí)際操作中沒有必要完全滿足，只要沖擊電流較小，不危及電氣設(shè)備，就滿足實(shí)際操作條件，所以根據(jù)實(shí)際情況，選擇了以下工況進(jìn)行仿真計(jì)算。

參數(shù)及符號(hào)說明：△f為頻率誤差，△δ為合閘相角差，△U為電壓差，t=0.1 s合閘，紅色、藍(lán)色和綠色為A、B、C三相?？v坐標(biāo)為沖擊電流的倍數(shù)。

2.3.1 頻率存在誤差

合閘前發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)頻率不等，分別取兩種工況△f=0.25 Hz和△f=0.5 Hz，其它條件△δ= 0，△U=0。仿真結(jié)果如圖4、圖5。

圖4 △f=0.25 Hz的沖擊電流 (△U=0，△δ=0)

圖5 △f=0.5 Hz的沖擊電流 (△U=0，△δ=0)

從圖4和圖5仿真結(jié)果分析，△f=0.25 Hz時(shí)，最大沖擊電流ish=0.81(p.u.)，小于額定電流；△f=0.5 Hz時(shí)，最大沖擊電流 ish=1.37倍，超過額定電流，但小于發(fā)電車運(yùn)行允許沖擊電流，所以在頻率差小于0.5 Hz進(jìn)行移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的同期合閘操作，不會(huì)對(duì)發(fā)電車和系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。圖4和圖5還可以看到兩種情況下電流都有過零點(diǎn)，在過零點(diǎn)附近合閘沖擊電流接近零。

2.3.2 電壓存在誤差

合閘前發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓差△U=5%Un，△δ =0，△f=0。仿真結(jié)果如圖6，電流波形不脈動(dòng)，無(wú)過零點(diǎn)，最大沖擊電流已達(dá)到額定的1.55倍，所以移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)同期合閘時(shí)，電壓差對(duì)沖擊電流有較大的影響。

圖6 △U=5%Un的沖擊電流(△f=0，△δ=0)

圖7 △U=5%Un，△f=0.25 Hz的沖擊電流(△δ=0)

圖8 △f=0.25 Hz，△δ=10°的沖擊電流

2.3.3 電壓和頻率存在誤差

合閘前發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓、頻率差分別為△U=5%Un，△f=0.25 Hz，相角差為零，△δ= 0。仿真結(jié)果如圖7。電流波形不脈動(dòng)，無(wú)過零點(diǎn)，最大沖擊電流已達(dá)到額定值1.6倍，對(duì)比圖6的1.55倍最大沖擊電流，0.25 Hz的頻率誤差對(duì)沖擊電流影響不大。

2.3.4 頻率和相角存在誤差

合閘前發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)頻率差分別為△f=0.25 Hz，△δ=10°和△f=0.5 Hz，△δ=10°，電壓差△U=0。仿真結(jié)果如圖8和圖9，電流有脈動(dòng)，最大沖擊電流出現(xiàn)在合閘時(shí)刻，△f=0.25 Hz的最大沖擊電流為1.50倍，△f=0.5 Hz時(shí)，沖擊電流達(dá)到2.37倍，此電流較大，對(duì)移動(dòng)發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)都有較大的沖擊，所以移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)同期合閘時(shí)，當(dāng)合閘相角在10°左右時(shí)，應(yīng)控制合閘頻率差小于0.25 Hz。最好選擇在脈動(dòng)電壓的過零點(diǎn)附近合閘，可以避免有較大的沖擊電流。

圖9 △f=0.5 Hz，△δ=10°的沖擊電流 (△U=0)

圖10 △U=5%Un，△δ=10°的沖擊電流 (△f=0)

圖11 △U=8%Un，△δ=10°的沖擊電流 (△f=0)

2.3.5 電壓和相角存在誤差

合閘前發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓差不等，分別仿真兩種情況：△U=5%Un，△δ=10°，△f=0和△U=8%Un，△δ=10°，△f=0。仿真結(jié)果如圖10和圖11，電流波形不脈動(dòng)，合閘瞬間沖擊電流不是最大值，合閘后逐步加大。△U=5%Un的最大沖擊電流為1.58倍，△U=8%Un的最大沖擊電流為2.54倍，電壓差增加3%，沖擊電流增加很多，所以移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)合閘瞬間應(yīng)控制電壓差在5%以內(nèi)。

2.3.6 電壓、頻率和相角存在誤差

合閘前發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓、頻率和相角不等，分別仿真兩種情況：△U=5%Un，△δ= 10°，△f=0.25 Hz和△U=5%Un，△δ=10°，△f =0.5 Hz。仿真結(jié)果如圖12和圖13。電流有脈動(dòng)，但無(wú)過零點(diǎn)。

圖12中，△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.25 Hz合閘后瞬間沖擊電流很大，最大沖擊達(dá)1.62倍。與圖10比較，頻率差使得沖擊電流倍數(shù)增加，但增加幅度不大，所以在有一定壓差 (小于等于5%)和合閘相角差 (小于等于10°)的情況下，0.25 Hz以內(nèi)的頻差是安全的。

圖13中，△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.5 Hz的情況下合閘，合閘瞬間沖擊電流最大，達(dá)到2.07 倍。

圖12 合閘沖擊電流(△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.25 Hz)

圖13 合閘沖擊電流 (△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.5 Hz)

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)作業(yè)情況并結(jié)合以上仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論。

1)由于理想的合閘條件在實(shí)際中不能完全滿足，所以在合閘過程中伴隨有沖擊電流。根據(jù)文獻(xiàn) [4]，“自同期和非同期并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流不應(yīng)超過三相突然短路電流的”，按短路電流是額定電流的4～6倍計(jì)算，則沖擊電流不應(yīng)大于(2.8～4.2)倍的額定電流，參照移動(dòng)發(fā)電車中對(duì)發(fā)電機(jī)的參數(shù)的要求，單相或三相10 s過電流不超過3倍額定電流，所以在合閘過程中控制沖擊電流在2.5倍額定電流比較合理。

2)在電壓、頻率、合閘相角三者都存在誤差的情況下，從仿真結(jié)果分析，合閘電壓差小于5%，合閘相角小于10°，頻率差小于0.5 Hz的條件下，沖擊電流在2倍額定電流范圍以內(nèi)，可以滿足2.5倍的額定電流的要求。

3)當(dāng)存在頻率差時(shí)，沖擊電流有脈動(dòng)，電流有過零點(diǎn)，在過零點(diǎn)附近合閘，可將沖擊電流進(jìn)一步降低。

4)利用帶電作業(yè)技術(shù)接入移動(dòng)電源的技術(shù)條件如下：

?移動(dòng)電源的額定容量應(yīng)大于需代供的負(fù)荷；

?作業(yè)前對(duì)線路保護(hù)與移動(dòng)電源進(jìn)行保護(hù)配合整定，線路帶時(shí)限的過電流保護(hù)定值應(yīng)增加延時(shí)0.5s；移動(dòng)電源自身的保護(hù)時(shí)間應(yīng)整定為0 s；

?并列合閘時(shí)電壓差應(yīng)小于5%，相角差應(yīng)小于10°，頻率差應(yīng)小于0.5 Hz。

?并列合閘時(shí)應(yīng)將移動(dòng)電源的輸出調(diào)整至零；

?作業(yè)時(shí)安全距離、絕緣有效長(zhǎng)度應(yīng)滿足規(guī)程要求。

[1] 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程GB/T 14285—2006 [S].

[2] 崔家佩，孟慶炎，陳永芳，等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算 [M].中國(guó)電力出版社.

[3] GB/T 18857-2008，配電線路帶電作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則 [S].

[4] 周梨梅.城市電網(wǎng)應(yīng)急電源的優(yōu)化配置與恢復(fù)供電方案[J].供用電，2014(4)：33-37.

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Analysis on Technology Condition of Mobile Power Generation System for 10 kV Distribution Network

DING Yifeng1，QIAN Jing1，PANG Feng2，YANG Liang2，ZHANG Wenjuan2
(1.School of Electric Power Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650505，China；2.Yunnan Power Grid Company Live Working Branch，Kunming 650051，China)

Use live working technology to access mobile power generation system to 10 kV distribution network，it can temporarily replace maintenance lines or equipments，thus improve power supply reliability for user.This article based on the actual work needs，proceed operation simulation research，and get the operation technology condition of accessing mobile power generation system to 10 kV distribution network.Conclusions on the practical application of mobile power generation system have a certain theoretical reference value.

mobile power generation system；charged access；rush current；technology condition

TM74

B

1006-7345(2015)05-0004-04

2015-10-14

丁一峰 (1987)，男，碩士研究生，昆明理工大學(xué)，主要研究方向電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制 (e-mail)965611202＠qq.com。

錢晶 (1967)，女，碩士，副教授，昆明理工大學(xué) (e-mail) 781866926＠qq.com。

龐峰 (1987)，男，助理工程師，云南電網(wǎng)帶電作業(yè)分公司，主要研究方向帶電作業(yè)技術(shù) (e-mail)312392407＠qq.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (51469011)，云南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (2013FZ015)。