替換式不停電作業(yè)方法研究

楊　暢，梅　華，張　灝

（寧夏天凈元光電力有限公司，寧夏 銀川 750001）

（國網(wǎng)寧夏電力公司銀川供電公司，寧夏　銀川　750011）

電網(wǎng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施，在城市化發(fā)展過程中與國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展銜接協(xié)調(diào)越來越受到人們關(guān)注，［1］雖然供電企業(yè)已經(jīng)將設(shè)備停電檢修逐步調(diào)整為涵蓋運(yùn)維、基建、營銷等多專業(yè)的綜合停電檢修，但仍無法徹底解決停電檢修模式與電力用戶連續(xù)供電需求的矛盾，因此供電企業(yè)采取不停電作業(yè)方法提高用戶連續(xù)供電的能力。［1-3］

1　研究現(xiàn)狀及需要解決的問題

1.1　替換式不停電作業(yè)方法及研究現(xiàn)狀

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市配電網(wǎng)不停電作業(yè)比例逐年提高，逐步采用替換式不停電作業(yè)方法。替換式不停電作業(yè)方法是指作業(yè)過程中使用具備相同功能的作業(yè)設(shè)備，替換使用中的電氣設(shè)備，將替代的作業(yè)裝備接入原有電氣回路，作業(yè)期間提供臨時(shí)供電回路，實(shí)現(xiàn)作業(yè)期間的不停電。

上海電力公司2012年6月，在國內(nèi)實(shí)施了電纜旁路不停電作業(yè)［4-6］。旁路不停電作業(yè)與替換式不停電作業(yè)原理相同，都是使用設(shè)備替換運(yùn)行設(shè)備，從而實(shí)施檢修。廣州供電公司2014年實(shí)施首次10 kV電纜大旁路不停電作業(yè)。在文獻(xiàn)［3-9］ 中發(fā)現(xiàn)廣州、上海等地開展的替換式不停電作業(yè)，主要集中在10 kV架空線路或電纜線路上，沒有進(jìn)行35 kV、110 kV設(shè)備替換式作業(yè)，開展的作業(yè)類型也只應(yīng)用1種、或2～3種替換式作業(yè)裝備，裝備之間連接采用重新制作電纜終端的方法［10-18］。替換式不停電裝備接入電網(wǎng)后，設(shè)備狀態(tài)信息未上傳到調(diào)度監(jiān)控部門，只能采用“盲調(diào)”的方法，遠(yuǎn)方無法實(shí)時(shí)獲取狀態(tài)信息。

1.2　需要解決的問題

針對(duì)目前替換式不停電作業(yè)方法的現(xiàn)狀，需在以下3個(gè)方面進(jìn)行提高：

（1）擴(kuò)展替換式不停電作業(yè)的范圍，由目前的10 kV及以下拓展到110 kV，作業(yè)對(duì)象由配電電纜、配電變壓器拓展到變電站內(nèi)主變壓器、開關(guān)柜、母線等主設(shè)備。

（2）實(shí)現(xiàn)替換式不停電作業(yè)裝備運(yùn)行信息的上傳，不停電作業(yè)裝備接入系統(tǒng)后，狀態(tài)信息能夠上傳，監(jiān)控人員能夠掌握設(shè)備狀態(tài)。

（3）簡化替換式不停電作業(yè)裝備間的連接方式。

2　替換式不停電作業(yè)方法研究

2.1　替換式不停電作業(yè)裝備組成

按照不同的作業(yè)功能劃分，替換式不停電作業(yè)裝備可以分為移動(dòng)變電站、移動(dòng)式環(huán)網(wǎng)柜車、移動(dòng)式箱變車、移動(dòng)式電纜車等，如圖1所示。

2.1.1移動(dòng)變電站

如圖1（a）所示，移動(dòng)變電站由110 kV組合電器半封閉組合電器（hybrid gas insulated switchgear,HGIS）模塊、110 kV主變壓器模塊、35 kV箱式配電裝置模塊以及保護(hù)輔助裝置模塊組成，每個(gè)模塊可以拆分，單獨(dú)實(shí)現(xiàn)替換110 kV HGIS、110 kV變壓器、35 kV和10 kV配電室，模塊全部連接后可以實(shí)現(xiàn)整體替換整個(gè)變電站[19-24]，其他的移動(dòng)作業(yè)裝備具體參數(shù)只需與被替換式裝備匹配即可。

2.1.2移動(dòng)式環(huán)網(wǎng)柜車

如圖1（b）所示，移動(dòng)式環(huán)網(wǎng)柜車，車廂內(nèi)安裝10 kV五間隔環(huán)網(wǎng)柜1面，環(huán)網(wǎng)柜設(shè)置進(jìn)線間隔1個(gè)、出線間隔4個(gè)，每個(gè)間隔配置SF6斷路器及保護(hù)，各路輸出均在車廂壁上設(shè)置快插接頭，運(yùn)行時(shí)車廂門窗全部關(guān)閉，電纜接頭無裸露帶電部位?？捎糜谔鎿Q10 kV配電環(huán)網(wǎng)柜和出線間隔較少的開關(guān)柜。

2.1.3移動(dòng)式箱變車

如圖1（c）所示，移動(dòng)式箱變車車箱內(nèi)配置1臺(tái)10 kV、630 kVA干式變壓器，與移動(dòng)環(huán)網(wǎng)柜車相同，均在車廂壁上設(shè)置快插接頭?？捎糜?0 kV配電變壓器的替換式不停電作業(yè)。

2.1.4移動(dòng)式電纜車

如圖1（d）所示，移動(dòng)式電纜車車廂內(nèi)配置電液控制電纜輪盤8個(gè)，可以繞制8回10 kV柔性電纜；車內(nèi)存放10 kV電纜快速拔插接頭24個(gè)，可根據(jù)電纜兩端接頭形式進(jìn)行組合搭配，可實(shí)現(xiàn)不同作業(yè)裝備連接，以及10 kV、0.4 kV電力電纜的替換功能。

2.2　替換式不停電作業(yè)方式

以110 kV斷路器、110 kV變壓器、35 kV/10 kV開關(guān)柜、110 kV變電站整體替換式不停電作業(yè)為例說明替換作業(yè)實(shí)施方式。

2.2.1110 kV斷路器替換式不停電作業(yè)

獨(dú)立替換110 kV斷路器時(shí)使用移動(dòng)變電站HGIS設(shè)備。移動(dòng)變電站HGIS設(shè)備配備110 kV電壓等級(jí)的電流互感器、電壓互感器、避雷器，斷路器，三工位隔離及接地刀閘各1組，如圖2所示。將HGIS設(shè)備與變壓器導(dǎo)線連接部分解除，使用110 kV電力電纜或鋼芯鋁絞線將接線端子與電纜連接，HGIS控制、信號(hào)回路可以通過航空插頭轉(zhuǎn)接到被替換設(shè)備上，即可實(shí)現(xiàn)HGIS帶電運(yùn)行。

圖2　移動(dòng)變電站HGIS設(shè)備

2.2.2110 kV變壓器替換式不停電作業(yè)

2.2.2.1三繞組變壓器替換式不停電作業(yè)

使用移動(dòng)變電站110 kV主變壓器替換三卷式變壓器使用時(shí)，如圖3所示。將圖3中移動(dòng)變電站主變壓器的110 kV側(cè)接入110 kV母線或站內(nèi)HGIS設(shè)備，為移動(dòng)變電站主變壓器供電；移動(dòng)變電站主變壓器35 kV側(cè)和10 kV側(cè)通過柔性電纜將主變壓器中低壓側(cè)與原站內(nèi)相應(yīng)電壓等級(jí)的開關(guān)柜相連；主變壓器中性點(diǎn)與站內(nèi)中性點(diǎn)設(shè)備相連接，為相應(yīng)35 kV、10 kV電壓等級(jí)的負(fù)荷供電。

圖3　移動(dòng)變電站110 kV主變壓器

2.2.2.2雙繞組變壓器替換式不停電作業(yè)

當(dāng)移動(dòng)變電站主變壓器作為兩卷式變壓器使用時(shí)，共有三種可供選擇的一次接線方式，分別是：

（1）110 kV，1路進(jìn)線接于110 kV母線；35 kV，1路出線接于35 kV出線柜；作為110/35 kV變壓器使用。

（2）110 kV，1路進(jìn)線接于110 kV母線；10 kV，1路出線接于10 kV出線柜；作為110/10 kV變壓器使用。

（3）35 kV，1路進(jìn)線接于35 kV母線；10 kV，1路出線接于10 kV出線柜；作為35/10kV變壓器使用。

2.2.3開關(guān)柜替換式不停電作業(yè)

為適應(yīng)35 kV、10 kV負(fù)荷饋出數(shù)量變化的需求，使用35 kV絕緣等級(jí)的開關(guān)柜代替10 kV絕緣等級(jí)的開關(guān)柜，形成了共計(jì)“7+2”回的35 kV/10 kV饋出數(shù)量，主要有如下幾種運(yùn)行方式：

（1）10 kV，1路進(jìn)線，5路出線；同時(shí)35 kV，1路進(jìn)線，2路出線；

（2）35 kV，1路進(jìn)線，5路出線；同時(shí)10 kV，1路進(jìn)線，2路出線

（3）10 kV，1路進(jìn)線，7路出線；35 kV不運(yùn)行；

（4）35 kV，1路進(jìn)線，7路出線；10 kV不運(yùn)行；

（5）10 kV，1路進(jìn)線，5路出線運(yùn)行；同時(shí)35 kV母線及所有35 kV設(shè)備停電檢修；

（6）35 kV，1路進(jìn)線，5路出線運(yùn)行；同時(shí)10 kV：母線及所有10 kV設(shè)備停電檢修；

（7）10 kV，1路進(jìn)線，2路出線運(yùn)行；同時(shí)35 kV母線及所有35 kV設(shè)備停電檢修；

（8）35 kV，1路進(jìn)線，2路出線運(yùn)行；同時(shí)10 kV母線及所有10 kV設(shè)備停電檢修；

以10 kV 1路進(jìn)線，5路出線運(yùn)行；同時(shí)35 kV 1路進(jìn)線，2路出線運(yùn)行方式為例說明35 kV、10 kV開關(guān)柜實(shí)現(xiàn)送電，其具體接線方式如圖4所示。

圖4　移動(dòng)變電站開關(guān)柜模塊10 kV與35 kV同時(shí)開展替換式不停電作業(yè)接線

（1）通過柔性電纜將圖4中501開關(guān)柜與主變10 kV引出套管連接，圖4中301開關(guān)柜與主變35 kV引出套管連接，并檢查連接正確性；

（2）將501開關(guān)柜上的10 kV/35 kV電壓轉(zhuǎn)換把手打至10 kV操作（I母PT切換裝置輸出電壓為10 kV I PT電壓），將301開關(guān)柜上的10 kV/35 kV電壓轉(zhuǎn)換把手打至35 kV操作（II母PT切換裝置輸出電壓為35 kV II PT電壓），并檢查切換把手位置正確性；

（3）檢查兩個(gè)母聯(lián)隔離柜上的母聯(lián)隔離開關(guān)及接地刀閘全部在分位；

（4）合上I母10 kV I PT開關(guān)柜隔離開關(guān)，投入10 kV I PT；

（5）合上501開關(guān)柜隔離開關(guān)及斷路器，為10 kV母線送電；

（6）合上301開關(guān)柜隔離開關(guān)及斷路器，為35 kV母線送電。

2.2.4整體變電站替換式不停電作業(yè)

當(dāng)將HGIS、變壓器、開關(guān)柜及保護(hù)附屬設(shè)施鏈接起來，可以實(shí)現(xiàn)110 kV變電站功能，如圖5所示。圖5中，利用電力電纜、架空線路將HGIS接線端子與站內(nèi)110 kV母線連接，將主變壓器中性點(diǎn)與站內(nèi)中性點(diǎn)設(shè)備連接，選擇兩繞組或三繞組使用方式，并將主變中、低壓側(cè)引出套管通過柔性電纜分別接至移動(dòng)變電站開關(guān)柜，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜的送電。

圖5　整體變電站替換式不停電作業(yè)接線

2.3　作業(yè)裝備運(yùn)行狀態(tài)信息傳輸

在移動(dòng)變電站上配備通信設(shè)備，使其能夠具備匯集和上送功能；在替換式作業(yè)裝備上增加光網(wǎng)絡(luò)單元（optical network unit,ONU）等通信模塊，使其能夠?qū)l(fā)出信號(hào)、接受操作指令。利用現(xiàn)有配電自動(dòng)化搭建的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備與調(diào)控部門間的通信路由，同時(shí)將替換式作業(yè)裝備列入調(diào)度控制中心管轄范圍，采用“調(diào)控一體化”模式進(jìn)行監(jiān)控管理，接受統(tǒng)一規(guī)范的管理和調(diào)度，移動(dòng)變電站等替換式設(shè)備由調(diào)控中心統(tǒng)一命名，保護(hù)裝置整定值亦由調(diào)控中心計(jì)算下發(fā)，遙信、遙測信號(hào)全部由后臺(tái)監(jiān)測系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)至調(diào)控一體化系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)信息的上送和監(jiān)視。

在移動(dòng)變電站、移動(dòng)環(huán)網(wǎng)柜等替換式裝備上安裝固定攝像頭13個(gè)，裝備的周邊安裝移動(dòng)攝像頭5套，在移動(dòng)變電站上增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)匯集視頻信號(hào)。使用通信以太網(wǎng)結(jié)合4G通信技術(shù)傳輸，完成不停電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞：在變電站內(nèi)或有電力內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)區(qū)域作業(yè)時(shí)，利用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)向電力統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)傳輸視頻信號(hào)；當(dāng)作業(yè)區(qū)域無電力專用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，利用公共無線網(wǎng)絡(luò)加密傳輸視頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)變電站遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

同時(shí)，在部分移動(dòng)變電站等替換式裝備上安裝在線監(jiān)測裝置，主要為油色譜在線監(jiān)測等裝置，運(yùn)行時(shí)，檢測數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)中并上傳給調(diào)控中心，確保了監(jiān)測信息的實(shí)時(shí)化和準(zhǔn)時(shí)化。當(dāng)替換式裝備備用時(shí)，檢測系統(tǒng)自動(dòng)停止，實(shí)現(xiàn)檢測與使用的同步。

2.4　作業(yè)裝備的連接方式

替換式不停電作業(yè)裝備間的連接最常使用電纜。在進(jìn)行替換式電纜線路不停電作業(yè)時(shí)，其原理如圖6所示。在現(xiàn)場快速裝配1條臨時(shí)旁路線路，跨接該故障檢修或例行維護(hù)線路段，通過旁路開關(guān)操作，斷開該故障段電源，將電源引向這條臨時(shí)旁路輸電線路，通過旁路系統(tǒng)保持對(duì)該故障環(huán)網(wǎng)柜的下級(jí)10 kV用戶的不間斷供電。

圖6　10 kV電纜替換式不停電作業(yè)接線

城市配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜接頭的種類、品牌、內(nèi)部接頭形式等種類繁多，圖6中3臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜和1輛作業(yè)車，甚至?xí)霈F(xiàn)“T”型、肘型等不同型式、不同尺寸的同接頭，無法針對(duì)每種接頭形式對(duì)應(yīng)配備1套旁路電纜。作業(yè)時(shí)根據(jù)需求現(xiàn)場制作電纜頭，耗時(shí)長，增加了不停電作業(yè)時(shí)間。

采用轉(zhuǎn)換接頭的方式實(shí)現(xiàn)不同環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)接頭與旁路電纜的連接問題。制作適用不同接頭連接的電纜轉(zhuǎn)換接頭，即轉(zhuǎn)換接頭一端為旁路電纜的連接頭，一端為環(huán)網(wǎng)柜的連接頭，環(huán)網(wǎng)柜的連接頭可根據(jù)不同接頭形式進(jìn)行更換，最終實(shí)現(xiàn)一種旁路電纜與不同環(huán)網(wǎng)柜的連接。

通過安裝“中間對(duì)接頭”、“L”型、“U”轉(zhuǎn)換旁路接頭，任意延長、不同電纜對(duì)接頭的對(duì)接。配合一對(duì)二轉(zhuǎn)換頭，還可調(diào)節(jié)替換作業(yè)電纜連接支路數(shù)量。

3　效果評(píng)價(jià)

（1）本文提出的替換式不停電作業(yè)方法不僅能夠應(yīng)用在10 kV及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)，還能在35 kV、110 kV電壓等級(jí)上使用；能夠替換的設(shè)備包括：110 kV斷路器、110 kV變壓器（三繞組、雙繞組）、35 kV開關(guān)柜、10 kV開關(guān)柜甚至整座110 kV變電站，以及10 kV配電變壓器、配電環(huán)網(wǎng)柜等配電設(shè)備。與上海、廣州等城市開展的同類型作業(yè)相比，替換式不停電作業(yè)的范圍得到了擴(kuò)展。

（2）本文提出的作業(yè)方法，在作業(yè)裝備上安裝ONU、交換機(jī)等通信設(shè)備，利用電力內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)兩種途徑，實(shí)現(xiàn)替換式作業(yè)裝備的運(yùn)行信息的上傳調(diào)度、監(jiān)控部門的功能，監(jiān)控人員能夠掌握設(shè)備狀態(tài)。

（3）本文提出利用轉(zhuǎn)換接頭的方式實(shí)現(xiàn)不同環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)接頭與旁路電纜的連接，省去了頻繁制作電纜終端的工序，實(shí)現(xiàn)了替換式不停電裝備間連接方式的簡化。

4　結(jié)論

（1）替換式不停電作業(yè)方法擴(kuò)展了不停電作業(yè)的范圍，將不停電作業(yè)由常見的10 kV、0.4 kV擴(kuò)寬到35 kV、110 kV，實(shí)現(xiàn)了城市配電網(wǎng)110 kV到0.4 kV全電壓等級(jí)、全設(shè)備的替換式不停電作業(yè)。應(yīng)用此方法在電網(wǎng)設(shè)備因自然災(zāi)害、不良工況、危急故障等退出運(yùn)行時(shí)可以快速響應(yīng)，最大限度地提高電網(wǎng)應(yīng)急保障能力。

（2）供電單元、供電功能模塊的開發(fā)應(yīng)用，使替換式不停電作業(yè)節(jié)約了大量電量損失及作業(yè)時(shí)間，從根本上提升了供電可靠性，減少了用戶直接停電時(shí)間。對(duì)電網(wǎng)檢修方式優(yōu)化、區(qū)域應(yīng)急救援、客戶服務(wù)模式創(chuàng)新產(chǎn)生積極影響。

（3）替換式不停電作業(yè)方法實(shí)現(xiàn)了110 kV斷路器間隔不停電作業(yè)、110 kV變壓器不停電作業(yè)、35 kV設(shè)備不停電作業(yè)、10 kV設(shè)備不停電作業(yè)、10 kV環(huán)網(wǎng)柜（開閉所）不停電作業(yè)、10 kV電網(wǎng)設(shè)備不停電作業(yè)、0.4 kV電網(wǎng)設(shè)備不停電作業(yè)、110 kV變電站整體不停電作業(yè)、10 kV電網(wǎng)設(shè)備整體不停電作業(yè)、110 kV至10 kV全系統(tǒng)不停電作業(yè)等10種典型不停電作業(yè)模式，具有良好的推廣價(jià)值及應(yīng)用前景。

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