廣州配網(wǎng)不停電作業(yè)技術(shù)發(fā)展綜述

丁佳鈺，謝子亮

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州增城供電局，廣州 511300）

0 引言

隨著廣州供電局全面推進(jìn)世界一流配電網(wǎng)建設(shè)[1]，配網(wǎng)不停電作業(yè)是提高供電可靠性最有效、最直接的措施[2]，從用戶需求和供電企業(yè)等方面來(lái)考慮都是未來(lái)發(fā)展的方向。國(guó)家戰(zhàn)略層面提出的“配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃”[3]，在很大程度上推動(dòng)了配電網(wǎng)向高可靠性和智能化的方向發(fā)展[4]。

而我國(guó)配電網(wǎng)與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定差距[5-6]，除了加強(qiáng)配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)之外，對(duì)影響供電可靠性指標(biāo)的停電時(shí)間和停電次數(shù)也提出了新要求。根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)關(guān)于全面提升“獲得電力”服務(wù)水平，持續(xù)優(yōu)化用電營(yíng)商環(huán)境的意見(jiàn)[7]，要求各供電企業(yè)要進(jìn)一步提高供電可靠性，為市場(chǎng)主體提供更好用電保障，不得以各種名義違規(guī)對(duì)企業(yè)實(shí)施拉閘斷電。要強(qiáng)化計(jì)劃?rùn)z修管理，科學(xué)合理制定停電計(jì)劃，推廣不停電作業(yè)技術(shù)，減少計(jì)劃停電時(shí)間和次數(shù)。

配網(wǎng)是電網(wǎng)服務(wù)客戶的“最后一公里”，但在早期的網(wǎng)架規(guī)劃缺少方向和目標(biāo)，導(dǎo)致在城區(qū)盲目追求增加聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，使得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)多但難于進(jìn)行轉(zhuǎn)電操作；而在農(nóng)村或城郊結(jié)合部等區(qū)域由于地形限制等客觀因素，因投資過(guò)大而難以建立聯(lián)絡(luò)[8]。再加上以前業(yè)擴(kuò)報(bào)裝投資界面不規(guī)范，用戶接入時(shí)未能統(tǒng)籌考慮改善網(wǎng)架，導(dǎo)致配電網(wǎng)網(wǎng)架邊改造邊惡化[9]。這些遺留問(wèn)題一方面限制了配網(wǎng)不停電作業(yè)的推廣實(shí)施，另一方面也是配網(wǎng)規(guī)劃人員亟待解決的難題。因此，迫切需要對(duì)配網(wǎng)網(wǎng)架進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃，并解決發(fā)電車作業(yè)和旁路作業(yè)過(guò)程中的安全可靠問(wèn)題，如準(zhǔn)同期并網(wǎng)、合環(huán)沖擊等，以提升不停電作業(yè)技術(shù)水平。

基于此，本文綜述了國(guó)內(nèi)外配網(wǎng)不停電作業(yè)技術(shù)研究現(xiàn)狀，結(jié)合廣州地區(qū)近兩年開(kāi)展的不停電作業(yè)水平，分析不停電作業(yè)在未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，配電作業(yè)方式已逐漸從“停電作業(yè)為主、帶電作業(yè)為輔”向“不停電作業(yè)”方式轉(zhuǎn)變[10]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在配網(wǎng)不停電作業(yè)方面也相繼開(kāi)展了一系列的研究和應(yīng)用。

（1）發(fā)電車

以往不允許直接把發(fā)電車接入運(yùn)行中的電網(wǎng)，避免因造成環(huán)流或者發(fā)送電引發(fā)故障[11]。針對(duì)移動(dòng)發(fā)電車在接入配電網(wǎng)的并網(wǎng)解列過(guò)程中存在短暫停電問(wèn)題，丁一峰等[12]提出了10 kV移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)帶電接入配網(wǎng)采用同期方式無(wú)縫轉(zhuǎn)供負(fù)荷技術(shù)條件，孫廣慧等[13]提出了一種能并網(wǎng)與解列全過(guò)程不間斷供電的10 kV發(fā)電車設(shè)計(jì)。而對(duì)于中壓發(fā)電車的并網(wǎng)與解列技術(shù)研究，目前僅停留在理論層面的準(zhǔn)同期并網(wǎng)控制策略、同期并網(wǎng)檢測(cè)[12-15]。低壓發(fā)電車與中壓發(fā)電車面臨著同樣的問(wèn)題：即在臨時(shí)供電工作中存在短時(shí)停電過(guò)程[16]。在低壓發(fā)電車并機(jī)并網(wǎng)方面的研究開(kāi)展相對(duì)較少，尚未有比較成熟的低壓發(fā)電車并機(jī)并網(wǎng)不停電作業(yè)的應(yīng)用[17]。

（2）旁路作業(yè)

目前，旁路作業(yè)在不停電作業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用，對(duì)于旁路作業(yè)中的安全問(wèn)題已有相關(guān)研究[18-19]。鄭傳廣等[20]對(duì)旁路作業(yè)法不同作業(yè)方式下的全部操作過(guò)程進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真計(jì)算，分別討論作業(yè)方式、線路長(zhǎng)度、投切相角等因素對(duì)過(guò)電壓和過(guò)電流的影響。劉夏清等[21]針對(duì)現(xiàn)有配網(wǎng)旁路作業(yè)系統(tǒng)存在所需車輛多移動(dòng)不便安全防護(hù)困難等問(wèn)題，研制了10 kV配網(wǎng)線路旁路作業(yè)移動(dòng)平臺(tái)，并提出小型旁路系統(tǒng)作業(yè)新方法。林俐利[22]分析了旁路不停電作業(yè)過(guò)程中負(fù)荷轉(zhuǎn)移的過(guò)程可能產(chǎn)生的過(guò)電壓和過(guò)電流情況以及并列運(yùn)行時(shí)的分流情況，進(jìn)而研究對(duì)應(yīng)的組織措施和技術(shù)措施。

（3）網(wǎng)架優(yōu)化及設(shè)備改造

此外，配網(wǎng)的分段開(kāi)關(guān)是提高供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要手段，一旦位置和距離設(shè)置不當(dāng)，會(huì)擴(kuò)大電力故障范圍，降低供電質(zhì)量[23-25]。廖一茜等[26]提出一種新的啟發(fā)式算法以解決中壓架空線開(kāi)關(guān)優(yōu)化配置問(wèn)題，Mehdi Khani等[27]提出一種考慮故障概率的分段開(kāi)關(guān)最優(yōu)配置模型，肖白等[28]提出了一種基于負(fù)荷點(diǎn)聚類分區(qū)的配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃方法。當(dāng)前，隨著廣州電網(wǎng)在中壓架空線路上大力推廣使用中壓發(fā)電車，需要中壓架空線路有合理的接入點(diǎn)，也就對(duì)架空網(wǎng)架以及相應(yīng)的設(shè)備裝置，提出了較為迫切的技術(shù)改造要求[29-30]。黃冬喜[31]研發(fā)了一種可不停電進(jìn)行拼拆柜的環(huán)網(wǎng)柜，可以大大減少停電的機(jī)率，極大限度地提高供電可靠性。林琦[32]對(duì)柔性旁路電纜敷設(shè)方法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)采用架空與地面敷設(shè)相結(jié)合的方法完成柔性旁路電纜敷設(shè)，并研制電纜敷設(shè)工具及防護(hù)器具。簡(jiǎn)美加等[33]提出了一種新型的移動(dòng)發(fā)電車與低壓配電設(shè)備母排連接解決方案，通過(guò)應(yīng)急電源快速接入裝置快速高效的將應(yīng)急發(fā)電車電源接入低壓配電柜，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的不停電作業(yè)。但尚未有研究考慮不停電作業(yè)開(kāi)展條件下的配電網(wǎng)網(wǎng)架優(yōu)化規(guī)劃。

2 廣州地區(qū)不停電作業(yè)水平

對(duì)廣州市不停電作業(yè)的不同技術(shù)手段次數(shù)占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1所示。可以看出，目前廣州配電網(wǎng)開(kāi)展的不停電作業(yè)中主要是以帶電作業(yè)為主占50%，其次是發(fā)電車作業(yè)占42%，低壓聯(lián)絡(luò)和旁路作業(yè)的開(kāi)展相對(duì)較少，分別為5%和3%。

圖1 不停電作業(yè)不同技術(shù)手段次數(shù)占比

圖2 不同不停電技術(shù)減少停電時(shí)戶數(shù)占比

對(duì)2019年廣州地區(qū)不同不停電技術(shù)的減少停電時(shí)戶數(shù)占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖2所示。可以看出，廣州地區(qū)開(kāi)展的不停電作業(yè)技術(shù)中減少停電時(shí)戶數(shù)占比最大的是帶電作業(yè)，為84%，而發(fā)電車作業(yè)為11%，旁路作業(yè)為5%，低壓聯(lián)絡(luò)為0.03%。即帶電作業(yè)可有效減少停電的戶數(shù)，由于當(dāng)前發(fā)電車作業(yè)、旁路作業(yè)以及低壓聯(lián)絡(luò)受到技術(shù)、設(shè)備或網(wǎng)架等方面的限制，在作業(yè)實(shí)施過(guò)程中會(huì)有短暫的停電時(shí)間。

對(duì)廣州市2018年和2019年各項(xiàng)不停電技術(shù)的應(yīng)用次數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，如圖3所示?？梢钥闯觯?019年廣州市的帶電作業(yè)應(yīng)用次數(shù)比2018年有所減少，不停電技術(shù)中的旁路作業(yè)、發(fā)電車作業(yè)和低壓聯(lián)絡(luò)的應(yīng)用次數(shù)均比2018年有所增加，尤其是發(fā)電車作業(yè)的應(yīng)用次數(shù)增長(zhǎng)明顯。

圖3 2018—2019不停電技術(shù)應(yīng)用次數(shù)對(duì)比

3 不停電作業(yè)技術(shù)發(fā)展分析

雖然近年來(lái)廣州配網(wǎng)不停電作業(yè)已常態(tài)化應(yīng)用，但目前中低壓不停電作業(yè)還停留在檢修工作配角上，項(xiàng)目實(shí)施以點(diǎn)為主，若涉及大規(guī)模檢修等面上的工作，還存在成本較高、風(fēng)險(xiǎn)大、技術(shù)方案單一、組織協(xié)調(diào)難等問(wèn)題；此外，網(wǎng)架裝備適應(yīng)性不足、關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)用不夠等因素也嚴(yán)重影響不停電作業(yè)水平的提升。

3.1 發(fā)電車作業(yè)技術(shù)

目前，南方電網(wǎng)、國(guó)家電網(wǎng)的應(yīng)急發(fā)電車已在網(wǎng)內(nèi)全面應(yīng)用，其中最為常用的是低壓發(fā)電車，即是對(duì)終端變壓器采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入方式來(lái)進(jìn)行應(yīng)急供電。隨著供電可靠性要求的提高，中壓發(fā)電車作為可快速接入中壓線路、多臺(tái)終端變壓器的保障而相應(yīng)出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)較大供電范圍。

中壓發(fā)電車是移動(dòng)作業(yè)，在檢修時(shí)需要將負(fù)荷轉(zhuǎn)供至中壓發(fā)電車，此時(shí)需要調(diào)整中壓發(fā)電車的電壓幅值、頻率、相角和市電一致，以保證用戶用電安全。但目前中壓發(fā)電車同期并網(wǎng)時(shí)較難跟蹤同步市電的幅值、頻率、相角，造成中壓發(fā)電車在接入配網(wǎng)線路的用時(shí)較長(zhǎng)。同時(shí)由于操作人員對(duì)周圍負(fù)荷環(huán)境的不熟悉，操作人員在將中壓發(fā)電車接入配網(wǎng)線路時(shí)合環(huán)瞬間可能產(chǎn)生的過(guò)電壓、過(guò)電流會(huì)造成設(shè)備損壞，威脅操作人員安全。此外，中壓發(fā)電車在投入使用時(shí)如果線路發(fā)生故障需要將發(fā)電車緊急退出確保人員及設(shè)備安全，但目前由于對(duì)故障監(jiān)測(cè)判據(jù)不全面，可能會(huì)造成事故的發(fā)生。

未來(lái)，我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展承載著降低能耗、優(yōu)化配置資源、有效利用新能源、推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的使命，已成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分。作為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，發(fā)電車不間斷供電是智能電網(wǎng)的應(yīng)急保障的最后一道屏障，是維持供電使用的最后一道電源，是保障智能電網(wǎng)運(yùn)行和應(yīng)急的最后手段。因此，現(xiàn)有發(fā)電車作業(yè)技術(shù)可進(jìn)一步提升。

（1）合環(huán)沖擊影響及計(jì)算模型

中壓發(fā)電車作業(yè)在接入配電網(wǎng)過(guò)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，而中壓發(fā)電車接入配網(wǎng)的合環(huán)沖擊發(fā)生在發(fā)電車自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)操作，需對(duì)發(fā)電車通過(guò)同期裝置投入系統(tǒng)的并列運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行建模，計(jì)算合閘瞬間因合閘條件（頻率、電壓、相角）在實(shí)際操作中存在一定誤差而產(chǎn)生的沖擊電流，并分析合環(huán)沖擊對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響。

（2）自動(dòng)準(zhǔn)同期控制技術(shù)

自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)操作要求發(fā)電車與電網(wǎng)間的壓差、頻差在允許條件下，并且相角差接近于0或控制在允許范圍內(nèi)，使發(fā)電車平滑無(wú)沖擊地接入到電網(wǎng)中；自動(dòng)準(zhǔn)同期并列系統(tǒng)仿真模型分為壓差檢測(cè)與控制、頻差檢測(cè)與控制、相角差檢測(cè)與并列合閘控制3個(gè)環(huán)節(jié)；需利用相角差和滑差角頻率的原始序列預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的值，再利用滑差角頻率預(yù)測(cè)值計(jì)算下一時(shí)刻的越前相角，進(jìn)而進(jìn)行合閘條件的判斷。

此外，由于低壓發(fā)電車當(dāng)前僅在配變低壓臺(tái)區(qū)作應(yīng)急供電使用，保供電范圍小，若將低壓發(fā)電車接入配電變壓器升壓倒供中壓線路，擴(kuò)大保供電范圍的同時(shí)可降低所使用發(fā)電車的成本，但需對(duì)其影響進(jìn)行分析進(jìn)而提出可行性方案。

3.2 旁路作業(yè)系統(tǒng)

旁路作業(yè)過(guò)程中為將檢修段隔離出來(lái)，需要多次帶著電壓和電流進(jìn)行倒閘操作，但這些操作并未改變線路上負(fù)荷電流的流向，只是將通過(guò)檢修段的電流轉(zhuǎn)移到旁路回路，因此不改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式。由于該方法通過(guò)在主線路上搭接旁路電纜作業(yè)來(lái)保證用戶不停電，在作業(yè)過(guò)程中搭接、開(kāi)斷架空線路和旁路電纜可能產(chǎn)生的過(guò)電壓、過(guò)電流既是旁路電纜作業(yè)中的危險(xiǎn)點(diǎn)，又是相關(guān)旁路設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的制定依據(jù)。

因旁路作業(yè)系統(tǒng)接入配網(wǎng)的合環(huán)暫態(tài)發(fā)生在負(fù)荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中的旁路電纜搭接操作、復(fù)設(shè)操作過(guò)程中的架空線路合閘操作；需根據(jù)旁路作業(yè)系統(tǒng)接入配網(wǎng)建立合環(huán)暫態(tài)模型，計(jì)算合環(huán)沖擊電流；并對(duì)旁路作業(yè)系統(tǒng)的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行建模仿真，計(jì)算合環(huán)暫態(tài)的過(guò)電壓、過(guò)電流，并分析合環(huán)沖擊對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響。

3.3 網(wǎng)架優(yōu)化規(guī)劃

當(dāng)前在配網(wǎng)網(wǎng)架靈活、可轉(zhuǎn)供電率接近100%的情況下，仍存在負(fù)荷無(wú)法轉(zhuǎn)供的主要原因在于：一方面單臺(tái)配變或開(kāi)關(guān)柜母線停電，低壓聯(lián)絡(luò)不完善，配變負(fù)荷無(wú)法轉(zhuǎn)供；另一方面部分10 kV分支線無(wú)聯(lián)絡(luò)，不滿足N-1，停電時(shí)所帶負(fù)荷無(wú)法轉(zhuǎn)供。

因此，對(duì)配網(wǎng)線路的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化規(guī)劃是提高配網(wǎng)不停電作業(yè)覆蓋率的關(guān)鍵技術(shù)。首先，考慮不停電作業(yè)對(duì)架空線路分段開(kāi)關(guān)優(yōu)化配置算法及負(fù)荷區(qū)域劃分原則進(jìn)行研究，進(jìn)而確定適應(yīng)發(fā)電車及旁路作業(yè)系統(tǒng)接入的中壓線路網(wǎng)架設(shè)計(jì)方案，最后提出滿足用戶不停電的設(shè)備檢修N-1的網(wǎng)架規(guī)劃方法。

3.4 作業(yè)管控技術(shù)

由于不停電作業(yè)項(xiàng)目種類繁多、施工方式復(fù)雜，目前以人工為主的傳統(tǒng)管理模式，已無(wú)法滿足指數(shù)級(jí)上升的不停電作業(yè)需求[3]。因此，需根據(jù)不停電作業(yè)檢修場(chǎng)景、要求和目標(biāo)的不同，對(duì)發(fā)電車、旁路作業(yè)系統(tǒng)等多種不停電作業(yè)方式的適用場(chǎng)景進(jìn)行分析，總結(jié)提出多種不停電作業(yè)方式的適用場(chǎng)景和配置應(yīng)用原則；進(jìn)而形成配網(wǎng)不停電作業(yè)的典型場(chǎng)景作業(yè)模式指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不停電作業(yè)流程的全周期管控以及規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著供電企業(yè)將工作重心從帶電作業(yè)轉(zhuǎn)移到不停電作業(yè)，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步提高。由于配網(wǎng)存在大量早期網(wǎng)架規(guī)劃的遺留問(wèn)題，中低壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供電，通過(guò)網(wǎng)架優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)能夠提高可轉(zhuǎn)供電率；此外，通過(guò)發(fā)電車作業(yè)技術(shù)、旁路作業(yè)系統(tǒng)以及不停電作業(yè)管控技術(shù)，可有效提升配網(wǎng)供電可靠性以及不停電作業(yè)水平。