試論提高10kV配電網(wǎng)供電可靠性的技術(shù)措施

深圳供電局有限公司羅湖供電局 何 明 佘樂欣 嚴(yán)鏗博 李思堯 袁 帥 汪明科 黃煜偉 劉曉松

1 10kV 配電網(wǎng)供電可靠性的影響因素

1.1 外力破壞因素

由于城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，原有的10kV 配電網(wǎng)已不能完全滿足供電可靠性的基本要求。原10kV 配電網(wǎng)絡(luò)是以架空線為主，接線互聯(lián)形式主要為單端電網(wǎng)的樹枝狀和輻射狀供電方式，沈陽新工業(yè)技術(shù)開發(fā)區(qū)和住宅、商業(yè)住宅區(qū)往往主要采用多線環(huán)網(wǎng)供電方式，供電直接從最近的多條架空電力線獲取。此外，城市主要交通道路沿線的許多架空供電線路，或走廊將直接受到新建建筑和施工場地的威脅[1]。

簡而言之，10kV 配電網(wǎng)在城市地區(qū)、特別是在一些舊的城市地區(qū)轉(zhuǎn)換電源的操作能力差，地形復(fù)雜、接線混亂、事故率高，供電的可靠性很低。由于城區(qū)變電站大多為該區(qū)域電網(wǎng)當(dāng)中的樞紐站，10kV 配電系統(tǒng)由于出線多、負(fù)荷大、運(yùn)行年限長，結(jié)合電網(wǎng)環(huán)境因素，如配電設(shè)備間的差異造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，設(shè)備間的絕緣強(qiáng)度逐年下降，造成事故發(fā)生的可能性概率逐年上升。

1.2 閃絡(luò)因素

在部分早期已開工設(shè)計(jì)建設(shè)的10kV 配電網(wǎng)中，絕緣器主要依靠大指針式的圓形搪瓷電電瓶，在配電網(wǎng)中所需要用到的絕緣材料元件質(zhì)量等級(jí)較低的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不能完全能夠承受直接的擊雷，感應(yīng)器的相位過電壓也很有可能會(huì)直接影響引起雷電網(wǎng)的閃絡(luò)。同時(shí)，設(shè)備在運(yùn)行期間的絕緣長期在電壓下工作，如絕緣零件表面積聚污垢，只要表面污垢的鹽度達(dá)到一定區(qū)域、在潮濕條件下很容易導(dǎo)致翻車，污垢也會(huì)降低絕緣的沖擊性能，在雷電沖擊和內(nèi)部過電壓的影響下極易誘發(fā)閃絡(luò)。有時(shí)污染外溢發(fā)生在一個(gè)地方，有時(shí)幾個(gè)地方同時(shí)發(fā)生。當(dāng)發(fā)生污染翻轉(zhuǎn)時(shí)很易造成單相接地。此時(shí)剩余兩相電壓持續(xù)增加，在瞬態(tài)條件下可達(dá)到相電壓的2.5倍。

在正常情況下，非故障相電壓幅值的增加不會(huì)威脅絕緣。如運(yùn)行的環(huán)境條件相對(duì)較差，則絕緣部件的電阻電壓會(huì)降低。在中性點(diǎn)無根據(jù)系統(tǒng)的非故障相電壓二次值增加允許運(yùn)行后兩小時(shí)內(nèi)，過渡點(diǎn)可能再次出現(xiàn)[2]。此外，由于污染絕緣的沖擊性能降低，單相接地產(chǎn)生零序電壓。如果變電站中的變壓器特性較差，會(huì)激發(fā)鐵磁諧振，浪涌混合器較高，并且可能會(huì)發(fā)生相位隔離閃絡(luò)和斷路，從而觸發(fā)兩相接地短路。

2 提高10kV 配電網(wǎng)供電可靠性的技術(shù)

2.1 配電網(wǎng)故障快速復(fù)電技術(shù)

如果配電網(wǎng)發(fā)生故障，須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)快速恢復(fù)供電。因此，對(duì)于配電網(wǎng)來說，合理、完善、準(zhǔn)確的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是快速恢復(fù)供電、解決配電網(wǎng)故障的重要前提和基礎(chǔ)?？焖俟β驶謴?fù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括三方面，即狀態(tài)估計(jì)和拓?fù)錂z測、故障定位和故障排除。其中，狀態(tài)估計(jì)是為消除配電網(wǎng)系統(tǒng)中的不良數(shù)據(jù)信息，為配電網(wǎng)系統(tǒng)提供大量準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)信息。拓?fù)渥R(shí)別是基于測量前后兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，然后檢測拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，及時(shí)糾正配電網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浞种?。故障定位基于正確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并使用適當(dāng)?shù)墓收隙ㄎ患夹g(shù)快速定位故障配電網(wǎng)的故障部分；故障排除還基于正確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以最快的速度和最大限度恢復(fù)功率損耗負(fù)載。故障恢復(fù)的最后一步是指在配電網(wǎng)檢測到故障后進(jìn)行故障隔離的策略、程序和技術(shù)，并選擇其他設(shè)備或方法將配電網(wǎng)恢復(fù)到故障前的供電狀態(tài)，以便配電網(wǎng)能夠繼續(xù)正常運(yùn)行[3]。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，最重要的是改善目前的工作管理模式、電網(wǎng)安全故障的及時(shí)維修和相關(guān)工作管理程序的要求，同時(shí)應(yīng)充分考慮電網(wǎng)的實(shí)際使用條件等各方面的人力、技術(shù)、資源和設(shè)備。此外，還應(yīng)建立更加完善的中國電網(wǎng)安全管理體系，增強(qiáng)電網(wǎng)安全管理的時(shí)效性和專業(yè)性以及快速性和效率性，充分考慮所涉及的電力關(guān)系，根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)用戶的實(shí)際電力需求，也要保證電網(wǎng)停電預(yù)報(bào)相關(guān)信息的提前及時(shí)性和準(zhǔn)確性，不容易出現(xiàn)信息誤傳。

2.2 配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

目前，我國配電網(wǎng)自動(dòng)化大致經(jīng)歷了三階段，即自動(dòng)化階段、計(jì)算機(jī)階段和現(xiàn)代自動(dòng)化階段。特別是在第一階段，自動(dòng)化階段的主要工作原理是各種自動(dòng)開關(guān)設(shè)備的相互支持，即如果系統(tǒng)發(fā)生故障，則不需要計(jì)算機(jī)干預(yù)即可執(zhí)行實(shí)時(shí)控制。只要二次繼電保護(hù)設(shè)備相互配合，故障就可快速排除。應(yīng)注意的是，在這一階段由于電源和繼電保護(hù)裝置的限制，自動(dòng)化程度不高。

第二階段，計(jì)算機(jī)階段的特點(diǎn)。即使使用計(jì)算機(jī)大型云計(jì)算方法來處理配電網(wǎng)的相關(guān)問題，調(diào)度員也只能通過遠(yuǎn)程控制設(shè)備來隔離故障區(qū)域并將電源恢復(fù)到聲音區(qū)域。因此，這一階段可說是實(shí)現(xiàn)了真正意義上的遙測遙控功能；在現(xiàn)代自動(dòng)化階段，在現(xiàn)代控制理論的支持下，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用得到了更好的發(fā)展，并與配電網(wǎng)SCADA 系統(tǒng)、GIS 變電站自動(dòng)化、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)、勞動(dòng)管理和其他綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相集成。提前實(shí)現(xiàn)了用戶負(fù)荷控制、自動(dòng)抄表等自動(dòng)化功能。

該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在以下方面的基本原則：

保證其足夠的可靠性和安全性，同時(shí)還應(yīng)能滿足相應(yīng)的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有高開放性和高可擴(kuò)展性。此外，為避免重復(fù)性建設(shè)與開發(fā)、重復(fù)性設(shè)置硬件及數(shù)據(jù)采集，需要堅(jiān)持因地制宜、技術(shù)領(lǐng)先的原則，充分運(yùn)用現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)及設(shè)備的作用價(jià)值。

對(duì)于專用配電聯(lián)網(wǎng)配電自動(dòng)化監(jiān)控終端，應(yīng)根據(jù)需要嚴(yán)格遵守以下要求：一方面，各種特殊中間配電網(wǎng)的集中控制型配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化監(jiān)控終端，應(yīng)使用一套具有三個(gè)遠(yuǎn)程重合閘監(jiān)控和通信功能的中型配電饋線和其他特殊配電站的饋線監(jiān)控和通信終端。另一方面，對(duì)于具有不同電流通信控制模式的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化終端，應(yīng)適當(dāng)選擇不同的重合閘監(jiān)控通信終端；如果本地配電饋線系統(tǒng)采用重合閘智能控制器電路的配電方式，還應(yīng)選擇一套可自動(dòng)維持的等效本地穩(wěn)定電流或使用等效穩(wěn)定電壓型重合閘監(jiān)控通信開關(guān)終端作為監(jiān)控成套設(shè)備；如果本地配電饋線采用配電方式，還應(yīng)當(dāng)選擇一套等效穩(wěn)定電流自動(dòng)通信與本地電流同時(shí)重合閘控制系統(tǒng)，中型專用配電饋線具有三個(gè)遠(yuǎn)程電流通信控制功能，其他專用配電站的重合閘監(jiān)控通信終端和饋線監(jiān)控通信終端。

3 提高10kV 配電網(wǎng)供電可靠性的措施

3.1 提高配電網(wǎng)管理

嚴(yán)格執(zhí)行管理目標(biāo)控制管理。每年年初，電力企業(yè)全體員工提出年度及以后的年度、季度生產(chǎn)可靠性管理目標(biāo)值，分解后分發(fā)到各電力生產(chǎn)管理部門。明確管理目標(biāo)和獎(jiǎng)懲，確保當(dāng)年電力企業(yè)生產(chǎn)可靠性管理指標(biāo)順利完成；加強(qiáng)對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)的管理收集和統(tǒng)計(jì)分析。電力企業(yè)內(nèi)部應(yīng)及時(shí)建立和完善配套在線供電設(shè)備的管理臺(tái)賬。根據(jù)地理位置的接線圖、高中低壓電網(wǎng)網(wǎng)管區(qū)接線圖，定期跟蹤和分析電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行管理，準(zhǔn)確、及時(shí)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的高可靠性，掌握電網(wǎng)，及時(shí)跟蹤發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)供電可靠性的主要原因并且確保能快速處理。

建立和完善服務(wù)管理體系。因供電備件容量不足導(dǎo)致相關(guān)輸電線路或供電設(shè)備突然斷電，縮短設(shè)備的應(yīng)急搶修時(shí)間或延長設(shè)備斷電工作時(shí)間。認(rèn)真組織開展短期和超短期備用負(fù)荷能力預(yù)測和管理，根據(jù)不同停電季節(jié)和不同時(shí)段備用負(fù)荷能力特點(diǎn)，預(yù)留必要的短期備用負(fù)荷能力，避免長期停運(yùn)和最大電流停電；繼續(xù)加強(qiáng)業(yè)務(wù)培訓(xùn)。積極選拔一批完全符合專業(yè)工作技能和素質(zhì)要求的專職設(shè)備人員，加強(qiáng)設(shè)備可靠性和專業(yè)培訓(xùn)；不斷加強(qiáng)各環(huán)節(jié)的人際交往和業(yè)務(wù)溝通。重視各職能部門與相關(guān)專業(yè)之間的溝通與合作。加強(qiáng)配電站管理、計(jì)劃外停電管理審批、停電管理方案審核、城市供電改造工程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的溝通、協(xié)調(diào)和溝通[4]。

3.2 加強(qiáng)配網(wǎng)改造力度

在配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)度表中應(yīng)認(rèn)真考慮負(fù)荷情況，根據(jù)不同季節(jié)和不同電量進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測的固有特性，給定配電網(wǎng)短期內(nèi)一定的備用供電能力，可避免生產(chǎn)后短時(shí)間內(nèi)因電源開關(guān)過載或超限供電而導(dǎo)致的斷電情況再次發(fā)生。同時(shí)不斷加大對(duì)配電卡頸系統(tǒng)電路的維護(hù)和改造，提高系統(tǒng)電路的健康管理水平；不斷提高系統(tǒng)線路的絕緣技術(shù)水平，增強(qiáng)系統(tǒng)抵抗線路外力等直接破壞的能力。提升線路絕緣等級(jí)，是農(nóng)村配電網(wǎng)企業(yè)增強(qiáng)系統(tǒng)抵御線路外力直接破壞和自然災(zāi)害破壞、降低線路故障率的有效基礎(chǔ)技術(shù)保障措施；當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)建立10kV 線路接觸部分的控制開關(guān)，維護(hù)區(qū)域范圍和領(lǐng)域，有效提高配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

繼續(xù)加快高低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)改造。低壓光伏網(wǎng)配電網(wǎng)改造工程應(yīng)始終堅(jiān)持密集點(diǎn)狀、大容量、長半徑短供電的原則，實(shí)行小區(qū)和小區(qū)分網(wǎng)、分供電的配電網(wǎng)，如果配電室無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)供電，改變?nèi)斯ど疃却?、?fù)荷大的問題，能從根本上有效地解決變電站單線供電、供電半徑長、配電換臺(tái)區(qū)過載等基礎(chǔ)性問題；增加社區(qū)防雷供電設(shè)施的投資和維護(hù)。在設(shè)備選型方面，要嚴(yán)格保證防雷絕緣子元件滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染天氣等級(jí)條件的要求。推廣使用SPS、PPS、QP 等系列新型特種絕緣子，提高配電站和線路電力設(shè)備使用新型絕緣子和瓷瓶的可靠性。

3.3 針對(duì)線路設(shè)備加強(qiáng)巡視

保證10kV 配電網(wǎng)安全可靠實(shí)施供電系統(tǒng)，須定期組織日常各類停電安全風(fēng)險(xiǎn)事故隱患安全檢查管理工作，各級(jí)加強(qiáng)全市城區(qū)配電線路網(wǎng)絡(luò)各種供電線路的在線應(yīng)用，實(shí)施配電設(shè)備日常停電巡檢和維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種可能出現(xiàn)的停電風(fēng)險(xiǎn)問題和安全斷電，積極組織采取措施及時(shí)解決、提前計(jì)劃，降低各種日常停電的安全事故危害風(fēng)險(xiǎn)，因此，應(yīng)定期組織各類易燃易爆物品、熱力用電部件等系統(tǒng)的日常停電風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量管理記錄，并對(duì)管理工作進(jìn)行歸檔，根據(jù)各種停電性能缺陷發(fā)生的可能性和影響危害的范圍和大小劃順序，定期組織日常停電維修，盡快消除各種可能的停電風(fēng)險(xiǎn)和隱患。

同時(shí)，它還要求應(yīng)定期對(duì)城市配電線路的各種在線配電設(shè)備的安全防護(hù)進(jìn)行例行檢查和保護(hù)，其安全防護(hù)性能需基本可保證其正常工作能有效發(fā)揮，如定期對(duì)城市配電線路的斷路器、變壓器、接地電阻、配電網(wǎng)等能源線路供電設(shè)施的安全設(shè)備進(jìn)行例行電氣監(jiān)控，對(duì)網(wǎng)絡(luò)電纜實(shí)施設(shè)備安全防雷裝置，并進(jìn)行日常停電安全檢查。

3.4 推廣帶電作業(yè)與狀態(tài)檢修

帶電故障檢測、帶電故障維護(hù)等帶電故障檢測已成為帶電運(yùn)行的重要工作內(nèi)容，該系統(tǒng)的應(yīng)用，可大大降低非高空帶電作業(yè)故障的高空停電維修作業(yè)中維修事故的發(fā)生和發(fā)生的可能性。目前在實(shí)際工作中主要認(rèn)為有兩種帶電維護(hù)工作方法：一種是絕緣桿及絕緣手套作業(yè)法，主要用于在電氣設(shè)備密集、作業(yè)范圍窄小的地方；另一種被廣泛稱為帶電絕緣臂的車載工作裝置，是一種以帶電工具操作為主的間接高空電氣工作方法。

然而，在實(shí)際操作中，如在操作中使用高壓充電線布線處理、用帶電絕緣子處理高壓替換電線，通過高壓替換一些帶電故障區(qū)域來替換金屬雜物，在替換后及時(shí)檢測電力輸送是否正常，以此來完成帶電作業(yè)與狀態(tài)檢修。這種方法通過帶電工作效率大大減少了大修維護(hù)操作中可能、或不可能同時(shí)發(fā)生的一些帶電故障事故，以提高輸配電線路和電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電可靠性。

4 結(jié)語

綜上所述，供電穩(wěn)定性對(duì)于10kV 配電網(wǎng)至關(guān)重要，針對(duì)供電穩(wěn)定性采取技術(shù)措施，可以有效提高電網(wǎng)設(shè)備的利用效率，節(jié)約電網(wǎng)資金使用成本，還可以有效提高我國電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，解決我國電網(wǎng)發(fā)生故障的一些重要問題，優(yōu)化電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加電網(wǎng)供電量。電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃研究工作具有長期性，需根據(jù)實(shí)際使用情況及時(shí)做出一些相應(yīng)的規(guī)劃調(diào)整，唯有如此才能有效保證電力企業(yè)的經(jīng)營持續(xù)健康發(fā)展。