10kV配電網(wǎng)不停電作業(yè)方式分析

陶宇航 李 鶴 張 熹

10kV配電網(wǎng)不停電作業(yè)方式分析

陶宇航 李 鶴 張 熹

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司城西供電分公司，天津 300113）

為提升供電服務(wù)質(zhì)量，降低電網(wǎng)停電檢修作業(yè)對(duì)居民、商業(yè)或工業(yè)負(fù)荷造成的影響，配電網(wǎng)不停電作業(yè)技術(shù)應(yīng)用愈加廣泛。本文通過(guò)利用配電變壓器反向升壓、高壓柔性電纜、架空旁路引線及接入不間斷電源等技術(shù)手段，對(duì)多起檢修工作中不停電作業(yè)方案進(jìn)行討論，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例，提出相應(yīng)的解決方法及建議，為配電網(wǎng)高效、安全、可靠運(yùn)行提供依據(jù)。

配電網(wǎng)；不停電作業(yè)；變壓器；旁路作業(yè)

0 引言

隨著城市電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，為滿足檢修或故障條件下不損失負(fù)荷的要求，通常需要在配電設(shè)備末端進(jìn)行不停電作業(yè)[1-3]。傳統(tǒng)的低壓不停電作業(yè)方式通常需要在臺(tái)區(qū)低壓側(cè)接入發(fā)電機(jī)組，或自其他非檢修配電臺(tái)區(qū)接入負(fù)荷；高壓不停電作業(yè)方式通常需要利用帶電作業(yè)機(jī)器人[4]、旁路電纜或架空引線將被檢修部分通過(guò)“短接并繞過(guò)”方式實(shí)現(xiàn)[5]，但當(dāng)涉及檢修范圍較大、地勢(shì)復(fù)雜且無(wú)法轉(zhuǎn)帶負(fù)荷時(shí)，以上方案通常難以滿足多個(gè)臺(tái)區(qū)同時(shí)不停電檢修需求。本文通過(guò)分析配電網(wǎng)較大范圍停電搶修或檢修案例，利用低壓發(fā)電機(jī)組反向升壓、高壓柔性電纜及架空引線、大容量?jī)?chǔ)能機(jī)組接入方式，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)不停電作業(yè)，并針對(duì)各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的適用性優(yōu)劣進(jìn)行討論。

1 傳統(tǒng)低壓不停電作業(yè)方式

在涉及單個(gè)配電臺(tái)區(qū)停電檢修時(shí)（如更換配電室高壓柜、變壓器），若低壓負(fù)荷無(wú)法在站內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)帶，通常采用外接低壓柴油發(fā)電機(jī)組方式或自附近運(yùn)行臺(tái)區(qū)接入負(fù)荷方式[6-7]實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)。單臺(tái)區(qū)停電接入方式如圖1所示。

圖1 單臺(tái)區(qū)停電接入方式

接入時(shí)，選用容量足以支撐臺(tái)區(qū)負(fù)荷的發(fā)電機(jī)組及電纜，自低壓受總開關(guān)下口接入，通常選取位置為低壓母線搭接處，或低壓出線開關(guān)。當(dāng)搭接于低壓出線開關(guān)時(shí)，需注意開關(guān)額定電流并調(diào)整保護(hù)定值以滿足全站負(fù)荷需求。送電前，需檢查低壓受總開關(guān)處于分閘位置，并做相應(yīng)的安全措施，避免向檢修區(qū)域反送電。單臺(tái)區(qū)停電接入位置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線方式如圖2所示。

圖2 單臺(tái)區(qū)停電接入位置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線方式

該接入方式較為簡(jiǎn)單，但僅適用于低壓母線及以下配電設(shè)備無(wú)需檢修的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)涉及多個(gè)分散的配電臺(tái)區(qū)停電檢修時(shí)，存在需要多個(gè)發(fā)電機(jī)組及臨時(shí)電纜敷設(shè)過(guò)程復(fù)雜等問(wèn)題。

2 變壓器反向升壓不停電作業(yè)方式

當(dāng)被檢修的設(shè)備位于無(wú)聯(lián)絡(luò)線路的前中部時(shí)，后部負(fù)荷通常需要陪同停電。此時(shí)，可選取陪同停電線路中一臺(tái)較大容量的配電變壓器，將低壓發(fā)電機(jī)組接入變壓器低壓側(cè)，利用變壓器將0.4kV反向升壓至10kV，向本站及其他停電站點(diǎn)依次送出，形成一個(gè)供電“孤島”，實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)。

此時(shí)，升壓后高壓側(cè)電壓為

（2）

即升壓后高壓側(cè)電壓2為9.854 4kV。以此電壓基準(zhǔn)進(jìn)行降壓時(shí)，低壓側(cè)空載電壓為

（3）

2022年1月，某線路計(jì)劃進(jìn)行停電檢修。變壓器反向升壓現(xiàn)場(chǎng)線路如圖3所示。

圖3中，10kV某22線路計(jì)劃工作現(xiàn)場(chǎng)停電范圍為01～10桿。后部三個(gè)配電臺(tái)區(qū)無(wú)對(duì)外聯(lián)絡(luò)線路，需陪同停電。作業(yè)時(shí)間約為8h，將導(dǎo)致城區(qū)A+類地區(qū)居民負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間停電。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，各配電站設(shè)備運(yùn)行情況較好，臨近馬路，具備利用變壓器反向升壓實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)條件。作業(yè)前，查詢四臺(tái)變壓器容量及峰谷時(shí)段負(fù)荷情況見表1。

表1 作業(yè)前臺(tái)區(qū)負(fù)荷情況

由表1可知，2201站甲變低壓負(fù)荷最大，且有足夠容量支撐2202站及2207站負(fù)荷。2201站乙變負(fù)荷可通過(guò)發(fā)電機(jī)組經(jīng)由本站低壓母聯(lián)供電，不占用2201站甲變?nèi)萘?。根?jù)負(fù)荷峰谷曲線，定于某日零點(diǎn)負(fù)荷低谷期實(shí)施作業(yè)。停電前，需對(duì)低壓負(fù)荷進(jìn)行定轉(zhuǎn)，并提前布置發(fā)電機(jī)組及足夠的電纜。完成接入后，負(fù)荷流向及開關(guān)狀態(tài)如圖4所示。

圖4 變壓器反向升壓負(fù)荷流向及開關(guān)狀態(tài)

由圖4可看出，2201站甲變負(fù)荷由發(fā)電機(jī)直接供出；2201站乙變負(fù)荷經(jīng)由站內(nèi)低壓母聯(lián)開關(guān)，由發(fā)電機(jī)直接供出，以上負(fù)荷不占用變壓器容量。2201站甲變壓器將0.4kV升壓至10kV后，經(jīng)由本站4號(hào)、5號(hào)開關(guān)，向2202站、2207站提供電源，此部分負(fù)荷占用升壓變壓器容量。2201站乙變高低壓側(cè)開關(guān)均拉開，變壓器停運(yùn)。發(fā)電機(jī)接入位置為2201站甲變低壓側(cè)出線排，接入時(shí)需在高低壓開關(guān)處停電并做相應(yīng)安全措施。變壓器反向升壓不停電作業(yè)操作步驟見表2。

表2 變壓器反向升壓不停電作業(yè)操作步驟

全部負(fù)荷發(fā)出約30min后，發(fā)電機(jī)組及各個(gè)臺(tái)區(qū)負(fù)荷見表3。

表3 變壓器反向升壓各臺(tái)區(qū)負(fù)荷

由表3數(shù)據(jù)可看出，由于2202、2207臺(tái)區(qū)負(fù)荷經(jīng)由低壓-高壓-低壓兩次變換，電壓有所下降，但仍在理論計(jì)算范圍內(nèi)。同時(shí)，兩臺(tái)區(qū)負(fù)荷之和未超出2201站甲變壓器容量。

在利用變壓器反向升壓不停電作業(yè)時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：

1）作業(yè)前，充分勘查現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)、負(fù)荷、低壓相序，并對(duì)發(fā)電機(jī)組容量、油量、電纜型號(hào)進(jìn)行估算，避免出現(xiàn)負(fù)荷瓶頸或供電中斷。

2）發(fā)電機(jī)組出線電纜如使用單芯柔性電纜，多余長(zhǎng)度部分禁止盤圈，需往復(fù)順直敷設(shè)，避免出現(xiàn)渦流及積熱。

3）升壓時(shí)，避免將變壓器容量用盡，盡可能預(yù)留20%～30%余量。

4）由于升壓變壓器自低壓側(cè)勵(lì)磁，勵(lì)磁涌流較大，故接入點(diǎn)選在受總開關(guān)之上，送電時(shí)需先對(duì)變壓器充電后再送出低壓負(fù)荷，避免開關(guān)保護(hù)動(dòng)作。

5）針對(duì)升壓后因電纜損耗等原因造成負(fù)荷側(cè)電壓偏低的問(wèn)題，若超過(guò)規(guī)定值，可將升壓變壓器分接頭向“1”檔位方向調(diào)節(jié)（即提高高壓側(cè)電壓）。

6）送電時(shí)，瞬時(shí)負(fù)荷可達(dá)同時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷值1.5～2倍，故各段負(fù)荷需間隔一段時(shí)間先后送出，避免出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷或低電壓情況。

7）不停電作業(yè)通常先于計(jì)劃?rùn)z修現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，此時(shí)高壓進(jìn)線開關(guān)（如2201站1號(hào)開關(guān)）下口帶電，且開關(guān)兩側(cè)電源不同期，開關(guān)拉開后嚴(yán)禁合閘或 接地。

利用配電變壓器反向升壓，形成供電孤島后實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)為充分利用了現(xiàn)有站內(nèi)配電設(shè)備，將供電半徑進(jìn)行有效擴(kuò)大，使用一臺(tái)低壓發(fā)電機(jī)組即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)配電臺(tái)區(qū)供電；其缺點(diǎn)為最大供電能力受限于單個(gè)變壓器容量，即除本站低壓負(fù)荷外，其余臺(tái)區(qū)負(fù)荷之和不能超過(guò)升壓變壓器供電能力，且在負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)，依舊需要短時(shí)停電。

3 高壓臨時(shí)聯(lián)絡(luò)線路不停電作業(yè)方式

3.1 高壓柔性電纜方式

當(dāng)被檢修設(shè)備停電，后部線路無(wú)對(duì)外聯(lián)絡(luò)通道且負(fù)荷超過(guò)發(fā)電機(jī)組發(fā)電能力時(shí)，可考慮利用空余間隔，將陪同停電設(shè)備與附近在運(yùn)設(shè)備形成臨時(shí)連接，實(shí)現(xiàn)高壓柔性電纜不停電作業(yè)方式[9]。

2021年5月，某線路計(jì)劃?rùn)z修完成后，開關(guān)柜出現(xiàn)接地開關(guān)卡死在合位故障，經(jīng)研判為操作連桿斷裂，需將故障間隔進(jìn)行整體更換。更換過(guò)程中，需停本站高壓母線，會(huì)導(dǎo)致5臺(tái)配電變壓器陪同停電。高壓柔性電纜不停電作業(yè)線路如圖5所示。

圖5 高壓柔性電纜不停電作業(yè)線路

圖5中，1707站2號(hào)開關(guān)故障，需進(jìn)行更換。作業(yè)時(shí)，需停本站1～4號(hào)開關(guān)高壓母線，將造成1707站甲乙變、1708站、1709站及1710站5臺(tái)配電變壓器停電。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，涉及停電負(fù)荷約為1 000kV?A，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)，不具備利用變壓器反向升壓實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)條件。1706站距離1708站約80m，現(xiàn)場(chǎng)最終采用以臨時(shí)高壓柔性電纜作為兩座配電站高壓聯(lián)絡(luò)線路的方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)。高壓柔性電纜不停電作業(yè)實(shí)施方案如圖6所示。

圖6 高壓柔性電纜不停電作業(yè)實(shí)施方案

作業(yè)前，先將1707站2號(hào)開關(guān)至1708站1號(hào)開關(guān)電纜臨時(shí)拆除（電纜已因開關(guān)故障停運(yùn)），自1706站2號(hào)開關(guān)（空余間隔）敷設(shè)臨時(shí)高壓柔性電纜至1708站1號(hào)開關(guān)，形成新的聯(lián)絡(luò)通道。柔性電纜試驗(yàn)合格、充電并正確定相后，通過(guò)并解列操作轉(zhuǎn)移負(fù)荷，將1707站1～4號(hào)開關(guān)停電并轉(zhuǎn)檢修。1707站甲變負(fù)荷經(jīng)由站內(nèi)低壓母聯(lián)開關(guān)，由乙變轉(zhuǎn)帶，并將甲變停運(yùn)，與圖4中低壓負(fù)荷轉(zhuǎn)帶方式相同，實(shí)現(xiàn)全部負(fù)荷不停電檢修作業(yè)。高壓柔性電纜不停電作業(yè)實(shí)施步驟見表4。

表4 高壓柔性電纜不停電作業(yè)實(shí)施步驟

作業(yè)使用的高壓柔性電纜截面積為50mm2，額定載流能力210A，滿足負(fù)荷電流要求。每段電纜長(zhǎng)度為30m，通過(guò)快速插拔接頭串行連接并轉(zhuǎn)接至終端接頭。電纜運(yùn)行過(guò)程中，測(cè)得三相電流分別為36A、38A、40A，通過(guò)紅外熱成像未發(fā)現(xiàn)各個(gè)連接部位存在熱點(diǎn)。高壓柔性電纜肘型終端及快速連接中間接頭樣式如圖7所示。

圖7 高壓柔性電纜終端及中間接頭

使用高壓柔性電纜實(shí)現(xiàn)不停電檢修作業(yè)時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)為可提供較大的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，且允許并解列操作，負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)沒有停電過(guò)程；由于不需要發(fā)電機(jī)組，在通道狹窄的環(huán)境（如村鎮(zhèn)、老舊社區(qū)）中也可實(shí)施作業(yè)。其缺點(diǎn)為對(duì)作業(yè)條件要求較高，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位兩側(cè)配電站高壓開關(guān)需有空余間隔，且距離較近；電纜敷設(shè)并帶電后，需對(duì)過(guò)路處及接頭處利用電纜蓋板及接頭盒進(jìn)行額外保護(hù)，避免發(fā)生接地事故。

3.2 高壓架空引線方式

高壓架空引線不停電作業(yè)方式與高壓柔性電纜方式類似，均為創(chuàng)建一條與本線路或其他線路的臨時(shí)聯(lián)絡(luò)通道，以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，區(qū)別在于架空線路連接臨時(shí)電纜時(shí)，需帶電作業(yè)，并額外設(shè)置一臺(tái)旁路斷路器[10-11]。

2021年7月，某線路計(jì)劃對(duì)一座箱式開閉站進(jìn)行更換。該線路中后部缺乏聯(lián)絡(luò)，作業(yè)時(shí)共涉及11臺(tái)專用變壓器和12臺(tái)公用變壓器停電。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，線路末端一段架空線路與另一條線路架空部分僅相隔一條馬路，具備高壓架空引線方式不停電作業(yè)條件，作業(yè)接線如圖8所示。

圖8 高壓架空引線方式不停電作業(yè)接線

圖8中，2150站需更換，更換時(shí)后部約損失2MW負(fù)荷。32線路55號(hào)桿與41線路38號(hào)桿相隔30m，且均為耐張桿，周邊環(huán)境良好，具備高壓架空引線方式不停電作業(yè)條件。通過(guò)帶電搭接引線，在38號(hào)桿與55號(hào)桿間使用高壓柔性電纜接入一臺(tái)旁路斷路器形成聯(lián)絡(luò)通道，實(shí)現(xiàn)作業(yè)時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)移。高壓架空引線不停電作業(yè)實(shí)施步驟見表5。

高壓架空引線不停電作業(yè)方式的優(yōu)點(diǎn)與高壓柔性電纜方式類似，均可實(shí)現(xiàn)較大范圍的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，且全程無(wú)需停電。若有條件接入10kV移動(dòng)式箱變車，也可將引線接入箱變車高壓間隔，實(shí)現(xiàn)并、解列操作，并為現(xiàn)場(chǎng)提供低壓電源。其缺點(diǎn)為要求聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位桿塔為耐張段，且需采用帶電作業(yè)方式搭接及拆除引線。

表5 高壓架空引線不停電作業(yè)實(shí)施步驟

4 大容量不間斷電源接入不停電作業(yè)方式

當(dāng)被檢修線路存在重要用戶或敏感用戶時(shí)，可在檢修前接入不間斷電源[12-13]，保障檢修作業(yè)時(shí)用戶供電連續(xù)。

2020年7月，某雙電源敏感用戶兩側(cè)外部電源需要在一周內(nèi)先后停電檢修。用戶站內(nèi)低壓側(cè)有母聯(lián)開關(guān)，可提前轉(zhuǎn)走負(fù)荷，但檢修時(shí)若另一條線路發(fā)生故障，則存在全停風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，用戶全站負(fù)荷約為800kV?A，若直接在低壓側(cè)接入發(fā)電機(jī)組，雖解決單電源全停風(fēng)險(xiǎn)，但仍存在檢修時(shí)需多次停電倒換負(fù)荷問(wèn)題。最終，通過(guò)接入柴油發(fā)電-飛輪儲(chǔ)能聯(lián)合不間斷電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢修期間供電連續(xù)。柴油發(fā)電-飛輪儲(chǔ)能聯(lián)合機(jī)組接線如圖9所示。

圖9 柴油發(fā)電-飛輪儲(chǔ)能聯(lián)合機(jī)組接線

接入時(shí)，需核算全站負(fù)荷，將17線側(cè)變壓器低壓側(cè)軟連接拆除，變壓器側(cè)接入飛輪儲(chǔ)能機(jī)組的電源自動(dòng)切換開關(guān)（automatic transfer switch, ATS）市電端，母線側(cè)接入儲(chǔ)能單元輸出端，同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組接入ATS裝置備用端。完成接入后，斷開14線低壓受總開關(guān)，合入低壓母聯(lián)開關(guān)，全站負(fù)荷由17線承擔(dān)，由發(fā)電機(jī)組作為第二備用電源。發(fā)電機(jī)組與飛輪儲(chǔ)能機(jī)組容量均為1 000kV?A，滿足接入容量要求。ATS裝置與發(fā)電機(jī)組間具備通信能力，可在失去市電時(shí)自動(dòng)起動(dòng)發(fā)電機(jī)并完成電源切換。柴油發(fā)電-飛輪儲(chǔ)能不停電作業(yè)實(shí)施步驟見表6。

表6 柴油發(fā)電-飛輪儲(chǔ)能不停電作業(yè)實(shí)施步驟

當(dāng)14線路檢修時(shí)，站內(nèi)負(fù)荷不受影響，若此時(shí)17線路發(fā)生故障，由儲(chǔ)能單元供能，發(fā)電機(jī)組自動(dòng)起動(dòng)并經(jīng)ATS裝置切換接管負(fù)荷。當(dāng)17線路檢修時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換至發(fā)電機(jī)組供電，此時(shí)14線路處于熱備用狀態(tài)，不存在全停風(fēng)險(xiǎn)。全套裝置運(yùn)行一周，監(jiān)測(cè)到最大負(fù)荷電流1.2kA，整個(gè)檢修過(guò)程中未發(fā)生供電中斷。

大容量不間斷電源系統(tǒng)不停電作業(yè)方式適用于單個(gè)敏感用戶較長(zhǎng)時(shí)間接入，其優(yōu)點(diǎn)為可在外部電源中斷時(shí)實(shí)現(xiàn)零秒切換，用戶側(cè)無(wú)感知，其缺點(diǎn)為接入及撤離作業(yè)時(shí)需短時(shí)停電，且只能為單個(gè)用戶或臺(tái)區(qū)提供保障。

5 結(jié)論

本文針對(duì)多種配電網(wǎng)不停電作業(yè)方式，結(jié)合不同工作現(xiàn)場(chǎng)，分別列出其適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。其中，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)接入方式接線簡(jiǎn)單，但僅適合單臺(tái)區(qū)停電檢修；變壓器反向升壓方式可有效擴(kuò)大供電半徑，但供電容量依舊受限；高壓柔性電纜與高壓架空引線方式相類似，均可實(shí)現(xiàn)較大容量的負(fù)荷轉(zhuǎn)移且全程供電不中斷，不同于傳統(tǒng)帶電旁路作業(yè)的將整個(gè)檢修區(qū)域“短接并繞過(guò)”模式，通過(guò)在線路后部單獨(dú)建立聯(lián)絡(luò)，方案更加靈活，但對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境稍有要求；大容量不間斷電源方案更適合檢修時(shí)為單個(gè)敏感用戶提供可靠的供電保障，但存在接入及撤場(chǎng)時(shí)仍需短暫停電且接入過(guò)程較為復(fù)雜的弊端。各種不停電作業(yè)方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表7。

表7 各種不停電作業(yè)方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

隨著配電檢修作業(yè)要求的不斷提升，針對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，可對(duì)幾種不停電作業(yè)方式進(jìn)行改進(jìn)或組合，以最大限度實(shí)現(xiàn)檢修過(guò)程中的供電連續(xù)性，有效提升供電服務(wù)質(zhì)量。

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Analysis of uninterrupted operation mode of 10kV distribution network

TAO Yuhang LI He ZHANG Xi

(State Grid Tianjin Electric Power Corporation Chengxi District Supply Company, Tianjin 300113)

In order to improve the quality of power supply service and reduce the impact on residential, commercial or industrial loads caused by power grid outage maintenance operations, the application of distribution network uninterrupted operation technology is becoming more and more extensive. In this paper, through the use of distribution transformer reverse boosting, high-voltage flexible cables, overhead bypass lines, uninterruptible power supplies and other technical means, the uninterrupted operation plans for many maintenance work are discussed. Combined with field application cases, the corresponding solutions and suggestions are proposed to provide a basis for the efficient, safe and reliable operation of the distribution network.

distribution network; uninterrupted operation; transformer; bypass operation

2022-08-22

2022-09-27

陶宇航（1990—），男，天津市人，碩士，工程師，主要從事配電網(wǎng)運(yùn)行檢修管理工作。