10kV配網(wǎng)不停電作業(yè)旁路技術(shù)的運(yùn)用研究

胡皓楠

（國網(wǎng)天津市電力公司寧河供電分公司）

0 引言

搞好基礎(chǔ)建設(shè)，不斷提高人民群眾的生活質(zhì)量是長期發(fā)展目標(biāo)。時至今日，我國已經(jīng)在諸多方面取得了舉世矚目的偉大成就。如現(xiàn)代生活不可或缺的重要二次能源——電能，可以經(jīng)由“四通八達(dá)”的配電網(wǎng)供給千家萬戶。取得此種成就固然令人欣喜，但相關(guān)問題也隨之產(chǎn)生。比如配電網(wǎng)線路、設(shè)備由于長時間暴露在自然環(huán)境中，難免出現(xiàn)故障。傳統(tǒng)檢修配網(wǎng)時，需要將作業(yè)段線路斷開供電，從而影響用戶的正常用電。為解決這一問題，不停電作業(yè)旁路技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，值得重點(diǎn)分析。

1 10k V配網(wǎng)旁路電纜投入運(yùn)行后架空導(dǎo)線無斷線器情況下的帶電檢修作業(yè)

1.1 配網(wǎng)電磁暫態(tài)計(jì)算模型的構(gòu)成要素

在10kV配網(wǎng)檢修作業(yè)中運(yùn)用不停電作業(yè)旁路技術(shù)時，由于會臨時將主回路切換到旁路，這兩條回路代表兩個穩(wěn)態(tài)，故轉(zhuǎn)化過程必然會出現(xiàn)“一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)”的過渡期，此即為電磁暫態(tài)［1］。該電磁暫態(tài)過程的性質(zhì)及其對10kV配網(wǎng)造成的影響取決于配網(wǎng)線路中的電阻、電容、電感等參數(shù)，且過程中電壓及電流的變化并不具有周期性。在計(jì)算電磁暫態(tài)相關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)之前，應(yīng)當(dāng)搭建專用的計(jì)算模型。以某小型發(fā)電廠為例，該電廠共有3臺參數(shù)相同的發(fā)電機(jī)組，額定電壓均為10.5kV，發(fā)電功率及功率因數(shù)分別為25MW 和0.8。三臺發(fā)電機(jī)組并聯(lián)，與110kV變電所線路之間通過2臺功率為60MW 的主變壓器連接。上述2臺主變壓器的額定電壓為121kV，接地電壓為38.5kV。

該小型發(fā)電廠與110kV變電所之間的線路為常規(guī)10kV架空線路，由JKLYJ-70鋁芯絕緣架空導(dǎo)線制成，總長度達(dá)到5km。線路具體布設(shè)呈現(xiàn)出典型的三角方式（三相導(dǎo)線、中相導(dǎo)線為三角形頂角，兩邊相導(dǎo)線為三角形兩個邊角），且該5km線路長度區(qū)段在野外自然環(huán)境下所處的高度均至少達(dá)到8m（為達(dá)到這一目標(biāo)，要求沿線架設(shè)的電桿、電塔的高度至少需要達(dá)到10m）。其他相關(guān)參數(shù)如下：兩邊相導(dǎo)線與地面之間的距離最小為8m，中相導(dǎo)線距地高度達(dá)到8.8m以上；兩邊相導(dǎo)線在輸配電沿線方向全程保持平行的關(guān)系，間距為2.0m，各自與中相導(dǎo)線之間的距離為1.20m。實(shí)際測量結(jié)果顯示，導(dǎo)線檔距具體值為120m，5km配網(wǎng)線路架設(shè)環(huán)境內(nèi)的土壤電阻率為100Ω·m。

1.2 針對三相不同時間開斷架空導(dǎo)線線路的相關(guān)分析

1.2.1 一側(cè)架空導(dǎo)線線路開斷

10kV配電網(wǎng)三相輸配電線路處于不同期開斷狀態(tài)時，一側(cè)架空導(dǎo)線線路雖然總體處于開斷負(fù)荷電流的狀態(tài)，但由于旁路技術(shù)的運(yùn)用，導(dǎo)致架空導(dǎo)線線路的負(fù)荷電流實(shí)際上會被旁路電纜分擔(dān)一部分。受此影響，因斷路器設(shè)備執(zhí)行相關(guān)功能后所引起的過電壓、過電流相關(guān)數(shù)值均處于較低水平，實(shí)際上幾乎不會對配電網(wǎng)正常運(yùn)行造成影響，故無需考慮相關(guān)參數(shù)。

圍繞上述10kV輸配電線路三相不同期開斷一側(cè)架空導(dǎo)線線路計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果如下（如果按照架空線路呈三角形分布情況，將位于三角形定點(diǎn)區(qū)域的一相線路表示為X相，將兩個底角相線路分別表示為Y相、Z相）：

（1）X相線路處于開斷狀態(tài)時，三相線路均處于帶電狀態(tài)。其中，X相的架空導(dǎo)線過電壓倍數(shù)、旁路電纜過電壓倍數(shù)均為0.95，架空導(dǎo)線暫態(tài)電流峰值以及旁路電纜暫態(tài)電流峰值分別為76.018A 和38.995A；Y相線路的架空導(dǎo)線過電壓倍數(shù)以及旁路電纜過電壓倍數(shù)均為0.96，架空導(dǎo)線暫態(tài)電流峰值及旁路電纜暫態(tài)電流峰值分別為45.864A 和33.315A；Z相線路的架空導(dǎo)線過電壓倍數(shù)以及旁路電纜過電壓倍數(shù)與Y相線路完全一致，均為0.96，架空導(dǎo)線暫態(tài)電流峰值及旁路電纜暫態(tài)電流峰值與Y相線路存在差異，分別為51.964A和38.543A。

（2）Y相線路處于開斷狀態(tài)時，三相線路的帶電狀態(tài)是X相不帶電，Y相及Z相帶電。此時X相的架空導(dǎo)線過電壓倍數(shù)、旁路電纜過電壓倍數(shù)與X相線路處于開斷狀態(tài)時完全相同，架空導(dǎo)線暫態(tài)電流峰值略微增加（從76.018A增加至76.045A），旁路電纜暫態(tài)電流峰值歸零；Y相線路的架空導(dǎo)線過電壓倍數(shù)以及旁路電纜過電壓倍數(shù)均為0.98，架空導(dǎo)線暫態(tài)電流峰值及旁路電纜暫態(tài)電流峰值分別為45.885A和31.984A；Z相線路的架空導(dǎo)線過電壓倍數(shù)以及旁路電纜過電壓倍數(shù)與Y相線路完全一致，均為0.98，架空導(dǎo)線暫態(tài)電流峰值及旁路電纜暫態(tài)電流峰值與Y相線路存在差異，分別為66.441A和33.045A。

（3）Z相線路處于開斷狀態(tài)時，三相線路的帶電狀態(tài)是X相、Y相不帶電，Z相帶電。此時X相的架空導(dǎo)線過電壓倍數(shù)、旁路電纜過電壓倍數(shù)提升至0.96，架空導(dǎo)線暫態(tài)電流峰值相較于（2）進(jìn)一步略微增加，旁路電纜暫態(tài)電流峰值同樣歸零。Y相、Z相線路的架空導(dǎo)線過電壓倍數(shù)、旁路電纜過電壓倍數(shù)均為0.98，三相架空導(dǎo)線暫態(tài)電流峰值完全相同，均為76.025A。Y相旁路電纜暫態(tài)電流峰值歸零，Z相則降低至9.135A。

1.2.2 另一側(cè)架空導(dǎo)線線路開斷

退出當(dāng)前運(yùn)行的架空導(dǎo)線線路后，該線路便進(jìn)入了空載運(yùn)行狀態(tài)，可將這一線路視為電容性負(fù)載。在這種情況下，應(yīng)對空載情況下的過電壓情況給予特別關(guān)注。一般來說，如果在輸配電線路1km長度范圍內(nèi)開展不停電檢修作業(yè)，使用斷線器進(jìn)行線路開斷作業(yè)時，出現(xiàn)電弧重燃現(xiàn)象的概率微乎其微，此時的X、Y、Z三相參數(shù)仿真結(jié)果見表。

表 三相不同時間針對另一側(cè)架空導(dǎo)線線路開斷下的仿真參數(shù)

2 10k V配網(wǎng)不停電作業(yè)旁路技術(shù)運(yùn)用期間的受力相關(guān)分析

在10kV配網(wǎng)不停電作業(yè)旁路技術(shù)運(yùn)用期間，圍繞受力相關(guān)問題進(jìn)行重點(diǎn)考慮時，應(yīng)對線路檔距和弧垂進(jìn)行計(jì)算。其中，前者是指電線掛接在兩端電桿之間的間距，后者是指電線受自身重力影響而出現(xiàn)的自然下垂高度［2］。由此造成配網(wǎng)線路實(shí)際上處于曲線狀態(tài)。對應(yīng)的計(jì)算公式如下：

式中，k為參數(shù)，需要根據(jù)其他實(shí)測值計(jì)算得出。

如果將線路與電桿連接點(diǎn)位置與線路在空中垂落最低點(diǎn)之間的高度差設(shè)置為H，并從二維平面視角切入，可以將線路與電桿的初始接觸點(diǎn)設(shè)置為原點(diǎn)，以延伸方向設(shè)置為X坐標(biāo)向，以垂直向上方向設(shè)置為Y坐標(biāo)向，建立二元直角坐標(biāo)系，那么線路空中垂落最低點(diǎn)G的坐標(biāo)便是（L／2，－H），其中L表示線路與兩個電桿接觸點(diǎn)之間的水平長度，即檔距。以直角坐標(biāo)系中的對應(yīng)關(guān)系代入公式（1）后，表達(dá)式會轉(zhuǎn)化為：

在坐標(biāo)系中選取幾個點(diǎn)位（如線路與電桿接觸點(diǎn)，坐標(biāo)為（L，0）），代入計(jì)算后可得到H與k之間的關(guān)系：

系數(shù)k值可經(jīng)由上述公式計(jì)算而出，之后重新代入公式（1）、（2）后，可以求得線路曲線方程。

根據(jù)上述計(jì)算過程，將線路長度、高度參數(shù)與力學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合比對分析，可以確定小旁路電磁暫態(tài)過程中的線路機(jī)械受力情況［3］，最終確定不停電作業(yè)旁路技術(shù)的應(yīng)用是否具有安全性。以此作為根據(jù)，對電氣連接、絕緣性能等進(jìn)行深度考量，可確保作業(yè)的安全性。

3 結(jié)束語

總體來看，配網(wǎng)不停電作業(yè)即為在不中斷供電的情況下完成對配網(wǎng)設(shè)備、線路的檢修。旁路作業(yè)是一種常見的方式，其本質(zhì)是并聯(lián)一個通電通道。旁路與主回路的功能并不完全相同，只是在有特殊需要時，充當(dāng)臨時供電線路，既不會影響檢修作業(yè)，又不會導(dǎo)致負(fù)載正常運(yùn)行中斷。但若要確保該項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用時的安全性及效率，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對電磁暫態(tài)、三相不同時間開斷、關(guān)合架空導(dǎo)線、過電壓等情況下的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析，最終達(dá)到安全、高效作業(yè)的目的。