10kV配電網(wǎng)不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)研究

國網(wǎng)咸陽供電公司 張宇翔

1 不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)

1.1 準(zhǔn)備工作

在應(yīng)用不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)前，某公司首先結(jié)合配電網(wǎng)的實際運行情況來繪制系統(tǒng)簡圖?？紤]配電網(wǎng)運行中涉及的相關(guān)參數(shù)情況以及設(shè)備運行情況，重點核對線路相序，然后依據(jù)考量分析得到的結(jié)果來實現(xiàn)系統(tǒng)簡要圖紙的繪制?？紤]不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)的適用條件，在實際應(yīng)用該技術(shù)時，應(yīng)重點關(guān)注配電網(wǎng)主變供電模式超過相角30°差距的情況，在這一部分要以停電的方式來進(jìn)行合環(huán)倒切負(fù)荷的操作。

在繪制簡圖后，還需要在配電網(wǎng)線路中選取合環(huán)點位。在充分考慮配電網(wǎng)整體運行情況的前提下，以避免電網(wǎng)負(fù)荷與信號傳遞受到地形環(huán)境影響為目標(biāo)，選擇視野開闊且遮擋物較少的公路范圍，在確保電網(wǎng)運行符合均勻性的前提下，選擇分段開關(guān)的安裝位置。例如，在配電網(wǎng)的主干線安裝分段開關(guān)時，要求讓第1個開關(guān)安裝在無負(fù)荷的變電站出口線路，用于保障合環(huán)導(dǎo)電操作系統(tǒng)的運行安全。在選取合環(huán)點位時，還要求對合環(huán)電流加以控制。以保障配電網(wǎng)運行安全為主要目的，以配電網(wǎng)電流保護標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，兼顧電源環(huán)境可能對合環(huán)電流大小產(chǎn)生的影響，以此來選擇合適的合環(huán)點位模式?；谑占降臄?shù)據(jù)，需要制定相應(yīng)的技術(shù)操作方案作為技術(shù)應(yīng)用的主要依據(jù)。

結(jié)合某公司配電網(wǎng)運行的經(jīng)驗，在合環(huán)操作中，應(yīng)加強對于變電站部分合環(huán)操作效果的管控。在實際進(jìn)行合環(huán)操作前，要求對變電站的中性點接地刀閘進(jìn)行合閘處理。而在完成合環(huán)操作后，再進(jìn)行分閘。在這一過程中，由于變電站的合環(huán)操作為并聯(lián)方式。如果斷開母線的連接，則連接合環(huán)電位的線路負(fù)荷會呈現(xiàn)出上升的趨勢，進(jìn)而影響變電站線路以及開關(guān)的運行安全。因而在對變電站進(jìn)行合環(huán)操作時，要求提前對線路及開關(guān)的電流電壓進(jìn)行計算，將其作為控制調(diào)整合環(huán)操作參數(shù)的主要依據(jù)。

1.2 電流與電壓計算

在配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行合環(huán)操作時，受到兩側(cè)線路不同母線供電的影響，不同母線的相位差、電壓差、母線對系統(tǒng)短路阻抗等因素，都會導(dǎo)致配電網(wǎng)運行中產(chǎn)生較大的環(huán)網(wǎng)電流，影響配電網(wǎng)整體的運行安全。為避免這一情況，某公司在針對配電網(wǎng)的電流與電壓變化情況進(jìn)行計算時，重點關(guān)注環(huán)網(wǎng)潮流分布對環(huán)網(wǎng)線路運行產(chǎn)生的影響，以疊加電流的方式，在對配電網(wǎng)運行中涉及的合環(huán)網(wǎng)絡(luò)拆分后，基于不同的網(wǎng)絡(luò)相互疊加的方式，發(fā)揮不同網(wǎng)絡(luò)的作用，便于對線路運行中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算。

在這一情況下，考慮配電網(wǎng)主要由開環(huán)和閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)組成，而閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)相較于開環(huán)網(wǎng)絡(luò)更便于計算，可以閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)的電流與功率為計算依據(jù)，對兩種網(wǎng)絡(luò)下的電網(wǎng)電流功率變化情況進(jìn)行計算，用公式表示如下：式中：S1、S2分別代表開環(huán)網(wǎng)絡(luò)和等效閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點處的負(fù)荷容量；I1負(fù)荷、I2負(fù)荷分別代表開環(huán)網(wǎng)絡(luò)和等效閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點處的負(fù)荷電流；I環(huán)代表環(huán)網(wǎng)電流；U1、U2分別代表開環(huán)網(wǎng)絡(luò)和等效閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點處的電壓。

基于以上公式，在對合環(huán)電流進(jìn)行計算時，需要將開環(huán)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷電流與合環(huán)點因電壓差引起的循環(huán)電流相加。而在對配電網(wǎng)的電壓大小進(jìn)行計算時，某公司基于電網(wǎng)運行的情況，考慮合環(huán)電位的存在會導(dǎo)致配電網(wǎng)產(chǎn)生阻抗和電壓差，而這些參數(shù)在經(jīng)過合環(huán)操作后，由于潮流和負(fù)荷大小會重新配置，使得原本電網(wǎng)合環(huán)電位中的電壓差參數(shù)消失，而阻抗依然存在。在這一情況下，當(dāng)潮流受到電網(wǎng)運行而產(chǎn)生較大變化時，就會對配電網(wǎng)的運行電壓產(chǎn)生影響，導(dǎo)致電壓降低。這一過程用公式表示為：Δumax=pr+qx/u，式中：q代表線路整體的無功功率；p代表線路整體的有功功率；r代表電網(wǎng)線路的整體電阻；u代表額定電壓；x代表總電抗；Δu代表降低的電壓值。

1.3 潮流計算

配電網(wǎng)潮流計算也是應(yīng)用不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)的主要環(huán)節(jié)和步驟。為保障配電網(wǎng)的運行安全和效果，要求考慮現(xiàn)階段配電網(wǎng)以架空線路為主的特點，嘗試應(yīng)用前推回代法、代數(shù)求解法等來實現(xiàn)對于配電網(wǎng)的潮流計算[1]。配電網(wǎng)潮流計算要求考慮配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)本身存在的大量離散式、隨機的負(fù)荷，三相負(fù)載不平衡問題、輻射型網(wǎng)架中的弱環(huán)連接結(jié)構(gòu)等因素，某公司以前推回代法為例，應(yīng)用該方法對配電網(wǎng)潮流進(jìn)行計算，需要經(jīng)歷以下步驟。

設(shè)定配電網(wǎng)線路的根節(jié)點以及其他子節(jié)點的初始電壓值，記為v0；考慮不同配電網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)分布差異，以輻射型配電網(wǎng)系統(tǒng)為例，選擇劃分出該配電網(wǎng)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點a、b、c，明確各個節(jié)點之間的隸屬關(guān)系，為便于對配電網(wǎng)的電壓值進(jìn)行計算，將a節(jié)點流向b節(jié)點的有功功率記為Pab，無功功率記為Qab；支路ab上的負(fù)載有功功率損耗記為PLab，無功功率損耗記為QLab；b節(jié)點的負(fù)載有功功率記為PDb，無功功率記為QDb。

基于負(fù)載的靜態(tài)電壓特性來對負(fù)載參數(shù)進(jìn)行計算；按照子節(jié)點、根節(jié)點的計算順序，通過前推計算來求解各個支路功率的分布情況。其中，主要應(yīng)用四項前推算法來進(jìn)行計算：

其中：

以上公式中：rab、xab代表支路ab的阻抗值；Db代表節(jié)點b的負(fù)荷功率；Cb代表與節(jié)點b相連的子節(jié)點集合；、代表支路ab上的功率損耗。在依據(jù)以上公式對配電網(wǎng)的電壓值進(jìn)行計算時，對需要進(jìn)行電壓回代的節(jié)點情況，應(yīng)能夠在借助公式進(jìn)行迭代計算后，需要依據(jù)節(jié)點a復(fù)電壓的共軛來對節(jié)點b的電壓進(jìn)行計算。

1.4 相位差及電壓差的調(diào)整

在完成電壓電流以及配電網(wǎng)的潮流分析之后，應(yīng)考慮相位差與電位差情況可能對合環(huán)操作效果產(chǎn)生的影響，以配電網(wǎng)運行線路的負(fù)荷變化為依據(jù)，將電網(wǎng)維護重點放在對電路相位差以及電壓差的調(diào)整上，對電網(wǎng)環(huán)流的分布情況進(jìn)行合理控制。在配電網(wǎng)系統(tǒng)本身并未受到外界以及其他各類因素影響的情況下，如果配電網(wǎng)的參數(shù)值始終處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則可以直接降低合環(huán)點位兩側(cè)電壓差，以調(diào)整變壓器分接頭的方式達(dá)到降低電壓差值的目的[2]。

2 10kV配電網(wǎng)不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)應(yīng)用實例分析

在明確基于不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)中針對電壓、電流計算方法和技術(shù)應(yīng)用原理的前提下，考慮某公司配電網(wǎng)運行過程中的合環(huán)操作情況，需要應(yīng)用不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)來促進(jìn)配電網(wǎng)維護工作的開展，解決不停電調(diào)電的需求?；诖耍彻緡L試在10kV配電網(wǎng)運行中應(yīng)用不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)，在保障配電網(wǎng)運行安全與發(fā)展方面取得了顯著的成果。

2.1 配電網(wǎng)運行概況

在某公司的10kV配電網(wǎng)運行過程中，由于缺少相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)，在配電網(wǎng)系統(tǒng)的實際運行中，核相手段較為煩瑣，合環(huán)調(diào)電工作開展較為緩慢。為解決這一問題，某公司在積極引入先進(jìn)技術(shù)和培訓(xùn)人員的過程中，為合環(huán)操作提供了良好的支持。現(xiàn)階段，某公司已經(jīng)能夠針對實際負(fù)責(zé)的配電網(wǎng)運行范圍內(nèi)的線路進(jìn)行檢修和維護，在日常的帶電核相工作，重點圍繞配電網(wǎng)的合環(huán)電位變化情況進(jìn)行實時跟蹤測量，進(jìn)而將其用于配電網(wǎng)的合環(huán)操作調(diào)電。

2.2 不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)應(yīng)用

考慮10kV配電網(wǎng)合環(huán)回路的復(fù)雜性特點，某公司10kV配電網(wǎng)的上級電源分別來自兩個不同的變電站，因而擁有兩個不同的合環(huán)回路，在實際計算中，要求依據(jù)這兩種不同的方式來分別進(jìn)行計算。在得到配電網(wǎng)系統(tǒng)的合環(huán)潮流計算結(jié)果后，某公司主要考慮配電網(wǎng)運行中涉及的各類電氣設(shè)備的使用壽命，檢驗設(shè)備使用過程中是否受到運行損耗的影響而導(dǎo)致限額參數(shù)降低。在實際檢驗工作中，以合環(huán)潮流操作計算與分析的結(jié)果為依據(jù)，從設(shè)備的限額參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)入手，確保檢驗結(jié)果的真實性，滿足各類設(shè)備和保護裝置在配電網(wǎng)運行中的需要。為適應(yīng)不同等級、不同負(fù)荷配電網(wǎng)的安全運行需求，某公司還能夠針對不同電網(wǎng)設(shè)置更適合其情況的聯(lián)絡(luò)通道限額表，為后續(xù)進(jìn)行配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全維護工作提供便利。

基于以上操作，在實際的合環(huán)操作中，某公司主要采取以下步驟：依據(jù)合環(huán)計算書中的相關(guān)參數(shù)，對配電網(wǎng)系統(tǒng)中涉及的各類電力設(shè)備和保護裝置的運行模式進(jìn)行檢驗；基于不同電壓等級電網(wǎng)的安全運行需求，確定回路上的保護和自動裝置的安裝位置并進(jìn)行現(xiàn)場安裝作業(yè)；完成相關(guān)裝置的安裝作業(yè)后，對電網(wǎng)涉及的環(huán)線路兩端的母線電壓變化情況進(jìn)行檢查，以讓兩條母線盡量接近為目標(biāo)，確保合環(huán)操作發(fā)揮作用；考慮以往合環(huán)操作中存在的問題，提前做好上級調(diào)度的預(yù)案規(guī)劃和調(diào)動，保障配電網(wǎng)在這一情況下的安全運行。

基于這一方法，某公司在規(guī)定的時間內(nèi)完成了針對公司管理范圍內(nèi)配電網(wǎng)的合環(huán)調(diào)電作業(yè)任務(wù)，且在具體的操作中，合環(huán)作業(yè)大多一次成功，有效節(jié)省了原本用于配電網(wǎng)安全運行維護的時間和成本，提高配電網(wǎng)的運行效益。針對實際調(diào)電作業(yè)中遇到的困難和問題，基于某公司的試驗作業(yè)，驗證合環(huán)供電方式在保證配電網(wǎng)安全運行方面的作用，體現(xiàn)供電連續(xù)性和可靠性，對促進(jìn)某公司自身的發(fā)展也具有重要的作用。

應(yīng)用不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)后，結(jié)合10kV配電網(wǎng)線路的實際運行情況，1年內(nèi)針對10kV配電網(wǎng)的合環(huán)調(diào)電次數(shù)達(dá)到133次，其中需要進(jìn)行停電調(diào)電的情況僅為13次，合環(huán)率能夠達(dá)到91.1%。按照每條線路平均消耗2MW的負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算，通過合環(huán)調(diào)電作業(yè)后產(chǎn)生的電量能夠達(dá)到6.65萬kWh。

2.3 合環(huán)操作注意事項

在結(jié)合某公司應(yīng)用不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)的實際情況基礎(chǔ)上，也發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的應(yīng)用存在一定問題，需要在實際作業(yè)中采取有針對性的措施來進(jìn)行調(diào)整。為保證配電網(wǎng)合環(huán)操作的實際效果，要求能夠嚴(yán)格按照合環(huán)操作的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行作業(yè)。

為實現(xiàn)配電網(wǎng)不停電倒負(fù)荷的功能，需要判斷配電網(wǎng)是否具有實時合環(huán)操作的條件。在對變電站的合環(huán)操作可行性進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上，應(yīng)能夠通過實時監(jiān)測變電站線路電氣參數(shù)的變化情況，對合環(huán)開關(guān)兩側(cè)的相位差情況進(jìn)行分析。基于這一目的，在實際的配電網(wǎng)合環(huán)操作中，將不停電倒負(fù)荷的作用要求體現(xiàn)在終端設(shè)備中，以設(shè)計不停電倒負(fù)荷邏輯程序的方式，讓配電網(wǎng)系統(tǒng)能夠在運行中自動進(jìn)行合環(huán)動作?；谶@一目的，為發(fā)揮不停電倒負(fù)荷的功能，系統(tǒng)程序中首先需要選擇不同主變線的運行方式，依據(jù)對聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)電壓差，相位差以及頻率差的計算結(jié)果進(jìn)行判別。在這一過程中，若檢測母線的電壓來源于主變線時，由于頻率不存在偏差因素，因而無需進(jìn)行判別。

然后需要依據(jù)設(shè)定定值對計算結(jié)果進(jìn)行對比分析。在終端設(shè)備中，應(yīng)能夠基于事先設(shè)定好的系統(tǒng)運行流程，對配電網(wǎng)線路運行中的各個設(shè)施設(shè)備運行狀況進(jìn)行監(jiān)測，依據(jù)監(jiān)測到的結(jié)果，對相關(guān)設(shè)備以及系統(tǒng)整體運行情況是否滿足何患條件進(jìn)行判斷分析?；谶@一目的，要求由系統(tǒng)程序發(fā)出相應(yīng)的控制和驅(qū)動指令，在繼電器接收到指令后，讓其投入至聯(lián)絡(luò)開關(guān)，同時也能夠通知合環(huán)的實際狀態(tài)。在這一過程中，基于終端設(shè)備來實現(xiàn)對配電網(wǎng)線路帶電合環(huán)控制功能的結(jié)果進(jìn)行檢驗，進(jìn)而驗證其能夠保障合環(huán)控制的可靠性[3]。

綜上，不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效避免因配電網(wǎng)停電維護而造成的經(jīng)濟損失，保障配電網(wǎng)運行的安全和可靠性。結(jié)合10kV配電網(wǎng)運行的實際情況，考慮在應(yīng)用不停電合環(huán)倒切負(fù)荷技術(shù)時，應(yīng)做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格按照技術(shù)操作的相關(guān)步驟進(jìn)行作業(yè)，并注重保障合環(huán)操作的應(yīng)用效果。