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(國網(wǎng)德陽供電公司，四川 德陽 618000)

0 引 言

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，電網(wǎng)用戶側(cè)用電負(fù)荷需求也發(fā)生了一定改變，人們對(duì)電能越來越依賴，可靠性要求越來越高。國家和企業(yè)對(duì)電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展思路也隨之巨大轉(zhuǎn)變，從以往關(guān)注發(fā)電、輸電向需求側(cè)配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變，投入巨大資金對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造。目前國內(nèi)配電網(wǎng)大多采用10 kV電壓等級(jí)，通過配電變壓器降壓后直接面對(duì)廣大用戶。10 kV配電網(wǎng)是發(fā)、輸、配電系統(tǒng)的最末端環(huán)節(jié)，是保障居民正常生活和城市穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，也是電力可靠供應(yīng)和供電優(yōu)質(zhì)服務(wù)的實(shí)物載體。為保障配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，日常檢修和故障處理必不可少。

目前，國內(nèi)外對(duì)于配電網(wǎng)10 kV線路及設(shè)備的計(jì)劃檢修和故障隔離處理，一般可通過與之相聯(lián)絡(luò)的其他10 kV線路倒負(fù)荷，來實(shí)現(xiàn)非檢修區(qū)域的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，即線路通過N-1安全校驗(yàn)[1-2]。涉及到變電站長時(shí)間全停升級(jí)改造或全站故障失壓后變電站所屬10 kV線路的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，無論是國網(wǎng)公司還是南方電網(wǎng)公司均沒有明確的規(guī)范要求和校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。德陽電網(wǎng)在2018年進(jìn)行110 kV德陽站長時(shí)間停電改造升級(jí)時(shí)，就面臨了這一突出問題。因此研究基于變電站10 kV饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移的全停校驗(yàn)?zāi)Ｐ?，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。文獻(xiàn)[3]借鑒輸電網(wǎng)最大輸電能力的概念提出了配電網(wǎng)的相關(guān)概念，但依然是基于變電站、主變壓器和出線等發(fā)生N-1時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行約束下通過站內(nèi)和站間聯(lián)絡(luò)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷損失最小化的目標(biāo)，且研究的重點(diǎn)是配電網(wǎng)的最大供電能力，對(duì)于是否能夠在某一個(gè)變電站全停的條件下使配電網(wǎng)10 kV饋線負(fù)荷不受影響，沒有做過多研究。文獻(xiàn)[4]基于現(xiàn)有饋線互聯(lián)互供的配電網(wǎng)關(guān)系，提出了配電網(wǎng)安全域模型，并運(yùn)用于多聯(lián)絡(luò)的復(fù)雜配電網(wǎng)，給出了配電網(wǎng)安全運(yùn)行區(qū)域和N-1邊界，但并未考慮實(shí)際配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，因倒閘操作次數(shù)增加而引起的一系列優(yōu)質(zhì)服務(wù)、安全穩(wěn)定問題。

下面考慮配電網(wǎng)10 kV饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移條件下對(duì)變電站全停校驗(yàn)分析，提出了變電站全停校驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?duì)變電站是否能夠具備全停的條件，給出了明確的答案，具有借鑒意義。

1 饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移的定義及條件

配電網(wǎng)N-1安全性準(zhǔn)則是配電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行的重要準(zhǔn)則，它規(guī)定了在配電網(wǎng)中主變壓器或線路發(fā)生故障時(shí)，線路或主變壓器所帶負(fù)荷可通過與之聯(lián)絡(luò)的線路進(jìn)行轉(zhuǎn)供，即不對(duì)外停電。

圖1為變電站饋線示意圖：饋線1是常見10 kV配電網(wǎng)三聯(lián)絡(luò)線路，與之相聯(lián)絡(luò)的其他3條線路，分別是聯(lián)絡(luò)線1、聯(lián)絡(luò)線2、聯(lián)絡(luò)線3，且饋線1與聯(lián)絡(luò)線1均來自變電站A。一般情況下，考慮最嚴(yán)重的線路故障，饋線1出線開關(guān)跳閘，則原線路上負(fù)荷只能通過3條聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)供，實(shí)現(xiàn)不對(duì)外停電的目標(biāo)。目前，隨著城市配電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程的加快，10 kV配電網(wǎng)中聯(lián)絡(luò)線較多，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)完善，一般情況下均可通過不超過兩次的倒閘操作完成整條10 kV線路的負(fù)荷轉(zhuǎn)移。但如果變電站A全站停電，則與饋線1所屬變電站相同的聯(lián)絡(luò)線1將失去聯(lián)絡(luò)作用，同時(shí)該聯(lián)絡(luò)線自身負(fù)荷也需通過其他站外聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，即變電站A所屬全部10 kV饋線負(fù)荷均只能通過其他變電站聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，即饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移。

圖1 變電站饋線示意1

在圖2所示變電站饋線，圖中變電站A所屬10 kV饋線1，與之相聯(lián)絡(luò)的分別是變電站B、變電站C所屬10 kV聯(lián)絡(luò)線1、聯(lián)絡(luò)線2?？紤]極端情況，且暫不考慮10 kV饋線1的分段方式和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，若變電站A全站停電，通過聯(lián)絡(luò)線倒負(fù)荷方式，在滿足聯(lián)絡(luò)線1、聯(lián)絡(luò)線2不過載且變電站B、變電站C不過載的情況下，饋線1上的所有負(fù)荷可通過變電站B、C轉(zhuǎn)供，從而實(shí)現(xiàn)變電站A所屬所有10 kV饋線的負(fù)荷全轉(zhuǎn)移。因此根據(jù)饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移的定義，可以得出滿足饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移的基本條件[5]：

1)該變電站所屬所有10 kV饋線均存在至少1回站間聯(lián)絡(luò)線；

2)與饋線相連的站間聯(lián)絡(luò)線的負(fù)荷裕度小于等于需要其轉(zhuǎn)供的負(fù)荷大?。?/p>

3)饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移后，聯(lián)絡(luò)線路、主變壓器、變電站等不出現(xiàn)過負(fù)荷、低電壓狀態(tài)。

圖2 變電站饋線示意2

2 變電站全停校驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

在配電網(wǎng)中，由于受到變電站選址和通道受限的影響，往往需要對(duì)已有變電站進(jìn)行升級(jí)改造，以滿足長期負(fù)荷增長需求；但由于現(xiàn)場施工條件限制和電網(wǎng)安全規(guī)程要求，不得不選擇全站停電改造，且改造周期較長。以某地市公司110 kV變電站為例，停電時(shí)間長達(dá)5個(gè)月，在此改造期間，配電網(wǎng)運(yùn)行壓力巨大，能否平穩(wěn)度過負(fù)荷高峰時(shí)期，缺乏理論支撐和可行性論證，施工中能否安排全站停電進(jìn)行升級(jí)改造缺乏有效規(guī)程參考和指導(dǎo)意見。

根據(jù)前面對(duì)變電站所屬饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移的定義和條件約束，可以建立如下模型：

S=S1×S2×…SN

(1)

(2)

maxfi=Maxfi-fi

(3)

maxfj=Maxfj-fj

(4)

(5)

FN≤MaxfN

(6)

上述模型中：N為變電站10 kV饋線條數(shù)；SN為同一變電站第N條10 kV饋線的負(fù)荷全轉(zhuǎn)移標(biāo)識(shí)，SN=1時(shí)，則該條10 kV饋線上負(fù)荷能夠全部轉(zhuǎn)移；SN=0時(shí)，則該條10 kV饋線上負(fù)荷不能全部轉(zhuǎn)移；fN為第N條饋線的最大負(fù)荷；maxfi、maxfj為與第N條饋線相聯(lián)絡(luò)且負(fù)荷裕度最大的兩條線路的負(fù)荷裕度；Maxfi、Maxfj為與第N條饋線相聯(lián)絡(luò)且負(fù)荷裕度最大的兩條線路的允許最大負(fù)荷；FN為負(fù)荷轉(zhuǎn)移后聯(lián)絡(luò)線路的最終負(fù)荷；VS為變電站的允許最大負(fù)荷；S為變電站全停校驗(yàn)結(jié)果。

式(1)中，S為變電站所屬所有10 kV饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移標(biāo)識(shí)的乘積。如變電站任何一條10 kV饋線負(fù)荷不能全部轉(zhuǎn)移，即其中任一個(gè)SN=0，則變電站全停校驗(yàn)結(jié)果為0，不能實(shí)施全站停電。由此可知：要使S=1，該變電站所屬所有10 kV饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移標(biāo)識(shí)均為1，才能夠?qū)崿F(xiàn)變電站全停下的負(fù)荷全轉(zhuǎn)移，即變電站全停通過；當(dāng)S=0時(shí)，該變電站所屬10 kV饋線不能夠?qū)崿F(xiàn)變電站全停下的負(fù)荷全轉(zhuǎn)移，即變電站全停校驗(yàn)不通過。

式(2)約束條件表示變電站第N條饋線的最大負(fù)荷fN必須小于等于與之相聯(lián)絡(luò)且負(fù)荷裕度最大的兩條饋線的負(fù)荷裕度之和。因現(xiàn)場實(shí)際倒閘規(guī)范要求，這里暫只考慮兩條相聯(lián)絡(luò)線路，不考慮3條以上聯(lián)絡(luò)線路的情況。

式(3)、式(4)表示與第N條饋線相聯(lián)絡(luò)且負(fù)荷裕度最大的兩條線路的負(fù)荷裕度計(jì)算方法。

式(5)不等式約束表示當(dāng)饋線負(fù)荷轉(zhuǎn)移后，聯(lián)絡(luò)線路所屬變電站下所有饋線負(fù)荷之和應(yīng)小于等于變電站允許最大負(fù)荷，即變電站不過載。

式(6)不等式約束表示當(dāng)饋線負(fù)荷轉(zhuǎn)移后，聯(lián)絡(luò)線路負(fù)荷應(yīng)小于線路允許最大負(fù)荷，即線路不過載。

需要聲明的是，該模型不考慮變電站、線路的短時(shí)過載能力和轉(zhuǎn)供條件下的N-1安全校驗(yàn)。通過該模型的應(yīng)用，可以為變電站全停進(jìn)行升級(jí)改造提供參考依據(jù)。

3 實(shí)用算例

圖3為算例配電網(wǎng)的示意圖，是由4個(gè)110 kV變電站和10條10 kV饋線組成的地區(qū)實(shí)際配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型，為使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝逦喕?，圖中只標(biāo)出了配電網(wǎng)絡(luò)饋線聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置，未標(biāo)明饋線分段開關(guān)位置。假設(shè)所有饋線均采用同一種導(dǎo)線型號(hào)，所有饋線允許最大負(fù)荷均為8 MW，同時(shí)負(fù)荷在饋線上均勻分布，且暫不考慮分段開關(guān)位置對(duì)聯(lián)絡(luò)線路轉(zhuǎn)供能力的影響。表1給出了本算例配電網(wǎng)的變電站容量參數(shù)，表4給出了本算例配電網(wǎng)的饋線最大負(fù)荷及聯(lián)絡(luò)關(guān)系。從圖3中可以看出饋線a1、b3為三聯(lián)絡(luò)線路，饋線az、b2、c1、c2、d1、d3為兩 聯(lián)絡(luò)線路，饋線b1、d2為單聯(lián)絡(luò)線路，且饋線b2、b3、d3存在站內(nèi)聯(lián)絡(luò)的情況。

圖3 算例配電網(wǎng)

變電站名稱容量/MVA變電站A20變電站B40變電站C40變電站D48

表2 饋線最大負(fù)荷及聯(lián)絡(luò)關(guān)系

將表1和表2作為輸入量，帶入第2節(jié)所建立的變電站全停校驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，無需迭代計(jì)算，很容易可以計(jì)算出該配電網(wǎng)所有饋線最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移約束條件下的變電站校驗(yàn)通過結(jié)果，如表3所示。

表3 變電站全停校驗(yàn)結(jié)果

從上述校驗(yàn)結(jié)果可以看出，變電站A、C通過全停校驗(yàn)，即在該配電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下，變電站A、C全站停電檢修時(shí)，該地區(qū)配電網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)不對(duì)外停電。變電站B不通過變電站全停校驗(yàn)，即當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況下，若變電站B全站停電檢修，存在轉(zhuǎn)供線路過載風(fēng)險(xiǎn)，建議后期加強(qiáng)10 kV饋線站間聯(lián)絡(luò)的投資建設(shè)，使其具備全站長時(shí)間停電檢修改造的能力。變電站D不通過變電站全停校驗(yàn)，主要原因是饋線d2屬于站內(nèi)單聯(lián)絡(luò)線路，不滿足模型約束條件。

需要注意的是，所提出的變電站全停校驗(yàn)?zāi)Ｐ?，線路運(yùn)行參數(shù)均選擇所有線路各自的最大負(fù)荷，負(fù)荷轉(zhuǎn)供參考電力行業(yè)有關(guān)N-1校驗(yàn)規(guī)則，即不超過兩次倒閘操作。實(shí)際工作中，由于地區(qū)負(fù)荷特性不同，在考慮同時(shí)最大負(fù)荷時(shí)，由于針對(duì)的是長時(shí)間的停電轉(zhuǎn)供，因此考慮的只是理論上的最嚴(yán)重情況。實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行中的地區(qū)最大線路負(fù)荷，還存在負(fù)荷同時(shí)率、長期特定運(yùn)行方式下的N-1安全性等問題；且電網(wǎng)運(yùn)行方式多種多樣，若不受倒閘操作引起的停電次數(shù)限制，對(duì)于站間聯(lián)絡(luò)線路較多的線路比負(fù)荷轉(zhuǎn)供較聯(lián)絡(luò)線路較少的線路更具優(yōu)勢，安全性、可靠性也將更高。

4 結(jié) 語

考慮10 kV饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移約束下的變電站全停校驗(yàn)，對(duì)于制定變電站全停檢修負(fù)荷轉(zhuǎn)供方式具有重要參考價(jià)值，也是制定變電站檢修策略的重要依據(jù)。給出了饋線負(fù)荷全轉(zhuǎn)移的定義和約束條件，并建立了該約束條件下的全站停電校驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄟ^算例驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，為配電網(wǎng)饋線站間聯(lián)絡(luò)建設(shè)提供了可靠依據(jù)，對(duì)進(jìn)一步提升配電網(wǎng)供電服務(wù)質(zhì)量打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，具有借鑒意義。目前該模型已經(jīng)成功應(yīng)用于德陽地區(qū)配電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化改造的項(xiàng)目儲(chǔ)備方案審查和策略制定中，并取得了良好的效益，具有推廣價(jià)值。