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)方式通常需要在臺區(qū)低壓側(cè)接入發(fā)電機組，或自其他非檢修配電臺區(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)機器人[4]、旁路電纜或架空引線將被檢修部分通過“短接并繞過”方式實現(xiàn)[5]，但當(dāng)涉及檢修范圍較大、地勢復(fù)雜且無法轉(zhuǎn)帶負(fù)荷時，以上方案通常難以滿足多個臺區(qū)同時不停電檢修需求。本文通過分析配電網(wǎng)較大范圍停電搶修或檢修案例，利用低壓發(fā)電機組反向升壓、高壓柔性電纜及架空引線、大容量儲能機組接入方式，實現(xiàn)配電網(wǎng)不停電作業(yè)，并針對各個應(yīng)用場景的適用性優(yōu)劣進(jìn)行討論。

1 傳統(tǒng)低壓不停電作業(yè)方式

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

圖1 單臺區(qū)停電接入方式

接入時，選用容量足以支撐臺區(qū)負(fù)荷的發(fā)電機組及電纜，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，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。單臺區(qū)停電接入位置現(xiàn)場實際接線方式如圖2所示。

圖2 單臺區(qū)停電接入位置現(xiàn)場實際接線方式

該接入方式較為簡單，但僅適用于低壓母線及以下配電設(shè)備無需檢修的作業(yè)現(xiàn)場。當(dāng)涉及多個分散的配電臺區(qū)停電檢修時，存在需要多個發(fā)電機組及臨時電纜敷設(shè)過程復(fù)雜等問題。

2 變壓器反向升壓不停電作業(yè)方式

當(dāng)被檢修的設(shè)備位于無聯(lián)絡(luò)線路的前中部時，后部負(fù)荷通常需要陪同停電。此時，可選取陪同停電線路中一臺較大容量的配電變壓器，將低壓發(fā)電機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依次送出，形成一個供電“孤島”，實現(xiàn)不停電作業(yè)。

此時，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，低壓側(cè)空載電壓為

（3）

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

圖3中，10kV某22線路計劃工作現(xiàn)場停電范圍為01～10桿。后部三個配電臺區(qū)無對外聯(lián)絡(luò)線路，需陪同停電。作業(yè)時間約為8h，將導(dǎo)致城區(qū)A+類地區(qū)居民負(fù)荷長時間停電。經(jīng)過現(xiàn)場勘查，各配電站設(shè)備運行情況較好，臨近馬路，具備利用變壓器反向升壓實現(xiàn)不停電作業(yè)條件。作業(yè)前，查詢四臺變壓器容量及峰谷時段負(fù)荷情況見表1。

表1 作業(yè)前臺區(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)荷可通過發(fā)電機組經(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，定于某日零點負(fù)荷低谷期實施作業(yè)。停電前，需對低壓負(fù)荷進(jìn)行定轉(zhuǎn)，并提前布置發(fā)電機組及足夠的電纜。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、5號開關(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。發(fā)電機接入位置為2201站甲變低壓側(cè)出線排，接入時需在高低壓開關(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)電機組及各個臺區(qū)負(fù)荷見表3。

表3 變壓器反向升壓各臺區(qū)負(fù)荷

由表3數(shù)據(jù)可看出，由于2202、2207臺區(qū)負(fù)荷經(jīng)由低壓-高壓-低壓兩次變換，電壓有所下降，但仍在理論計算范圍內(nèi)。同時，兩臺區(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，需注意以下幾點：

1）作業(yè)前，充分勘查現(xiàn)場地勢、負(fù)荷、低壓相序，并對發(fā)電機組容量、油量、電纜型號進(jìn)行估算，避免出現(xiàn)負(fù)荷瓶頸或供電中斷。

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

3）升壓時，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)勵磁，勵磁涌流較大，故接入點選在受總開關(guān)之上，送電時需先對變壓器充電后再送出低壓負(fù)荷，避免開關(guān)保護(hù)動作。

5）針對升壓后因電纜損耗等原因造成負(fù)荷側(cè)電壓偏低的問題，若超過規(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，瞬時負(fù)荷可達(dá)同時段標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷值1.5～2倍，故各段負(fù)荷需間隔一段時間先后送出，避免出現(xiàn)過負(fù)荷或低電壓情況。

7）不停電作業(yè)通常先于計劃檢修現(xiàn)場進(jìn)行，此時高壓進(jìn)線開關(guān)（如2201站1號開關(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，形成供電孤島后實現(xiàn)不停電作業(yè)時，其優(yōu)點為充分利用了現(xiàn)有站內(nèi)配電設(shè)備，將供電半徑進(jìn)行有效擴(kuò)大，使用一臺低壓發(fā)電機組即可實現(xiàn)多個配電臺區(qū)供電；其缺點為最大供電能力受限于單個變壓器容量，即除本站低壓負(fù)荷外，其余臺區(qū)負(fù)荷之和不能超過升壓變壓器供電能力，且在負(fù)荷轉(zhuǎn)移時，依舊需要短時停電。

3 高壓臨時聯(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，后部線路無對外聯(lián)絡(luò)通道且負(fù)荷超過發(fā)電機組發(fā)電能力時，可考慮利用空余間隔，將陪同停電設(shè)備與附近在運設(shè)備形成臨時連接，實現(xiàn)高壓柔性電纜不停電作業(yè)方式[9]。

2021年5月，某線路計劃檢修完成后，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。更換過程中，需停本站高壓母線，會導(dǎo)致5臺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號開關(guān)故障，需進(jìn)行更換。作業(yè)時，需停本站1～4號開關(guān)高壓母線，將造成1707站甲乙變、1708站、1709站及1710站5臺配電變壓器停電。經(jīng)現(xiàn)場勘查，涉及停電負(fù)荷約為1 000kV?A，結(jié)合現(xiàn)場地勢，不具備利用變壓器反向升壓實現(xiàn)不停電作業(yè)條件。1706站距離1708站約80m，現(xiàn)場最終采用以臨時高壓柔性電纜作為兩座配電站高壓聯(lián)絡(luò)線路的方案，來實現(xiàn)不停電作業(yè)。高壓柔性電纜不停電作業(yè)實施方案如圖6所示。

圖6 高壓柔性電纜不停電作業(yè)實施方案

作業(yè)前，先將1707站2號開關(guān)至1708站1號開關(guān)電纜臨時拆除（電纜已因開關(guān)故障停運），自1706站2號開關(guān)（空余間隔）敷設(shè)臨時高壓柔性電纜至1708站1號開關(guān)，形成新的聯(lián)絡(luò)通道。柔性電纜試驗合格、充電并正確定相后，通過并解列操作轉(zhuǎn)移負(fù)荷，將1707站1～4號開關(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，與圖4中低壓負(fù)荷轉(zhuǎn)帶方式相同，實現(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)實施步驟見表4。

表4 高壓柔性電纜不停電作業(yè)實施步驟

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。每段電纜長度為30m，通過快速插拔接頭串行連接并轉(zhuǎn)接至終端接頭。電纜運行過程中，測得三相電流分別為36A、38A、40A，通過紅外熱成像未發(fā)現(xiàn)各個連接部位存在熱點。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現(xiàn)不停電檢修作業(yè)時，其優(yōu)點為可提供較大的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，且允許并解列操作，負(fù)荷轉(zhuǎn)移時沒有停電過程；由于不需要發(fā)電機組，在通道狹窄的環(huán)境（如村鎮(zhèn)、老舊社區(qū)）中也可實施作業(yè)。其缺點為對作業(yè)條件要求較高，聯(lián)絡(luò)點位兩側(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，需對過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聯(lián)絡(luò)通道，以實現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，區(qū)別在于架空線路連接臨時電纜時，需帶電作業(yè)，并額外設(shè)置一臺旁路斷路器[10-11]。

2021年7月，某線路計劃對一座箱式開閉站進(jìn)行更換。該線路中后部缺乏聯(lián)絡(luò)，作業(yè)時共涉及11臺專用變壓器和12臺公用變壓器停電。經(jīng)現(xiàn)場勘查，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，更換時后部約損失2MW負(fù)荷。32線路55號桿與41線路38號桿相隔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。通過帶電搭接引線，在38號桿與55號桿間使用高壓柔性電纜接入一臺旁路斷路器形成聯(lián)絡(luò)通道，實現(xiàn)作業(yè)時負(fù)荷轉(zhuǎn)移。高壓架空引線不停電作業(yè)實施步驟見表5。

高壓架空引線不停電作業(yè)方式的優(yōu)點與高壓柔性電纜方式類似，均可實現(xiàn)較大范圍的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，且全程無需停電。若有條件接入10kV移動式箱變車，也可將引線接入箱變車高壓間隔，實現(xiàn)并、解列操作，并為現(xiàn)場提供低壓電源。其缺點為要求聯(lián)絡(luò)點位桿塔為耐張段，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，可在檢修前接入不間斷電源[12-13]，保障檢修作業(yè)時用戶供電連續(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，但檢修時若另一條線路發(fā)生故障，則存在全停風(fēng)險。經(jīng)現(xiàn)場勘查，用戶全站負(fù)荷約為800kV?A，若直接在低壓側(cè)接入發(fā)電機組，雖解決單電源全停風(fēng)險，但仍存在檢修時需多次停電倒換負(fù)荷問題。最終，通過接入柴油發(fā)電-飛輪儲能聯(lián)合不間斷電源系統(tǒng)，實現(xiàn)檢修期間供電連續(xù)。柴油發(fā)電-飛輪儲能聯(lián)合機組接線如圖9所示。

圖9 柴油發(fā)電-飛輪儲能聯(lián)合機組接線

接入時，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)接入飛輪儲能機組的電源自動切換開關(guān)（automatic transfer switch, ATS）市電端，母線側(cè)接入儲能單元輸出端，同時柴油發(fā)電機組接入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)電機組作為第二備用電源。發(fā)電機組與飛輪儲能機組容量均為1 000kV?A，滿足接入容量要求。ATS裝置與發(fā)電機組間具備通信能力，可在失去市電時自動起動發(fā)電機并完成電源切換。柴油發(fā)電-飛輪儲能不停電作業(yè)實施步驟見表6。

表6 柴油發(fā)電-飛輪儲能不停電作業(yè)實施步驟

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

大容量不間斷電源系統(tǒng)不停電作業(yè)方式適用于單個敏感用戶較長時間接入，其優(yōu)點為可在外部電源中斷時實現(xiàn)零秒切換，用戶側(cè)無感知，其缺點為接入及撤離作業(yè)時需短時停電，且只能為單個用戶或臺區(qū)提供保障。

5 結(jié)論

本文針對多種配電網(wǎng)不停電作業(yè)方式，結(jié)合不同工作現(xiàn)場，分別列出其適用范圍及優(yōu)缺點。其中，傳統(tǒng)發(fā)電機接入方式接線簡單，但僅適合單臺區(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)的將整個檢修區(qū)域“短接并繞過”模式，通過在線路后部單獨建立聯(lián)絡(luò)，方案更加靈活，但對作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境稍有要求；大容量不間斷電源方案更適合檢修時為單個敏感用戶提供可靠的供電保障，但存在接入及撤場時仍需短暫停電且接入過程較為復(fù)雜的弊端。各種不停電作業(yè)方式優(yōu)缺點對比見表7。

表7 各種不停電作業(yè)方式優(yōu)缺點對比

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

[1] 鄒科敏, 邵源鵬, 陳喜東, 等. 探究配電網(wǎng)中低壓全系統(tǒng)旁路不停電作業(yè)方案[J]. 電氣時代, 2022(4): 49-52.

[2] 許翠珊, 楊航, 馮澤華, 等. 配電網(wǎng)不停電作業(yè)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J]. 電氣時代, 2021(11): 45-47.

[3] 李俊林, 張晏玉, 劉曉, 等. 低壓不停電作業(yè)方案及其優(yōu)化策略[J]. 山東電力技術(shù), 2021, 48(4): 25-30.

[4] 陳振宇, 鄒德華, 彭沙沙, 等. 10kV配電網(wǎng)帶電作業(yè)機器人及其作業(yè)臂絕緣分析[J]. 電氣技術(shù), 2021, 22(10): 65-70.

[5] ZHANG Geli, WANG Hongjin, ZHANG Heng, et al. Analysis of power distribution network operation without power cut based on actual engineering data[J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, 781(4): 042049.

[6] 吳亞盆, 穆宜, 郭子強. 基于0.4kV移動式并機并網(wǎng)裝置的應(yīng)急電源車應(yīng)用新方式[J]. 電氣技術(shù), 2021, 22(12): 73-77.

[7] 陳軻. 配網(wǎng)不停電作業(yè)在配電自動化改造中的應(yīng)用[J]. 科技與創(chuàng)新, 2021(16): 153-154.

[8] 供電營業(yè)規(guī)則[J]. 電力標(biāo)準(zhǔn)化與計量, 1997(2): 2-16.

[9] 陳泰霖. 10kV旁路不停電作業(yè)在配網(wǎng)實踐中的運用研究[J]. 光源與照明, 2020(9): 49-50.

[10] 竇孝祥, 郝濤, 王云龍, 等. 配網(wǎng)不停電作業(yè)在區(qū)域應(yīng)急供電中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)村電氣化, 2021(4): 12-14.

[11] 戚振彪. 10kV架空電網(wǎng)不停電作業(yè)的技術(shù)分析[J]. 集成電路應(yīng)用, 2022, 39(1): 220-221.

[12] 陶宇航, 王倩, 黃瀟瀟, 等. 飛輪儲能技術(shù)中自動轉(zhuǎn)換開關(guān)時序整定研究[J]. 供用電, 2021, 38(6): 68-73.

[13] 陶宇航, 朱輝, 何巖巖. 一種新型飛輪儲能技術(shù)在移動供電保障作業(yè)場景下的應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì), 2018(3): 31-34, 61.

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)運行檢修管理工作。