國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林供電公司 崔 吉

配電網(wǎng)線路是電網(wǎng)的脈絡(luò)，承擔(dān)著居民生活用電以及工廠生產(chǎn)用電需求。在智能配電網(wǎng)改造力度逐漸加大的前提下，減少停電或開(kāi)展不停電作業(yè)，是電網(wǎng)用戶對(duì)電力公司提出的新要求。為加快城市配網(wǎng)智能化改造以適應(yīng)用戶用電需求，應(yīng)加強(qiáng)以蓄電池作配電網(wǎng)不停電作業(yè)電源技術(shù)的研究，在不停電的前提下完成配電網(wǎng)計(jì)劃?rùn)z修與故障搶修工作。本文以某供電公司為例，對(duì)以蓄電池作配電網(wǎng)不停電作業(yè)電源的技術(shù)進(jìn)行可行性研究。

1 配電網(wǎng)不停電作業(yè)相關(guān)概述

一般情況下，配電網(wǎng)不停電作業(yè)主要是通過(guò)柔性高壓電力電纜的使用，依托于電纜接頭與配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)的連接，針對(duì)作業(yè)需要在較短時(shí)間內(nèi)完成供電線路、待檢修路段、跨接故障路段的構(gòu)建。通過(guò)操作配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)電路電源至旁路供電線路的順利接入，進(jìn)而在不停電的前提下完成檢修等各項(xiàng)作業(yè)，維護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)供電安全、可靠。

因此，對(duì)于配電網(wǎng)不停電作業(yè)而言，為提高其可靠性，應(yīng)把握以下要點(diǎn)：第一，在配網(wǎng)電纜分流且不停電的前提下完成檢修作業(yè)，需要注意的是，通過(guò)配電網(wǎng)系統(tǒng)斷開(kāi)保障線路時(shí)，應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電纜進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否處于正常通電狀態(tài)。第二，配網(wǎng)系統(tǒng)操作過(guò)電壓，基于柔性供電靠站相關(guān)作業(yè)時(shí)，應(yīng)做好過(guò)電壓在不同操作情況下的大小檢測(cè)。第三，配電系統(tǒng)的保護(hù)接地工作，落實(shí)一端接地方式，規(guī)范落實(shí)保護(hù)接地工作[1]。

從本文研究角度來(lái)看，主要以移動(dòng)式電源為基礎(chǔ)，依托于系統(tǒng)運(yùn)行方式的調(diào)整、作業(yè)方法的優(yōu)化等方式，在不影響供電可靠性的前提下，將蓄電池作為配電網(wǎng)不停電作業(yè)電源使用，進(jìn)而順利完成電力檢修、施工等作業(yè)。若是以各項(xiàng)作業(yè)涉及的電力設(shè)備的帶電狀態(tài)作為基準(zhǔn)劃分，那么配電網(wǎng)不通電作業(yè)方式共有兩種，分別為：一是帶電作業(yè)，主要是在檢修作業(yè)建立在帶電設(shè)備和線路上；二是負(fù)荷轉(zhuǎn)移作業(yè)，細(xì)化后可分為移動(dòng)電源作業(yè)法和旁路作業(yè)法[2]。前者以移動(dòng)式電源為基礎(chǔ)，比如負(fù)荷轉(zhuǎn)移車、移動(dòng)發(fā)電車等，將出現(xiàn)故障的設(shè)備與線路段從原本系統(tǒng)中分離出來(lái)，在不影響正常供電的基礎(chǔ)上完成檢修作業(yè)。后者主要通過(guò)旁路電纜分離檢修設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)。

2 基于蓄電池研究將其作為配電網(wǎng)不停電作業(yè)電源的技術(shù)可行性

根據(jù)上述分析可知，目前配電線路檢修采用的不停電作業(yè)方式大，多為帶電作業(yè)和負(fù)荷轉(zhuǎn)移作業(yè)。蓄電池作為不停電作業(yè)電源發(fā)展的方向之一，本文立足于移動(dòng)電源技術(shù)開(kāi)展蓄電池電源應(yīng)用，在配電網(wǎng)不停電作業(yè)中的可行性分析，并在分析過(guò)程中明確參數(shù)條件及技術(shù)適用范圍。

2.1 電源技術(shù)

在配電網(wǎng)不停電作業(yè)要求下，蓄電池的應(yīng)用主要是為移動(dòng)電源技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供支持，對(duì)于蓄電池而言，其儲(chǔ)能和電力電子接口是移動(dòng)電源技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，應(yīng)用較為廣泛的移動(dòng)電源較多，尤其是EPS（應(yīng)急電源裝置），其發(fā)展備受矚目。該裝置由整流充電器、逆變器等組成，依托于IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）逆變技術(shù)的應(yīng)用，能夠獲得比柴油發(fā)電機(jī)更好的應(yīng)用性能，比如噪聲小、短時(shí)過(guò)載能力強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)時(shí)間短等。

但若是將其應(yīng)用于配電網(wǎng)不停電作業(yè)，將其作為電源使用，其高昂的價(jià)格以及較小的供電容量，無(wú)法滿足用戶對(duì)電力能源的需求。因此，本文出于靈活性考量，分析蓄電池作為配電網(wǎng)不停電作業(yè)電源應(yīng)用要點(diǎn)，通過(guò)可行性分析，確定其適用范圍與應(yīng)用要點(diǎn)。蓄電池可貯存化學(xué)能量，于必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備，是按可再充電設(shè)計(jì)的電池，通過(guò)可逆的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)再充電，通常是指鉛酸蓄電池，其是電池中的一種，屬于二次電池。其技術(shù)原理為：充電時(shí)利用外部的電能使內(nèi)部活性物質(zhì)再生，把電能儲(chǔ)存為化學(xué)能，需要放電時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能輸出[3]。

2.2 技術(shù)應(yīng)用可行性分析

2.2.1 技術(shù)分析

在蓄電池技術(shù)中，發(fā)展較為成熟的電池是鉛酸蓄電池，綜合分析配電網(wǎng)技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)效益要求，故選擇鉛酸蓄電池為主要研究對(duì)象，分析將其作為移動(dòng)電源配電網(wǎng)不停電作業(yè)電源的技術(shù)可行性。在將鉛酸蓄電池以電源的身份應(yīng)用于配電網(wǎng)不停電作業(yè)時(shí)，需要根據(jù)不同負(fù)荷端配置相應(yīng)的蓄電池組，通過(guò)與并網(wǎng)IGBT 逆變器相連接，滿足不停電檢修需求。具體作業(yè)電源運(yùn)行流程為：首先，依托于并網(wǎng)IGBT逆變器的連接應(yīng)用，完成電流的直流和交流轉(zhuǎn)換，在并網(wǎng)同步控制作用下，驅(qū)動(dòng)逆變器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同期并網(wǎng)。將蓄電池組閉合，待其處于閉合狀態(tài)后并網(wǎng)，使該電池組能夠順利接入變壓器的低壓側(cè)。其次，將變壓器高壓側(cè)斷開(kāi)，隔離配電網(wǎng)檢修段，落實(shí)規(guī)范的故障檢測(cè)作業(yè)，此時(shí)蓄電池組承擔(dān)低壓側(cè)負(fù)荷。最后，完成故障檢修作業(yè)后，將變壓器高壓側(cè)閉合，斷開(kāi)蓄電池組并網(wǎng)端，使電池組退出運(yùn)行，故障檢修期間由蓄電池組承擔(dān)的低壓側(cè)負(fù)荷，重新由系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。

在該電源應(yīng)用于技術(shù)流程下，依托于負(fù)荷的轉(zhuǎn)移，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)不斷電作業(yè)。為更好確定需要接入的蓄電池組數(shù)量，滿足不同規(guī)格的配電網(wǎng)不停電作業(yè)需求，可通過(guò)計(jì)算公式予以確定。一般情況下，數(shù)量確定期間涉及負(fù)荷容量與負(fù)荷電壓，表達(dá)式如下：

公式（1）中，N 表示負(fù)荷電壓，單位：V；Ns表示系統(tǒng)中串聯(lián)電池?cái)?shù)量，單位：V；Np表示系統(tǒng)中并聯(lián)電池?cái)?shù)量，單位：V。其中，串聯(lián)電池旨在提供更為穩(wěn)定的電壓，為供電服務(wù)水平提供保障；而并聯(lián)電池?cái)?shù)量的主要目的在滿足系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷需求。

公式（2）中，Uo表示接入點(diǎn)運(yùn)行電壓，單位：V；Ub表示單個(gè)蓄電池電壓，單位：V。

公式（3）中，S1表示負(fù)荷容量，單位：Ah；η 表示負(fù)載功率因數(shù)；U 表示電池組電壓，單位：V；η1表示蓄電池組放電系數(shù)；S2表示蓄電池容量，單位：Ah；T 表示作業(yè)時(shí)間，單位：s；η2表示蓄電池組放電效率。

在明確計(jì)算表達(dá)式后，假設(shè)單個(gè)蓄電池電壓為12V，蓄電池容量為400Ah，功率因素取值0.8，蓄電池組放電系數(shù)和蓄電池組放電效率分別取值0.7和0.9。通過(guò)將此類鉛酸免維護(hù)蓄電池作為配電網(wǎng)不停電作業(yè)的電源，將上述各數(shù)值代入公式（1）、公式（2）和公式（3）中，明確蓄電池組數(shù)與供電容量、供電時(shí)間之間的關(guān)系。當(dāng)配電網(wǎng)不停電作業(yè)負(fù)荷存在差異時(shí)，配電網(wǎng)對(duì)蓄電池的組數(shù)要求不盡相同，具體見(jiàn)表1。

表1 差異化供電要求對(duì)電池組數(shù)要求（鉛酸免維護(hù)蓄電池）

根據(jù)表1給出的組數(shù)要求可知，當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷容量小于等于300kVA 時(shí)，且供電時(shí)間小于等于2.5h，蓄電池組的應(yīng)用效果符合預(yù)期，可滿足配電網(wǎng)不停電作業(yè)需求。但一旦系統(tǒng)負(fù)荷容量超過(guò)300kVA，或是供電時(shí)間大于2.5h，要想使配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)，需要接入較多的蓄電池組，蓄電池組應(yīng)用數(shù)量攀升。在該情況下，將對(duì)作業(yè)靈活性造成直接影響，且現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)難度升高。

因此，若是從供電時(shí)間和負(fù)荷容量的角度來(lái)看，蓄電池可作為電源應(yīng)用于配電網(wǎng)不停電檢修作業(yè)中，相較于EPS 應(yīng)急發(fā)電車，蓄電池應(yīng)用靈活性更高，且技術(shù)適用范圍更廣，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍要從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)明確供電時(shí)間和負(fù)荷容量，準(zhǔn)確判斷蓄電池應(yīng)用難易程度與靈活程度，通過(guò)對(duì)比分析與合理選擇，滿足配電網(wǎng)不停電作業(yè)要求，為供電服務(wù)質(zhì)量提供保障[4]。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)分析

對(duì)于蓄電池在配電網(wǎng)不停電作業(yè)中的電池應(yīng)用而言，為使電力事業(yè)更好發(fā)展，還要考慮蓄電池作為電源應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，若是花費(fèi)巨大，將不利于推廣。為加強(qiáng)蓄電池電源應(yīng)用經(jīng)濟(jì)分析的真實(shí)可靠性，故引入某供電公司具體案例開(kāi)展經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)分析。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介。以某供電公司10kV 配電網(wǎng)示范工程為例，建設(shè)后示范區(qū)域內(nèi)共出現(xiàn)9次故障停電現(xiàn)象，造成長(zhǎng)時(shí)間停電。經(jīng)事后統(tǒng)計(jì)，9次故障給用戶一共造成了56.04h 的停電時(shí)長(zhǎng)。案例項(xiàng)目具體停電情況見(jiàn)表2。

表2 基于案例工程的故障停電具體信息

基于蓄電池電源應(yīng)用的故障檢修成本分析。選擇影響戶數(shù)較多的故障展開(kāi)分析，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察與排除試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，故障源頭主要是變壓器和斷路器。為解決故障問(wèn)題，檢修過(guò)程中接入蓄電池。某變壓器T 接跌落式熔斷器的停電原因?yàn)榈蛪撼鼍€電纜燒毀，停電時(shí)長(zhǎng)為1.08h，這一故障（故障1）對(duì)變壓器容量帶來(lái)的影響為315kVA；某支線斷路器的停電原因?yàn)閱蜗啻善繐舸ｋ姇r(shí)長(zhǎng)為2.43h，這一故障（故障2）對(duì)變壓器容量帶來(lái)的影響為400kVA。

某供電公司按照正常蓄電池的充電次數(shù)和放電次數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)（3000次），每組蓄電池單價(jià)為1000元，在該情況下，成本情況如下：分析檢修過(guò)程中蓄電池每次作業(yè)時(shí)間、供電特性，待蓄電池完成一次充電任務(wù)后，發(fā)現(xiàn)在本次故障檢修作業(yè)中，可基本上實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的平穩(wěn)供電。因此，單個(gè)蓄電池在配電網(wǎng)不停電檢修作業(yè)中每次作業(yè)的折舊成本為0.33元，即：用每組蓄電池單價(jià)的1000元除以其充電次數(shù)，明確折舊成本。

此外，根據(jù)故障實(shí)際情況，計(jì)算得到負(fù)載容量，將負(fù)載功率因數(shù)確定為0.6，為把握停電故障帶來(lái)的停電損失，筆者共選用兩種辦法予以衡量，一是單位電量GDP，二是6倍懲罰電價(jià)。其中，單位電量GDP 結(jié)合當(dāng)?shù)谿DP 和發(fā)電量數(shù)據(jù)，經(jīng)查詢?yōu)?0.8元/kWh；電價(jià)取值0.5元/kWh，在6倍懲罰下，電價(jià)為3元/kWh。

2.2.3 分析結(jié)論

通過(guò)上述方法，某供電公司選擇不停電作業(yè)技術(shù)解決故障。作為電網(wǎng)中直接連接用戶的電網(wǎng)末端，配電網(wǎng)需要做到：在不影響供電能力的基礎(chǔ)上，使供電作業(yè)具有安全可靠性以及經(jīng)濟(jì)性，尤其在配電網(wǎng)運(yùn)行期間，應(yīng)具備較強(qiáng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)上述分析可知，蓄電池可作為電源滿足配電網(wǎng)不停電作業(yè)需求，尤其在當(dāng)前智能電網(wǎng)快速改造、發(fā)展的背景下，不停電作業(yè)電源技術(shù)本身具有較大需求。相較于其他電池，蓄電池具有移動(dòng)屬性，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)靈活作業(yè)需求，通過(guò)分散分布，可有效提高故障檢修概率，在不影響供電服務(wù)質(zhì)量的前提下減少停電時(shí)間。

綜上所述，為滿足當(dāng)前時(shí)代背景下用戶對(duì)電力供應(yīng)質(zhì)量的要求，優(yōu)化供電服務(wù)體驗(yàn)，應(yīng)深入不停電作業(yè)的技術(shù)研究。經(jīng)上述可行性分析可知，在配電網(wǎng)不停電作業(yè)中，選擇蓄電池作為電源承擔(dān)負(fù)荷是可行性，具有較強(qiáng)適用性和經(jīng)濟(jì)性，期間需要綜合考量電池組數(shù)、供電容量與供電時(shí)間，以此保證電源選用的經(jīng)濟(jì)合理性。