廣州配網不停電作業技術發展綜述

丁佳鈺，謝子亮

（廣東電網有限責任公司廣州增城供電局，廣州 511300）

0 引言

隨著廣州供電局全面推進世界一流配電網建設[1]，配網不停電作業是提高供電可靠性最有效、最直接的措施[2]，從用戶需求和供電企業等方面來考慮都是未來發展的方向。國家戰略層面提出的“配電網建設改造行動計劃”[3]，在很大程度上推動了配電網向高可靠性和智能化的方向發展[4]。

而我國配電網與國際先進水平還存在一定差距[5-6]，除了加強配電網的規劃建設之外，對影響供電可靠性指標的停電時間和停電次數也提出了新要求。根據國家發展改革委、國家能源局印發關于全面提升“獲得電力”服務水平，持續優化用電營商環境的意見[7]，要求各供電企業要進一步提高供電可靠性，為市場主體提供更好用電保障，不得以各種名義違規對企業實施拉閘斷電。要強化計劃檢修管理，科學合理制定停電計劃，推廣不停電作業技術，減少計劃停電時間和次數。

配網是電網服務客戶的“最后一公里”，但在早期的網架規劃缺少方向和目標，導致在城區盲目追求增加聯絡點，使得網架結構過于復雜，聯絡點多但難于進行轉電操作；而在農村或城郊結合部等區域由于地形限制等客觀因素，因投資過大而難以建立聯絡[8]。再加上以前業擴報裝投資界面不規范，用戶接入時未能統籌考慮改善網架，導致配電網網架邊改造邊惡化[9]。這些遺留問題一方面限制了配網不停電作業的推廣實施，另一方面也是配網規劃人員亟待解決的難題。因此，迫切需要對配網網架進行優化規劃，并解決發電車作業和旁路作業過程中的安全可靠問題，如準同期并網、合環沖擊等，以提升不停電作業技術水平。

基于此，本文綜述了國內外配網不停電作業技術研究現狀，結合廣州地區近兩年開展的不停電作業水平，分析不停電作業在未來發展的關鍵技術。

1 國內外研究現狀

近年來，配電作業方式已逐漸從“停電作業為主、帶電作業為輔”向“不停電作業”方式轉變[10]，國內外學者在配網不停電作業方面也相繼開展了一系列的研究和應用。

（1）發電車

以往不允許直接把發電車接入運行中的電網，避免因造成環流或者發送電引發故障[11]。針對移動發電車在接入配電網的并網解列過程中存在短暫停電問題，丁一峰等[12]提出了10 kV移動發電系統帶電接入配網采用同期方式無縫轉供負荷技術條件，孫廣慧等[13]提出了一種能并網與解列全過程不間斷供電的10 kV發電車設計。而對于中壓發電車的并網與解列技術研究，目前僅停留在理論層面的準同期并網控制策略、同期并網檢測[12-15]。低壓發電車與中壓發電車面臨著同樣的問題：即在臨時供電工作中存在短時停電過程[16]。在低壓發電車并機并網方面的研究開展相對較少，尚未有比較成熟的低壓發電車并機并網不停電作業的應用[17]。

（2）旁路作業

目前，旁路作業在不停電作業中已得到廣泛應用，對于旁路作業中的安全問題已有相關研究[18-19]。鄭傳廣等[20]對旁路作業法不同作業方式下的全部操作過程進行電磁暫態仿真計算，分別討論作業方式、線路長度、投切相角等因素對過電壓和過電流的影響。劉夏清等[21]針對現有配網旁路作業系統存在所需車輛多移動不便安全防護困難等問題，研制了10 kV配網線路旁路作業移動平臺，并提出小型旁路系統作業新方法。林俐利[22]分析了旁路不停電作業過程中負荷轉移的過程可能產生的過電壓和過電流情況以及并列運行時的分流情況，進而研究對應的組織措施和技術措施。

（3）網架優化及設備改造

此外，配網的分段開關是提高供電系統穩定性的重要手段，一旦位置和距離設置不當，會擴大電力故障范圍，降低供電質量[23-25]。廖一茜等[26]提出一種新的啟發式算法以解決中壓架空線開關優化配置問題，Mehdi Khani等[27]提出一種考慮故障概率的分段開關最優配置模型，肖白等[28]提出了一種基于負荷點聚類分區的配電網網架規劃方法。當前，隨著廣州電網在中壓架空線路上大力推廣使用中壓發電車，需要中壓架空線路有合理的接入點，也就對架空網架以及相應的設備裝置，提出了較為迫切的技術改造要求[29-30]。黃冬喜[31]研發了一種可不停電進行拼拆柜的環網柜，可以大大減少停電的機率，極大限度地提高供電可靠性。林琦[32]對柔性旁路電纜敷設方法進行改進，設計采用架空與地面敷設相結合的方法完成柔性旁路電纜敷設，并研制電纜敷設工具及防護器具。簡美加等[33]提出了一種新型的移動發電車與低壓配電設備母排連接解決方案，通過應急電源快速接入裝置快速高效的將應急發電車電源接入低壓配電柜，實現配電網絡的不停電作業。但尚未有研究考慮不停電作業開展條件下的配電網網架優化規劃。

2 廣州地區不停電作業水平

對廣州市不停電作業的不同技術手段次數占比進行統計，如圖1所示。可以看出，目前廣州配電網開展的不停電作業中主要是以帶電作業為主占50%，其次是發電車作業占42%，低壓聯絡和旁路作業的開展相對較少，分別為5%和3%。

圖1 不停電作業不同技術手段次數占比

圖2 不同不停電技術減少停電時戶數占比

對2019年廣州地區不同不停電技術的減少停電時戶數占比進行統計，如圖2所示。可以看出，廣州地區開展的不停電作業技術中減少停電時戶數占比最大的是帶電作業，為84%，而發電車作業為11%，旁路作業為5%，低壓聯絡為0.03%。即帶電作業可有效減少停電的戶數，由于當前發電車作業、旁路作業以及低壓聯絡受到技術、設備或網架等方面的限制，在作業實施過程中會有短暫的停電時間。

對廣州市2018年和2019年各項不停電技術的應用次數進行對比分析，如圖3所示。可以看出，2019年廣州市的帶電作業應用次數比2018年有所減少，不停電技術中的旁路作業、發電車作業和低壓聯絡的應用次數均比2018年有所增加，尤其是發電車作業的應用次數增長明顯。

圖3 2018—2019不停電技術應用次數對比

3 不停電作業技術發展分析

雖然近年來廣州配網不停電作業已常態化應用，但目前中低壓不停電作業還停留在檢修工作配角上，項目實施以點為主，若涉及大規模檢修等面上的工作，還存在成本較高、風險大、技術方案單一、組織協調難等問題；此外，網架裝備適應性不足、關鍵技術研究應用不夠等因素也嚴重影響不停電作業水平的提升。

3.1 發電車作業技術

目前，南方電網、國家電網的應急發電車已在網內全面應用，其中最為常用的是低壓發電車，即是對終端變壓器采用點對點接入方式來進行應急供電。隨著供電可靠性要求的提高，中壓發電車作為可快速接入中壓線路、多臺終端變壓器的保障而相應出現，實現較大供電范圍。

中壓發電車是移動作業，在檢修時需要將負荷轉供至中壓發電車，此時需要調整中壓發電車的電壓幅值、頻率、相角和市電一致，以保證用戶用電安全。但目前中壓發電車同期并網時較難跟蹤同步市電的幅值、頻率、相角，造成中壓發電車在接入配網線路的用時較長。同時由于操作人員對周圍負荷環境的不熟悉，操作人員在將中壓發電車接入配網線路時合環瞬間可能產生的過電壓、過電流會造成設備損壞，威脅操作人員安全。此外，中壓發電車在投入使用時如果線路發生故障需要將發電車緊急退出確保人員及設備安全，但目前由于對故障監測判據不全面，可能會造成事故的發生。

未來，我國智能電網的發展承載著降低能耗、優化配置資源、有效利用新能源、推動新興產業技術進步的使命，已成為我國能源戰略的重要組成部分。作為智能電網建設的重要環節，發電車不間斷供電是智能電網的應急保障的最后一道屏障，是維持供電使用的最后一道電源，是保障智能電網運行和應急的最后手段。因此，現有發電車作業技術可進一步提升。

（1）合環沖擊影響及計算模型

中壓發電車作業在接入配電網過程中，可將電網看作無窮大電源，接入電網的操作相當于發電機的同期合閘操作，而中壓發電車接入配網的合環沖擊發生在發電車自動準同期并網操作，需對發電車通過同期裝置投入系統的并列運行過程進行建模，計算合閘瞬間因合閘條件（頻率、電壓、相角）在實際操作中存在一定誤差而產生的沖擊電流，并分析合環沖擊對配電網運行的影響。

（2）自動準同期控制技術

自動準同期并網操作要求發電車與電網間的壓差、頻差在允許條件下，并且相角差接近于0或控制在允許范圍內，使發電車平滑無沖擊地接入到電網中；自動準同期并列系統仿真模型分為壓差檢測與控制、頻差檢測與控制、相角差檢測與并列合閘控制3個環節；需利用相角差和滑差角頻率的原始序列預測下一時刻的值，再利用滑差角頻率預測值計算下一時刻的越前相角，進而進行合閘條件的判斷。

此外，由于低壓發電車當前僅在配變低壓臺區作應急供電使用，保供電范圍小，若將低壓發電車接入配電變壓器升壓倒供中壓線路，擴大保供電范圍的同時可降低所使用發電車的成本，但需對其影響進行分析進而提出可行性方案。

3.2 旁路作業系統

旁路作業過程中為將檢修段隔離出來，需要多次帶著電壓和電流進行倒閘操作，但這些操作并未改變線路上負荷電流的流向，只是將通過檢修段的電流轉移到旁路回路，因此不改變系統的運行方式。由于該方法通過在主線路上搭接旁路電纜作業來保證用戶不停電，在作業過程中搭接、開斷架空線路和旁路電纜可能產生的過電壓、過電流既是旁路電纜作業中的危險點，又是相關旁路設備技術指標的制定依據。

因旁路作業系統接入配網的合環暫態發生在負荷轉移過程中的旁路電纜搭接操作、復設操作過程中的架空線路合閘操作；需根據旁路作業系統接入配網建立合環暫態模型，計算合環沖擊電流；并對旁路作業系統的作業過程進行建模仿真，計算合環暫態的過電壓、過電流，并分析合環沖擊對配電網運行的影響。

3.3 網架優化規劃

當前在配網網架靈活、可轉供電率接近100%的情況下，仍存在負荷無法轉供的主要原因在于：一方面單臺配變或開關柜母線停電，低壓聯絡不完善，配變負荷無法轉供；另一方面部分10 kV分支線無聯絡，不滿足N-1，停電時所帶負荷無法轉供。

因此，對配網線路的網架結構進行合理優化規劃是提高配網不停電作業覆蓋率的關鍵技術。首先，考慮不停電作業對架空線路分段開關優化配置算法及負荷區域劃分原則進行研究，進而確定適應發電車及旁路作業系統接入的中壓線路網架設計方案，最后提出滿足用戶不停電的設備檢修N-1的網架規劃方法。

3.4 作業管控技術

由于不停電作業項目種類繁多、施工方式復雜，目前以人工為主的傳統管理模式，已無法滿足指數級上升的不停電作業需求[3]。因此，需根據不停電作業檢修場景、要求和目標的不同，對發電車、旁路作業系統等多種不停電作業方式的適用場景進行分析，總結提出多種不停電作業方式的適用場景和配置應用原則；進而形成配網不停電作業的典型場景作業模式指導，實現對不停電作業流程的全周期管控以及規范化、標準化。

4 結束語

隨著供電企業將工作重心從帶電作業轉移到不停電作業，社會和經濟效益進一步提高。由于配網存在大量早期網架規劃的遺留問題，中低壓網架結構難以實現負荷轉供電，通過網架優化規劃技術能夠提高可轉供電率；此外，通過發電車作業技術、旁路作業系統以及不停電作業管控技術，可有效提升配網供電可靠性以及不停電作業水平。