配網(wǎng)電力工程的技術(shù)問題及優(yōu)化措施

李安生，鄒 赫

中國電力技術(shù)裝備有限公司，北京 100052

0 引言

電力工程技術(shù)是我國電力系統(tǒng)長期、有效發(fā)展的重要理論基礎(chǔ)，主要由高壓輸變電技術(shù)、變電站建設(shè)規(guī)劃、繼電保護(hù)、供配電以及減少線路損耗的無功補(bǔ)償?shù)冉M成，其涉及的內(nèi)容較為廣泛，在現(xiàn)代信息、電子技術(shù)的影響下，電力工程技術(shù)面臨著較大的考驗(yàn)。例如，在交流輸電的配網(wǎng)建設(shè)過程中，主要涉及電力、電子、通信等技術(shù)類型，利用電力控制技術(shù)與電子通信技術(shù)對交流輸電進(jìn)行有效控制。在電力系統(tǒng)的安全保障中，繼電保護(hù)技術(shù)會在電力系統(tǒng)出現(xiàn)安全故障后，借助電子信息技術(shù)，對故障前后的系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行差異查找，從而快速確定故障點(diǎn)，對其進(jìn)行遠(yuǎn)程隔離，從而減少故障的連續(xù)產(chǎn)生，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 電力工程技術(shù)存在的問題

1.1 電壓超負(fù)荷供應(yīng)

我國部分配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中，由于前期設(shè)計(jì)、地理環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致配網(wǎng)搭桿不合理，使輸電線路之間的距離過長，線路損耗較為嚴(yán)重，導(dǎo)致出現(xiàn)過電壓運(yùn)行的情況，使電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到干擾，影響電力工程的使用壽命。我國現(xiàn)階段配電網(wǎng)中，由于設(shè)備帶電刀體的絕緣性能不佳或降低，以及部分設(shè)備出現(xiàn)老化現(xiàn)象，引起接地電壓過高、孤光接地電壓過高、大氣電壓過高等問題，同時(shí)配電網(wǎng)經(jīng)常處于超負(fù)荷供應(yīng)工作狀態(tài)，長時(shí)間的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)會導(dǎo)致電力設(shè)備的老化情況更加嚴(yán)重，使配電網(wǎng)的維護(hù)更新都面臨巨大的壓力[1]。

1.2 信息、自動化技術(shù)應(yīng)用不全面

我國現(xiàn)階段配網(wǎng)電力工程信息自動化技術(shù)應(yīng)用存在問題，相關(guān)技術(shù)工作人員的專業(yè)水平、素質(zhì)都沒有達(dá)到現(xiàn)代化配網(wǎng)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，使配網(wǎng)采用的信息自動化技術(shù)的作用與優(yōu)勢無法得到有效發(fā)揮，無法充分發(fā)揮現(xiàn)代化電力工程的智能化、信息化。配網(wǎng)電力工程的數(shù)據(jù)化信息技術(shù)能夠通過對配網(wǎng)模擬、監(jiān)控，以及運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集，使配網(wǎng)電力工程能夠在出現(xiàn)問題后，第一時(shí)間比對歷史數(shù)據(jù)，找出差異故障部分，從而有效找出配網(wǎng)故障。主動式的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用可以提升配網(wǎng)電力工程的信息利用率，為配網(wǎng)工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但是，現(xiàn)階段我國配網(wǎng)信息自動化技術(shù)應(yīng)用有所欠缺，沒有全面掌握信息、自動化的技術(shù)優(yōu)勢，沒有充分發(fā)揮其效用。

1.3 閃絡(luò)放電問題

我國部分電力工程建設(shè)的時(shí)間較長，同時(shí)我國在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)的過程中，因?yàn)榄h(huán)境污染等問題導(dǎo)致供電設(shè)備上附著的粉塵、顆粒等情況較多，使其絕緣性能受到影響，同時(shí)配電網(wǎng)長期高電壓負(fù)荷工作時(shí)，在大雨、雷雨等天氣下，內(nèi)外環(huán)境中存在的電力影響對電力設(shè)備造成一定沖擊，使其在絕緣表面外層產(chǎn)生閃絡(luò)放電現(xiàn)象，極易引起短路、單相接地等問題，影響配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，也是產(chǎn)生電力工程經(jīng)濟(jì)損失的主要因素。

1.4 單相接地故障

單相接地故障會直接影響配網(wǎng)的供電質(zhì)量和可靠性，嚴(yán)重時(shí)則會導(dǎo)致配網(wǎng)線損增加、變電站設(shè)備損壞等問題，進(jìn)一步引起大范圍停電事故。此類故障還是引起諧振過電壓的最主要因素，對變電設(shè)備的絕緣性、使用壽命都會帶來不良影響。配網(wǎng)通常會采用高電壓來減少線損，提升輸電效率，降低帶電導(dǎo)體的絕緣性，引起閃絡(luò)放電、高壓擊穿等情況，使配網(wǎng)出現(xiàn)短路，進(jìn)而引起配網(wǎng)安全事故[2]。

2 配網(wǎng)電力工程技術(shù)優(yōu)化措施

2.1 層級配置配網(wǎng)、定期維護(hù)

在進(jìn)行配網(wǎng)電力工程的設(shè)計(jì)時(shí)，需要對其線路輸送容量，進(jìn)行相關(guān)的確認(rèn)計(jì)算。在不同環(huán)境條件下，配網(wǎng)線路的輸送容量有所差別，同時(shí)輸送容量與輸送電壓成正比，在提升配電線路電壓等級時(shí)，需要有效增加配電線路的輸送功率，從而降低城市等高負(fù)荷的密度中心對配網(wǎng)電力工程建設(shè)占地的需求[3]。

線路的輸送距離受到電壓降的限制，根據(jù)《電能質(zhì)量供電電壓偏差》（GB/T 12325—2008 ）規(guī)定，10 kV配電線路電壓降需要控制在7%以下，35 kV配電線路正負(fù)偏差需要控制在10%以下，而線路的最長供電距離與其負(fù)載率有密切的關(guān)系，若滿足相同的電壓降落限值，并輸送相同功率的負(fù)荷時(shí)，20 kV的輸送距離最高能達(dá)到10 kV的4倍左右，以LGJ-240導(dǎo)線為例，其在不同負(fù)載下的最大供電距離如表1所示。

配網(wǎng)電力工程在輸送電量時(shí)，不可避免的因線路、變壓器等導(dǎo)電材料自身所存在的阻值而產(chǎn)生線路的變壓器的功率損耗，而目前線損率和變壓器損耗率是評價(jià)電力工程質(zhì)量、效果的重要指標(biāo)，與電力工程未來產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益直接相關(guān)，而在中壓的配網(wǎng)電力工程中，隨著供電區(qū)域負(fù)荷密度的不斷增加，線路損耗的情況也將越發(fā)嚴(yán)重，因而需要適當(dāng)提升中壓電壓等級，并進(jìn)行合理優(yōu)化，選擇合理的電壓層級配置，減少線路的總體線損率。

為了減少配網(wǎng)電力工程因老化、絕緣性降低等問題導(dǎo)致的線路高負(fù)荷運(yùn)行，需要定期對電力工程設(shè)施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、檢修，并及時(shí)更新、升級老舊設(shè)備，以提高配網(wǎng)電力工程的可靠性，同時(shí)減少電力工程的線路高負(fù)荷運(yùn)行情況。在實(shí)際操作過程中，不應(yīng)僅靠更換變壓器、電塔等，需要根據(jù)電力工程的實(shí)際運(yùn)行情況，并利用自動化技術(shù)改造來監(jiān)控電力工程運(yùn)行情況，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并處理。

2.2 加強(qiáng)大數(shù)據(jù)、智能可視化的電力工程控制系統(tǒng)建設(shè)

首先，加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集渠道與整理渠道的統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)化，建立先進(jìn)的大數(shù)據(jù)處理中心，將不同項(xiàng)目之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其擁有良好的數(shù)據(jù)共享率，實(shí)現(xiàn)信息的流暢分享。技術(shù)人員需要將配網(wǎng)的電力接線圖、總平面參考位置、變壓器、母線等配網(wǎng)設(shè)備、線路、元件進(jìn)行數(shù)字化、數(shù)據(jù)化，并利用其建立矢量化的模型數(shù)據(jù)庫，通過軟件對電力工程進(jìn)行模擬分析計(jì)算，使其通過智能、可視化的形式，加快工作人員掌握配網(wǎng)電力工程的信息處理，并利用大數(shù)據(jù)的信息采集、分析、處理方式，加快對電力工程問題的解決、決策過程，同時(shí)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、科學(xué)的計(jì)算方法，能夠使解決方案、決策內(nèi)容擁有更好的可行性和精準(zhǔn)度。

其次，我國配網(wǎng)電力工程展開信息化建設(shè)雖然已經(jīng)有一段時(shí)間，但是現(xiàn)階段不同層級的軟件數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)不一致，使其信息傳導(dǎo)率不佳，同時(shí)在電力工程建設(shè)的過程中，大量的數(shù)據(jù)需要人工錄入，導(dǎo)致信息之間無法充分共通、利用，形成信息孤島。因此，配網(wǎng)電力工程需要建立一套標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)共享格式，通過建立數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，使各個(gè)項(xiàng)目之間采用的軟件能夠建立準(zhǔn)確的連接關(guān)系，從而保證數(shù)據(jù)讀取、存取的高效和快捷。同時(shí)，現(xiàn)階段配網(wǎng)電力工程可視化控制系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使得不同軟件之間的數(shù)據(jù)利用變得困難，因而需要建立可視化控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從而使系統(tǒng)管理人員能夠在數(shù)據(jù)模型的鮮明對照中，進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析、判斷，并制訂相對應(yīng)的策略。

最后，電力工程建設(shè)現(xiàn)場情況較為多變，同時(shí)經(jīng)常在沒有網(wǎng)絡(luò)、交通不便的荒野山區(qū)，信息數(shù)據(jù)的收集處理有較大的困難，因而需要準(zhǔn)備一套離線式的信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將其與配網(wǎng)電力工程的可視化控制系統(tǒng)進(jìn)行集成化，減少數(shù)據(jù)采集困難帶來的系統(tǒng)控制不到位問題。

2.3 加強(qiáng)配網(wǎng)諧波控制

配網(wǎng)電力工程的諧波是產(chǎn)生閃絡(luò)放電事故的主要原因之一，是造成電力工程諧波的因素，一是單項(xiàng)接地造成的鐵磁諧振，二是無功補(bǔ)償造成的無功參數(shù)諧振。單項(xiàng)接地可以通過消弧線圈、電壓互感器等方式來消除、控制其引起的諧振。但是，對于無功參數(shù)諧振則需要調(diào)整電力工程的感抗、容抗等參數(shù)，使其達(dá)到消除諧振的效果。

現(xiàn)階段采用較多的無功參數(shù)控制技術(shù)有手動控制、電壓/電流自動控制，無功電壓/電流自動控制等技術(shù)。但是電力工程在運(yùn)行的過程中，因?yàn)榫€路負(fù)載的變動，電感也是一個(gè)動態(tài)的無功參數(shù)，單憑手動控制無功參數(shù)基本不可能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在無功參數(shù)需要實(shí)時(shí)使用手工調(diào)整時(shí)，很容易因?yàn)椴僮魇址ǖ木珳?zhǔn)度等原因引起參數(shù)諧振，產(chǎn)生電力工程閃絡(luò)放電事故，所以一般不會采用手動控制技術(shù)。電壓、電流自動控制技術(shù)只能根據(jù)感容進(jìn)行參考性的控制，無法準(zhǔn)確針對現(xiàn)場情況實(shí)現(xiàn)自動控制調(diào)整，也無法配合動態(tài)的無功參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整，導(dǎo)致無法避免無功參數(shù)諧振的發(fā)生。在智能電網(wǎng)中采用較多的無功電流/功率因數(shù)自動控制技術(shù)也僅采用閉環(huán)的自動控制技術(shù)，依然無法按照電力工程的動態(tài)參數(shù)變動進(jìn)行合理的調(diào)整控制，導(dǎo)致產(chǎn)生閃絡(luò)放電現(xiàn)象。

為了保證電力工程的穩(wěn)定性和安全性，需要避開等補(bǔ)償和過補(bǔ)償，利用開環(huán)自動控制的新型技術(shù)，按照動態(tài)感性負(fù)荷的大小，實(shí)時(shí)合理的調(diào)整配容性無功補(bǔ)償，使電力工程中的容性無功補(bǔ)償始終低于動態(tài)感性參數(shù)，并在高功率因數(shù)的欠補(bǔ)償狀態(tài)中運(yùn)行。

2.4 科學(xué)計(jì)算單相接地故障位置

單項(xiàng)接地故障是配網(wǎng)電力工程中較為常見的問題，對電力工程的安全、穩(wěn)定運(yùn)行有較大的影響。傳統(tǒng)方法通過檢測母線上的零序電壓來判斷是否發(fā)生了單相接地故障。在出現(xiàn)問題時(shí)，需要人工對各個(gè)線路進(jìn)行分別拉閘的形式來判斷出現(xiàn)問題的線路。當(dāng)斷開的線路不再提示接地故障，才可確定出現(xiàn)問題的線路。這種方法會導(dǎo)致正常線路的暫時(shí)斷開，造成停電，影響電力工程的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，在發(fā)現(xiàn)問題線路時(shí)，需要對問題點(diǎn)進(jìn)行定位，若使用肉眼觀察，不僅效率極低，同時(shí)對隱蔽性的擊穿問題也無法發(fā)現(xiàn)，將花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。為此，可以采用零序電流比幅法、零序電流比相法、零序電流群體幅比相法、零序無功功率方向原理等方式來判別產(chǎn)生問題的線路，還可以使用多種方法配合進(jìn)行問題線路的選擇。利用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈、雙端行波測距、零序電流幅值法、零序分布參數(shù)等方式對單相接地故障位置進(jìn)行定位計(jì)算。文章利用MATLAB軟件使用PS、CAD軟件工具，建立中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)35 kV單端輻射狀進(jìn)行模擬仿真，其仿真原理如圖1所示。

（1）讀取母線、饋線首、末端的零序電壓、電流數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行傅里葉變換，在獲得信號工頻的有效值之后，對其進(jìn)行工頻信號進(jìn)行計(jì)算，消除諧波等信號帶來的數(shù)值誤差。（2）利用計(jì)算數(shù)值比對，根據(jù)各個(gè)線路的數(shù)據(jù)差異確定故障線路。（3）利用非故障線路的數(shù)據(jù)，估算出線路中波阻抗、傳播常數(shù)等分布參數(shù)。（4）將故障線路測得的數(shù)據(jù)，通過與非故障線路中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算比對，計(jì)算出故障點(diǎn)位置。

4 結(jié)束語

配網(wǎng)電力工程的技術(shù)分布較多，文章針對配網(wǎng)電力工程中存在的問題進(jìn)行分析、研究，并提出解決、優(yōu)化途徑，使電力工程能夠在理論研究及實(shí)踐過程中，實(shí)現(xiàn)電力工程高質(zhì)量的運(yùn)行，并發(fā)揮其社會、經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)，電力工程依然會面對未來社會、科技等更新?lián)Q代所帶來的挑戰(zhàn)，技術(shù)人員需要緊隨時(shí)代、科技的步伐，進(jìn)行不斷探索研究，使電力工程、配網(wǎng)的長遠(yuǎn)發(fā)展得到良好的技術(shù)保證。