農村地區35kV變電站負荷轉供對策研究與應用實踐

聶仕軍，易先松，廖華西，高立兵，詹 利，林 喆

（國網湖南長沙供電公司，湖南 長沙410000）

湖南農村地區以居民用電為主，部分地區有少量加工負荷，總體負荷密度低，夏冬季、春節等節假日階段性用電特征突出。供電電源主要來自于110kV變電站和35kV變電站，而35kV變電站在山區應用較為廣泛，其中部分變電站僅由一條35kV輸電線路單電源供電，其10kV配電線路供電半徑相對較長。負荷密度低導致山區變電站布點少，供電電源點分布較為稀疏，因此農村地區配電線路互聯率、N-1率不高，負荷轉供能力偏弱。自2020年以來，國網湖南供電公司啟動“向配網開戰”攻堅工程，全力提高供電可靠性，管理相對薄弱的35kV輸變電設備得到前所未有的重視和關注，技改大修、租賃、基建等項目資金大量投入35kV輸變電設備改造，35kV變電站計劃檢修周期由9年縮短至6年，35kV變電站整站、整段停電需求大，像10kV開關柜改造停電時間可能長達1個月[1]。因此，如何將35kV變電站負荷全部轉出配合輸電線路和變電站改造關系到項目實施和農村居民供電可靠性。

1 農村35kV變電站負荷特點

以湖南瀏陽為例，東北部是典型的農村地區，特別是110kV紫薇變電站供電區，農村占絕對比例。因瀏陽東北部位于連云山脈，大圍山鎮、張坊鎮、達滸鎮有較多小型水電站，豐水季節發電量大，35kV張坊變電站、東門變電站為純負荷送出。因35kV張坊變電站、東門變電站、七寶山變電站有技改、租賃和基建項目需實施，又是典型的農村變電站，因此選擇上述三者進行分析。

35kV張坊變電站由35kV紫張線單電源供電，站內主變2臺，分別為10MW和5MW，站內兩段10kV母線供帶有7條配電線路，其中上洪線、金鐘皂線、人溪線帶有一定小水電負荷，白石橋線、人溪線與其他變電站線路互聯，最大送入負荷3～4MW。

35kV東門變電站由35kV紫張線、官東線雙電源供電，站內主變2臺，分別為8MW和5MW，站內兩段10kV母線供帶有6條配電線路，其中大圍線、源豐線、白沙線有較多小水電負荷，中岳線、公園線與其他變電站線路互聯，最大送入負荷4～5MW。

35kV七寶山變電站由35kV永七Ⅰ、Ⅱ回供電，站內主變2臺，分別為6.3MW和5MW，站內兩段10kV母線供電有7條配電線路，其中農莊線、博隆Ⅰ、Ⅱ回為用戶專線，蔣埠線中有一個大用戶用電占比超過80%，石佳線、升平線與其他變電站線路互聯，最大送入負荷4～5MW。

3個變電站因單電源和35或10kV單母線問題，施工中經常面臨全站停電。上述3個變電站2020年各月負荷數據詳如表1所示。

表1 張坊變電站、東門變電站、七寶山變電站2020年全年負荷 MW

35kV張坊變電站全站負荷較大主要發生在5—7月、11—12月，1—4月、8—10月負荷較低；35kV東門變電站全站負荷較大主要發生在5—6月、9—10月，1—4月、7—8月、11—12月負荷較低；35kV七寶山變電站全站負荷較大主要發生在2—3月，其余月負荷較低，該變電站約有5MW專變負荷。

受降雨量影響，小水電發電負荷不同年份可能存在差異，加之生產企業經營狀況變化，可能會造成整站負荷不同年份相同月有一些差異。

2 負荷轉供通道建立策略

短距離小成本配電線路互聯。雖然農村線路單輻射較多，但村與村距離較近，給短距離互聯創造了條件。雖然支線線徑多為直徑35～70mm2，但農村地區在春秋季檢修時期負荷低至度夏度冬負荷的1/3，可以把支線互聯作為計劃檢修的轉供通道。為解決35kV張坊變電站配網負荷轉供通道難題，2020年瀏陽供電公司在35kV張坊變電站白石橋線中塘支線（線徑直徑70mm2）#30桿與35kV東門變電站公園線花門支線（線徑直徑50mm2）#65桿之間架設1.7km互聯線路，如圖1所示，線路采用JKLYJ-10-50鋼芯絕緣導線，載流量200A，為單電源變電站——張坊變電站建立了第一條配網轉供通道，張坊變電站配網負荷轉供提供了可能。短距離小成本配電線路互聯主要針對新架設線路長度小于1km的情況，以減少投資，合理利用運維資金。另外，相鄰環網柜電纜互聯、架空線利用電纜下火與臨近環網柜互聯兩種類型成本較為低廉，可解決部分城鎮地區線路互聯難題。

圖1 35kV張坊變電站白石橋線與公園線互聯圖

站外裝設環網柜形成10kV“旁母”。35kV變電站典型設計每臺主變配置4個10kV饋線間隔，即兩臺主變的35kV變電站最多可以有8回出線。常用的環網柜為“兩進四出”，即6個間隔。因不同線路之間有一些聯絡通道，因此6個間隔環網柜基本滿足35kV變電站整站負荷轉供需要。聯絡方法是在變電站10kV架空出線#1桿安裝隔離開關，使用電纜在#1桿隔離開關靠線路側下火接入環網柜，即有6條線路接入環網柜，核相正確后即可進行合環轉供，轉供過程無需停電。通過上述方法，在變電站圍墻外形成了10kV“旁母”，此模式與移動變電站[2]有一定相似。

上述用配網互聯解決變電站整站負荷轉供的方式，投資小，成效好，有利于在主網投資有限情況下顯著提高配網供電可靠性[3-4]。

2 轉供可行性分析與負荷調節方法

通過配網方式轉供35kV整站負荷，往往面臨一條線路供電2～3條甚至更多的情況，配電網運行風險較大，因此避免在雷暴雨天氣下進行。除運行風險外，配網轉供因供電線路增長造成末端用戶存在低電壓，用電質量下降。為了保障供電可靠性與供電質量，在配網網架水平允許的條件下，盡量避免每條線路供帶的用戶過多。但因農村地區10kV配電線路互聯少，轉供通道缺乏，因此在廣大農村地區特別是山區在主網檢修時配電線路“一帶多”難以避免。控制用電負荷小于“轉供送入+內部發電”負荷是整站負荷轉供的必要條件，因此制定轉供對策前首要是分析整站用電負荷與轉供送入負荷的大小，其次是采用小水電、中壓發電車等手段在10∶00—12∶00、16∶00—20∶00進行頂峰發電，再者是通過控制專變用戶錯峰、避峰生產，避免與普通居民用戶“搶電”[5]。下面以張坊變電站2021年9月3日停電為例進行負荷分析，如圖2、表2所示。

表2 張坊變電站9月3日負荷預測與轉供分析 MW

圖2 35kV張坊變電站線路互聯與負荷轉供圖

停電前，國網湖南長沙供電公司根據天氣、近期降雨量、專變生產情況對張坊變電站負荷進行預測，預計最高負荷出現在午高峰或晚高峰，最大負荷5.4MW左右。其中可控制的專變負荷約0.8MW，可組織頂峰的小水電負荷約0.6MW，在兩個配電互聯通道送入3.5MW的情況下，預計負荷缺口0.5MW，因此，需要啟動10kV中壓發電車在午高峰、晚高峰進行發電頂峰。目前長沙供電公司裝備有1000kW中壓發電車2臺，可通過帶電作業的方式進行搭頭[6]，實現不停電并網發電頂峰。

在非高峰用電時間，在控制專變生產負荷的情況下，轉供送入負荷滿足使用張坊變電站供電區使用需要，無需組織發電。

3 應用案例

3.1 35kV東門變電站整站負荷轉出

因35kV東門變電站站內10kV出線柱上開關和隔離開關需技術改造，需對每段10kV母線停電3～4天施工，其中10kV母聯3001刀閘改造需對兩段母線同時停電1天。為解決此問題，2019年通過農網改造項目將35kV東門變電站10kV中岳線與110kV紫薇變電站10kV達鎮線互聯，形成關鍵轉供通道。兩站距離約30km，供電半徑雖大，但在小水電密集區并不罕見[7]。

東門變電站轄區小水電豐富，負荷低谷期需外送發電負荷；負荷高峰時段，通過組織小水電站集中發電頂峰，外送通道可滿足負荷送入要求。為保障末端電壓，將110kV紫薇變電站10kV母線電壓調整至10.5～10.7kV，同時將35kV東門變電站電容器保持在投入狀態，轉供期間東門變電站電壓處于10.1～10.7kV之間，可以滿足居民用電要求。2020年9月3日東門變電站站內停電，所有東門變電站負荷轉移至環網柜供電，整個工程改造期間減少停電11000h·戶以上如圖3、表3所示。

圖3 35kV東門變電站線路互聯與負荷轉供圖

表3 東門變電站9月3日負荷預測與轉供分析 MW

3.2 35kV七寶山變電站整站負荷轉出

因35kV七寶山變電站需進行整站綜自改造和10kV開關柜整體更換，涉及配電室電纜溝重做施工周期45天，整站停電2～3次，負荷轉供不可避免。35kV七寶山變電站10kV石佳線與110kV永鎮線互聯，35kV七寶山變電站10kV升平線與35kV張坊變電站10kV人溪線互聯，最大送入負荷4～5MW。第一次停電安排在2021年9月24日，因此公司利用退役舊環網柜及電纜完成站外互聯，建立站外“旁母”通道。環網柜301間隔用于博隆礦業專線—博隆I回供電，僅用于變電站停電期間礦井內抽水、井梯等保安用電。

因該站位于礦區，用電大戶為兩家礦產開發企業，因此停電期間組織兩家企業停產，僅使用保安用電，預計可壓降負荷5MW。該站居民負荷2.5MW轉供通道可以滿足使用要求。9月24日七寶山變電站進行停電電纜過渡施工，該站所有居民負荷全部通過站外環網柜（石佳線供電）、人溪線轉供，減少停電3200h·戶以上，如圖4、表4所示。

表4 七寶山變電站9月24日負荷預測與轉供分析 MW

圖4 35kV七寶山變電站線路互聯與負荷轉供圖

4 結束語

農村地區因負荷密度小，變電站布點相對較少，輸配線路供電半徑長，加之歷年來35kV變電站運維及技改投資相對不足、配電線路運維環境不良，造成農村地區供電可靠性較城市地區有較大差距。近年來大量改造項目的投入，造成35kV變電站及供電線路面臨長時間、多次停電，為了解決此問題，本文提出利用短距離小成本配網互聯、站外裝設環網柜“旁母”的方式解決35kV變電站轉供手段欠缺的困境，并按居民負荷、專變生產負荷、小水電負荷3種類型分析用電負荷特性，綜合運用負荷轉供送入、生產企業停電“讓電”、小水電站和中壓發電車頂峰等手段，實現35kV變電站停電期間的負荷全轉出，減少居民用戶停電時長和次數。上述方法在長沙供電公司張坊變電站、東門變電站、七寶山變電站3個農村變電站得到實際應用并發揮預期效果，大幅度減少或避免了主網改造停電對配電網的影響，較大幅度提高農村地區供電可靠性。此方法將配電線路互聯與負荷調節控制有機結合運用，在廣東、湖南、福建、四川、貴州等南方小水電密集且負荷密度低的農村地區可廣泛推廣使用，減少計劃停電對社會經濟造成的損失。