配電房高供電質量控制方案研究

摘要：配電房是配電網供電末端環節，對供電質量有重要影響，鑒于此，設計開發整體系統設備和控制方案，實現配電房低壓側備投、配變經濟運行、低壓饋線負載管控和配電房信息整合等功能，從而提升配電房供電可靠性和運行經濟性。

關鍵詞：配電房；供電可靠性；經濟性；低壓側備投；配變經濟運行；低壓饋線；負載管控

中圖分類號：TM762.1" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）08-0012-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.08.004

0" " 引言

隨著社會經濟發展，人們對生活質量的要求也不斷提升，而配電網供電可靠性直接關系到用戶用電安全和經濟效益。配電房是配電網供電末端環節，提升配電房末端供電可靠性對整體提升用戶供電質量至關重要。國家“雙碳”戰略的實施，對配電房也提出了新的要求，在滿足供電可靠性的基礎上需要進行經濟化運行控制，以達到節能減排、低碳環保的要求。同時，充電樁等新型負荷的出現也給配電房運行帶來了新的問題。

文獻[1]使用物聯網技術實現了對配電房的全面監視，但未能參與配電房運行控制；文獻[2]針對居民配變進行了經濟運行相關控制和效益分析，但未能處理故障情況供電恢復；文獻[3]對儲能和充電樁接入進行運行分析，提出了優化運行模型和策略；文獻[4]系統分析了配網備自投功能和作用；文獻[5]介紹了高壓側備自投控制策略；文獻[6]和文獻[7]提出了多種變壓器經濟運行策略。

鑒于上述情況，本文提出了一種應用于配電房場景，包含低壓側備投、變壓器經濟運行、負荷管理、配電房信息整合等功能的系統解決方案，用于提高配電房供電可靠性和運行經濟性。

1" " 設計方案

目前，新建住宅配電房主要采用的是雙臺區設計，即配電房配備兩臺變壓器，由兩條來自不同電源的10 kV線路供電，兩路電源分列運行，各自帶低壓負載。圖1為主流的雙臺區典型設計架構。

為提高配電房供電可靠性和運行經濟性，在配電房部署一套配變運行控制器，控制器實時采集當前兩個配變的電氣信息和各個開關電氣狀態。當檢測到一路電源失電后，自動控制低壓母聯開關閉合，實現負荷轉供。當失電電源恢復正常時，控制器完成自恢復操作，切換成正常運行模式。通過低壓備投功能，提高了配電房低壓供電可靠性。

控制器識別兩臺配變的實時負載和綜合負載率，判定當前站所內兩臺配電變壓器當前運行狀態，并根據預設方式進行智能的變壓器投切，優先使用并聯切換方式，實時判定兩臺配電變壓器低壓側電壓同期狀態，在合環時間不超過200 ms的情況下實現低壓側負載無感知、不停電的運行方式轉換功能。在多種運行工況下進行兩臺變壓器的經濟運行控制，不僅能降低配電房內變壓器的自身損耗，還能避免變壓器在運行過程中過載、重載運行，延長變壓器使用壽命。

控制器能根據配變的運行狀態和負載特性，進行負荷管理。控制器具備多輪負荷減載與負荷恢復功能，同時支持充電樁通信接入，實現群控充電樁、管理充電負荷的功能。

2" " 備用電源自投、自復功能

控制器內集成了分段備自投、進線備自投、主變備自投功能以及備自投自復功能。在多種運行工況下發生上級電源失電或進線電源、變壓器保護動作時，能夠快速恢復失電區域供電。

2.1" " 母聯（分段）備自投功能

在低壓系統中配置母聯（分段）備自投功能，在雙變壓器處于分列運行工作模式下，任一變壓器低壓側失電，則啟動備自投功能，確保低壓側負載能在一定時間內恢復供電。

2.1.1" " 充電條件

（1）1#變壓器低壓側開關、2#變壓器低壓側開關均在合位，低壓側分段開關在分位；

（2）1#變低壓側、2#變低壓側均有壓；

（3）軟壓板、控制字均投入；

（4）無放電條件。

上述項均滿足，延時15 s后充電完成。

2.1.2" " 動作邏輯（以1#主變低壓側失電為例）

（1）在充電狀態下，當1#主變低壓側三相無壓且無流，或1#主變低壓側缺相時，備自投啟動；

（2）備自投啟動后，經過備自投跳閘延時后，跳開1#變低壓側開關；

（3）確認1#變低壓側開關跳開后，經過備自投合閘時間后，合低壓側母聯開關；

（4）低壓側母聯開關合閘后，備自投動作完成。

2.2" " 進線備自投功能

當處于經濟運行方式時，若當前工作電源故障，則進行狀態轉換，盡快保證低壓側負荷恢復供電。

2.2.1" " 充電條件

（1）任意變壓器處于工作狀態，高壓側開關、低壓側開關均在合位，另一臺變壓器處于冷備狀態；

（2）低壓分段開關在合位；

（3）變壓器低壓側電壓三相均大于有壓定值；

（4）軟壓板、控制字均投入；

（5）無放電條件。

上述項均滿足，延時15 s后充電完成。

2.2.2" " 動作邏輯

（1）在充電狀態下，工作變壓器低壓側失壓，則啟動切換；

（2）啟動切換后，合冷備變壓器高壓側開關；

（3）冷備變壓器高壓側開關確認合位且低壓側有壓，跳開當前工作變壓器低壓側開關；

（4）工作變壓器低壓側開關確認分位，合冷備變壓器低壓側開關；

（5）完成后原冷備變壓器轉入工作狀態，原工作變壓器轉為熱備狀態，動作完成。

2.3" " 備自投動作后自恢復功能

當備自投動作后，原失電變壓器恢復供電，在持續時間大于備自投自復時間后，返回原有分列運行方式。在返回原有分列運行方式的過程中，低壓側母線保持不失電。

2.3.1" " 充電條件

備自投動作后，跳開失電變壓器低壓側開關，確認失電變壓器低壓側開關跳開后，瞬時充電。

2.3.2" " 動作邏輯

（1）在充電狀態下，失電變壓器低壓側恢復有壓，開始進入備自投自復功能；

（2）進入備自投自復功能，高壓側帶電指示持續有壓指示并經過備自投自復時間后，啟動備自投自復動作；

（3）備自投自復完成。

當進入自復等待時間時發生當前工作變壓器失電，且待恢復電源側有壓，則不經等待直接跳開當前工作變壓器低壓側后，合低壓側開關，保證供電連續性。

3" " 配電房內變壓器經濟運行控制功能

3.1" " 分列運行轉經濟運行

在運行過程中，實時判定兩臺配變綜合負載率，并進行疊加計算。當兩臺變壓器疊加負載率在一段時間內持續小于變壓器經濟負載率時，滿足經濟運行切換條件，啟動變壓器分列運行轉經濟運行功能，如圖2所示。在切換過程中，為保證低壓側母線不失電，使用并聯切換方式，保證合環運行時間小于200 ms，避免兩臺變壓器長時間合環運行造成其他不良影響。

動作過程如下：在系統充電狀態下，當兩臺變壓器疊加負載小于經濟運行負載，持續時間大于啟動經濟運行時間后，啟動變壓器分列運行轉至經濟運行動作。具體動作流程如圖3所示。

3.2" " 經濟運行模式中輪流切換功能

在運行過程中，實時判定工作主變低壓側負載。當負載在一段時間內持續小于變壓器經濟負載占比時，啟動變壓器輪流切換功能，如圖4所示。在切換過程中，保證低壓側母線不失電，同時保證合環運行時間小于200 ms，避免兩臺變壓器長時間合環運行造成其他不良影響。

動作過程如下：在充電狀態下，當工作變壓器持續工作滿足變壓器輪換時間，并且工作變壓器負載始終小于經濟運行負載后，啟動變壓器輪流運行。具體動作流程如圖5所示。

3.3" " 經濟運行轉分列運行

在運行過程中，實時判定工作主變低壓側負載。當負載在一段時間內持續大于變壓器經濟負載時，啟動變壓器經濟運行轉分列運行功能，如圖6所示。在切換過程中，保證低壓側母線不失電，同時保證合環運行時間小于200 ms。

動作過程如下：在充電狀態下，當工作變壓器持續工作負載大于經濟運行負載，持續時間大于返回分列運行時間后，啟動變壓器經濟運行轉至分列運行動作。具體動作流程如圖7所示。

當正常運行過程中發生工作變壓器過載時，經短時設定時間后仍持續過載，則立即開始進行切換動作。切換過程優先遵循并聯切換方式，當同期條件不滿足時，經過設定時間后仍持續過載，為了保證變壓器運行安全，則啟動串聯切換功能，先跳開低壓側分段開關，此時會發生無源側母線（低壓側Ⅱ母）短暫失電，確認分段開關跳開后合備用變壓器低壓側開關，使Ⅱ母重新帶電，完成切換動作。

4" " 負荷智能管理功能

在運行過程中，控制設備和充電樁等可切換負荷建立通信，控制器實時采集配變電氣信息，根據實時變壓器負載率情況，對可控制負荷進行調節和智能投切操作，保證配電運行在安全負載率下。

控制器監測到分列運行情況負載率超過安全負載值，則啟動負荷遙調，下調可控負荷負載值。如超過遙調控制延時，或配變負載率持續超過安全值，則控制啟動智能投切功能，每臺變壓器均有兩輪負荷減載與負荷恢復功能。

4.1" " 第一輪負荷減載

當變壓器負載大于安全值并達到延時條件，開始啟動第一輪負荷減載，跳開第一輪負荷減載間隔，確認第一輪減載間隔為分位，第一輪減載完成；繼續對當前負載進行監測。

當第一輪減載完成后，監測到負載小于負載安全值，則不再進行減載，在滿足條件后開始負荷恢復。

4.2" " 第二輪負荷減載

當第一輪減載完成后，監測到負載率大于負載安全值，則進行第二輪負荷減載，跳開第二輪負荷減載間隔，確認第二輪減載間隔為分位，第二輪減載完成；繼續對當前負載進行監測。

4.3" " 負荷恢復

當第一輪減載完成后，在輕載判定周期內，負載率小于加載負荷安全值，開始進行負荷恢復；將之前的第一輪減載的間隔進行恢復，合第一輪減載間隔開關，動作完成。

5" " 主站綜合監控和管理

控制器具備基礎測控功能，可實時監測兩臺配變低壓側的三相電流、三相電壓（或低壓母線電壓）以及各主變的實時負載、綜合電量、同期相角、頻率功能，并具備就地一鍵順控、就地切換主變經濟運行方式、就地手動復歸以及常規的開關遙控分合閘功能。控制器能夠彌補常規的臺區融合終端無法系統監測兩臺主變和對應低壓側臺區整體運行工況的缺點，能夠對低壓臺區互聯時每臺主變的運行工況進行監測與控制，能夠更好地反映出配電室內變壓器與低壓側臺區的實時運行狀態。

控制器內集成了數據監測及上送功能，設備所采集信息可通過調度數據網或4G/5G無線通信模塊直接上送至對應調度主站，無須通過融合終端、站內DTU設備進行轉換或二次上送，支持市面上絕大部分規約，對主站系統具備極大的兼容性。

6" " 結語

配電房處于電網最末端，是與用戶直接聯系部分，其數量大，自動化程度較低，節能空間大。本文主要針對提高配電房供電可靠性和經濟運行需求，提出了一套完整控制方案和具體控制策略，具體介紹了低壓備投、變壓器經濟運行、負荷管理、配電房信息整合等功能。

本文將備自投功能延伸到配電房低壓側，同時支持負荷管理、配電房信息整合功能，提高了供電末端可靠性，在比較少的投資下，提高了整體供電質量。本文同時結合變壓器經濟運行需求，有效統一經濟運行和可靠性要求，在滿足供電質量的前提下，實現配電房變壓器經濟運行，具有良好的應用前景。

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收稿日期：2023-01-05

作者簡介：李可雨（2002—），女，江蘇連云港人，研究方向：電氣工程及其自動化。