電力配電網(wǎng)運(yùn)行中存在的問題和安全運(yùn)行措施研究

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)與用戶相連接的關(guān)鍵部分，其安全運(yùn)作直接關(guān)聯(lián)著供電的可靠性和電能質(zhì)量。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展以及新能源大量接入，配電網(wǎng)面臨網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、設(shè)備老化、運(yùn)行環(huán)境變得復(fù)雜等多種挑戰(zhàn)，安全事故風(fēng)險(xiǎn)明顯增多，如何有效辨別配電網(wǎng)運(yùn)行中的安全隱患，并且采取相應(yīng)措施提升系統(tǒng)韌性，已然成為供電企業(yè)急需解決的核心難題。本文根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和典型案例，全面分析配電網(wǎng)運(yùn)行中存在的主要問題，并且從網(wǎng)架優(yōu)化、智能化升級、應(yīng)急管理等多個(gè)維度剖析安全運(yùn)行措施，期望能為配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供理論參考和實(shí)踐指導(dǎo)。

1.電力配電網(wǎng)運(yùn)行中的主要問題

1.1新能源接入與配電網(wǎng)適配性矛盾

在“雙碳”目標(biāo)的推動作用下，分布式光伏和電動汽車充電樁等新的業(yè)態(tài)在城鄉(xiāng)地區(qū)迅速普及，給傳統(tǒng)的配電網(wǎng)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在農(nóng)村區(qū)域，分布式光伏的裝機(jī)呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢，其電力輸出在白天和夜晚的波動性與居民用電的高峰時(shí)段出現(xiàn)了錯(cuò)配的情況，使得臺區(qū)電壓產(chǎn)生了大幅度的波動。由于農(nóng)村用戶用電習(xí)慣存在差異，三相不平衡問題較為嚴(yán)重，造成變壓器發(fā)熱情況嚴(yán)重，縮短了設(shè)備的使用壽命。

1.2設(shè)備老化與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱

配電網(wǎng)設(shè)備老化這一問題在諸多區(qū)域廣泛存在，在城鄉(xiāng)接合部和農(nóng)村地區(qū)表現(xiàn)得較為明顯。早期建設(shè)的供電線路出現(xiàn)絕緣老化情況，同時(shí)機(jī)械磨損程度嚴(yán)重，安全方面存在的隱患較為突出。一些農(nóng)村地區(qū)的10千伏線路呈單輻射結(jié)構(gòu)，聯(lián)絡(luò)率較低，一旦發(fā)生故障便無法實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)供。老舊變壓器的絕緣性能有所下降，散熱能力不足，容易引發(fā)設(shè)備故障；城鄉(xiāng)因野生動物活動范圍不斷擴(kuò)大，裸露在外的變壓器樁頭和柱上開關(guān)變成了“隱形陷阱”，小動物誤入會經(jīng)常導(dǎo)致線路跳閘，對供電可靠性產(chǎn)生影響。

1.3智能化水平滯后與運(yùn)維效率低下

配電網(wǎng)智能化改造在城鄉(xiāng)之間的推進(jìn)速度存在較大差距，農(nóng)村地區(qū)目前主要依賴傳統(tǒng)的“人工巡檢 ⁺ 經(jīng)驗(yàn)判斷”模式，饋線自動化的覆蓋范圍有限。多數(shù)農(nóng)村10千伏線路的開關(guān)仍采用手動分合閘方式，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制功能；數(shù)據(jù)貫通方面存在較大問題，配電網(wǎng)主站系統(tǒng)與營銷、新能源管理等平臺的數(shù)據(jù)未能完全實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，致使負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確率較低，無法提前對電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行合理調(diào)整。同時(shí)由于農(nóng)村地區(qū)通信條件的限制，終端數(shù)據(jù)上傳時(shí)出現(xiàn)延遲或丟失的情況較為嚴(yán)重，在極端天氣條件下，基站損毀會使得運(yùn)維人員無法獲取開關(guān)狀態(tài)信息，延誤搶修時(shí)機(jī)。

2.配電網(wǎng)安全運(yùn)行的優(yōu)化措施

2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設(shè)備升級改造為提升供電可靠性，湖北省內(nèi)的供電公司（如國網(wǎng)鄂州供電公司）將配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化作為基礎(chǔ)性工程，通過系統(tǒng)性改造解決現(xiàn)有網(wǎng)架的薄弱環(huán)節(jié)。例如，國網(wǎng)孝感市孝南區(qū)供電公司在臥龍地區(qū)實(shí)施改造時(shí)，通過組建“手拉手”環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)（如將新建的雙龍線與原有的八一線形成閉環(huán)運(yùn)行），實(shí)現(xiàn)了故障情況下的負(fù)荷自動轉(zhuǎn)供，顯著提升了供電可靠性。這類改造通常包括新建線路、更換老舊導(dǎo)線、增立電桿和鐵塔等，從而將原有的單線單變模式升級為雙電源互供模式。在設(shè)備升級方面，供電公司要全面推動高損耗變壓器更換工作，用節(jié)能型配電變壓器把空載損耗降低 20% 以上，同時(shí)針對運(yùn)行年限超過20年的老舊開關(guān)設(shè)備進(jìn)行整體更新，優(yōu)先選用有遙信、遙測、遙控功能的智能開關(guān)設(shè)備，這些設(shè)備應(yīng)配備高精度微處理器保護(hù)單元，實(shí)現(xiàn)零序電流保護(hù)定值區(qū)間在0.5～120A之間可調(diào)，相間短路保護(hù)整定時(shí)間在0～3s之間可調(diào)。供電公司還應(yīng)強(qiáng)化配電網(wǎng)線路絕緣化改造，對穿越林區(qū)、礦區(qū)的線路段采用絕緣導(dǎo)線或電纜入地方式，把因樹障、外力破壞導(dǎo)致的故障率降低30% 以上。

2.2智能化升級與數(shù)字技術(shù)賦能

供電公司需積極推動配電網(wǎng)智能化升級，通過數(shù)字技術(shù)提升配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控水準(zhǔn)和故障處理能力。供電公司應(yīng)搭建配電網(wǎng)數(shù)字孿生平臺，整合地理信息系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、停電管理系統(tǒng)等多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建包含5800臺變壓器、900條配電線路、12萬基桿塔的精細(xì)化三維模型，通過實(shí)時(shí)量測數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的對比分析，達(dá)成負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確率 95% 以上、故障預(yù)警準(zhǔn)確率 85% 以上的目標(biāo)；供電公司還應(yīng)推廣智能巡檢技術(shù)，利用配備可見光與紅外雙光攝像頭的無人機(jī)進(jìn)行線路巡檢，每架次飛行可完成8公里線路的精細(xì)化巡檢，識別銷釘級缺陷，巡檢效率是人工巡檢的6倍，顯著提升線路運(yùn)維的效率和安全性。

2.3新能源協(xié)調(diào)控制與電能質(zhì)量治理

供電公司要著重處理分布式新能源大量接入所帶來的配電網(wǎng)運(yùn)行控制方面的難題，通過先進(jìn)技術(shù)手段來保證電能質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如表1所示）。供電公司應(yīng)構(gòu)建配電網(wǎng)分布式能源協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，擁有接入容量在30MW以上的分布式光伏電站的能力，在每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)配備有 99.9% 可用性的并網(wǎng)接口裝置，對并網(wǎng)點(diǎn)電壓偏差、頻率偏差、諧波畸變率等12項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)電壓偏差超出額定值 7% 或者頻率偏差超出 0.2Hz 時(shí)，系統(tǒng)會自動調(diào)整無功補(bǔ)償裝置輸出或者削減有功功率。供電公司應(yīng)配置多層次電能質(zhì)量治理裝置，在變電站10千伏母線側(cè)安裝容量為 ±30M var的靜止無功補(bǔ)償器，在線路中段安裝容量為 ±5MV Tar的靜止同步補(bǔ)償器，在臺區(qū)低壓側(cè)安裝容量為 100～500kV ar的有源濾波器，形成協(xié)同控制的無功電壓支撐體系，把10千伏母線電壓合格率提高到99.9% 以上。供電公司還需推廣應(yīng)用有雙向功率控制功能的智能并網(wǎng)裝置，該裝置要契合IEEE1547-2018標(biāo)準(zhǔn)要求，擁有最大功率點(diǎn)跟蹤精度 98% 、諧波電流輸出畸變率小于 3% 的技術(shù)性能。

2.4加強(qiáng)電網(wǎng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)

供電公司可通過強(qiáng)化配電網(wǎng)容錯(cuò)設(shè)計(jì)來提升系統(tǒng)抗擾動能力和故障承受能力，以此保障在設(shè)備出現(xiàn)故障或者遭受外部沖擊時(shí)維持供電的連續(xù)性。供電公司應(yīng)完善配電網(wǎng)保護(hù)配置方案，運(yùn)用多級配合的保護(hù)整定原則，主干線分段開關(guān)設(shè)置0.2秒的延時(shí)，分支線開關(guān)設(shè)置0.4秒的延時(shí)，保證保護(hù)動作有選擇性，把故障隔離范圍控制在最小的區(qū)段；推廣應(yīng)用帶有故障限流功能的智能開關(guān)設(shè)備，這類設(shè)備采用基于電力電子技術(shù)的固態(tài)限流器，可在5毫秒內(nèi)檢測到短路電流，并把故障電流限制到正常電流的2倍以下，防止故障擴(kuò)大。供電公司還需優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行方式，關(guān)鍵用戶供電線路采用雙電源手拉手接線方式，正常運(yùn)行時(shí)開環(huán)點(diǎn)設(shè)置在聯(lián)絡(luò)開關(guān)處，當(dāng)檢測到任一電源失電時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)可在0.5秒內(nèi)完成合閘操作，達(dá)成負(fù)荷自動轉(zhuǎn)供。供電公司需加強(qiáng)防雷保護(hù)措施，在雷電活動強(qiáng)烈的區(qū)域安裝氧化鋅避雷器，接地電阻值嚴(yán)格控制在4Ω以下，將雷擊跳閘次數(shù)降低到每百公里年1.5次以下。

2.5應(yīng)急管理體系建設(shè)

供電公司應(yīng)構(gòu)建完備的配電網(wǎng)應(yīng)急管理體系，打造完善的預(yù)防預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)和恢復(fù)重建工作機(jī)制，以此提升應(yīng)對極端天氣與突發(fā)事件的處置能力（如表2所示）。供電公司要制定詳盡的應(yīng)急預(yù)案體系，包括總體應(yīng)急預(yù)案、專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案和現(xiàn)場處置方案這三個(gè)層級，明確臺風(fēng)、冰災(zāi)、洪澇等6類自然災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)流程，規(guī)定應(yīng)急物資儲備標(biāo)準(zhǔn)為每百公里線路儲備5臺變壓器、10公里絕緣導(dǎo)線和50根電桿。供電公司應(yīng)建設(shè)配電網(wǎng)應(yīng)急指揮系統(tǒng)，該系統(tǒng)整合氣象預(yù)警信息、電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、應(yīng)急資源信息等多元數(shù)據(jù)，具有災(zāi)害發(fā)展趨勢模擬功能，可預(yù)測未來72小時(shí)電網(wǎng)受災(zāi)狀況，生成最優(yōu)搶修方案與負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案。供電公司需組建專業(yè)的應(yīng)急搶修隊(duì)伍，配備移動式儲能發(fā)電車、應(yīng)急通信車、高空作業(yè)車等特種車輛，其中移動式儲能發(fā)電車容量應(yīng)達(dá) 500kW?h 以上，可為300戶居民同時(shí)提供8小時(shí)應(yīng)急供電。供電公司還應(yīng)定期開展應(yīng)急演練，每年組織大型綜合演練不少于2次，專項(xiàng)演練不少于4次，保證應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間不超30分鐘，故障平均修復(fù)時(shí)間控制在4小時(shí)以內(nèi)。

表1新能源協(xié)調(diào)控制與電能質(zhì)量治理技術(shù)方案

表2應(yīng)急管理體系建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求

結(jié)語

配電網(wǎng)安全運(yùn)行是保障電力可靠供應(yīng)和提升供電質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)，本文通過系統(tǒng)分析表明，配電網(wǎng)運(yùn)行中存在新能源接入與配電網(wǎng)適配性矛盾、設(shè)備老化與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、智能化水平滯后與運(yùn)維效率低下等多重挑戰(zhàn)，需采取綜合性措施應(yīng)對。實(shí)踐表明，通過網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設(shè)備升級、智能化技術(shù)賦能、新能源協(xié)調(diào)控制、容錯(cuò)能力強(qiáng)化、應(yīng)急管理體系完善等多維度舉措，可提升配電網(wǎng)的可靠性、抗災(zāi)能力和運(yùn)行效率。未來配電網(wǎng)發(fā)展應(yīng)進(jìn)一步注重?cái)?shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)、靈活、自愈的現(xiàn)代配電網(wǎng)體系，以應(yīng)對能源轉(zhuǎn)型和負(fù)荷增長帶來的新挑戰(zhàn)，為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量供電提供堅(jiān)實(shí)保障。

作者單位：國網(wǎng)湖北省電力有限公司黃岡供電公司

作者簡介：李紅，本科，高級技師，309799026@qq.com，研究方向：配電運(yùn)行。