10kV配电网不停电作业方式分析

陶宇航 李 鹤 张 熹

10kV配电网不停电作业方式分析

陶宇航 李 鹤 张 熹

（国网天津市电力公司城西供电分公司，天津 300113）

为提升供电服务质量，降低电网停电检修作业对居民、商业或工业负荷造成的影响，配电网不停电作业技术应用愈加广泛。本文通过利用配电变压器反向升压、高压柔性电缆、架空旁路引线及接入不间断电源等技术手段，对多起检修工作中不停电作业方案进行讨论，并结合现场应用案例，提出相应的解决方法及建议，为配电网高效、安全、可靠运行提供依据。

配电网；不停电作业；变压器；旁路作业

0 引言

随着城市电网建设的不断发展，为满足检修或故障条件下不损失负荷的要求，通常需要在配电设备末端进行不停电作业[1-3]。传统的低压不停电作业方式通常需要在台区低压侧接入发电机组，或自其他非检修配电台区接入负荷；高压不停电作业方式通常需要利用带电作业机器人[4]、旁路电缆或架空引线将被检修部分通过“短接并绕过”方式实现[5]，但当涉及检修范围较大、地势复杂且无法转带负荷时，以上方案通常难以满足多个台区同时不停电检修需求。本文通过分析配电网较大范围停电抢修或检修案例，利用低压发电机组反向升压、高压柔性电缆及架空引线、大容量储能机组接入方式，实现配电网不停电作业，并针对各个应用场景的适用性优劣进行讨论。

1 传统低压不停电作业方式

在涉及单个配电台区停电检修时（如更换配电室高压柜、变压器），若低压负荷无法在站内进行转带，通常采用外接低压柴油发电机组方式或自附近运行台区接入负荷方式[6-7]实现不停电作业。单台区停电接入方式如图1所示。

图1 单台区停电接入方式

接入时，选用容量足以支撑台区负荷的发电机组及电缆，自低压受总开关下口接入，通常选取位置为低压母线搭接处，或低压出线开关。当搭接于低压出线开关时，需注意开关额定电流并调整保护定值以满足全站负荷需求。送电前，需检查低压受总开关处于分闸位置，并做相应的安全措施，避免向检修区域反送电。单台区停电接入位置现场实际接线方式如图2所示。

图2 单台区停电接入位置现场实际接线方式

该接入方式较为简单，但仅适用于低压母线及以下配电设备无需检修的作业现场。当涉及多个分散的配电台区停电检修时，存在需要多个发电机组及临时电缆敷设过程复杂等问题。

2 变压器反向升压不停电作业方式

当被检修的设备位于无联络线路的前中部时，后部负荷通常需要陪同停电。此时，可选取陪同停电线路中一台较大容量的配电变压器，将低压发电机组接入变压器低压侧，利用变压器将0.4kV反向升压至10kV，向本站及其他停电站点依次送出，形成一个供电“孤岛”，实现不停电作业。

此时，升压后高压侧电压为

（2）

即升压后高压侧电压2为9.854 4kV。以此电压基准进行降压时，低压侧空载电压为

（3）

2022年1月，某线路计划进行停电检修。变压器反向升压现场线路如图3所示。

图3中，10kV某22线路计划工作现场停电范围为01～10杆。后部三个配电台区无对外联络线路，需陪同停电。作业时间约为8h，将导致城区A+类地区居民负荷长时间停电。经过现场勘查，各配电站设备运行情况较好，临近马路，具备利用变压器反向升压实现不停电作业条件。作业前，查询四台变压器容量及峰谷时段负荷情况见表1。

表1 作业前台区负荷情况

由表1可知，2201站甲变低压负荷最大，且有足够容量支撑2202站及2207站负荷。2201站乙变负荷可通过发电机组经由本站低压母联供电，不占用2201站甲变容量。根据负荷峰谷曲线，定于某日零点负荷低谷期实施作业。停电前，需对低压负荷进行定转，并提前布置发电机组及足够的电缆。完成接入后，负荷流向及开关状态如图4所示。

图4 变压器反向升压负荷流向及开关状态

由图4可看出，2201站甲变负荷由发电机直接供出；2201站乙变负荷经由站内低压母联开关，由发电机直接供出，以上负荷不占用变压器容量。2201站甲变压器将0.4kV升压至10kV后，经由本站4号、5号开关，向2202站、2207站提供电源，此部分负荷占用升压变压器容量。2201站乙变高低压侧开关均拉开，变压器停运。发电机接入位置为2201站甲变低压侧出线排，接入时需在高低压开关处停电并做相应安全措施。变压器反向升压不停电作业操作步骤见表2。

表2 变压器反向升压不停电作业操作步骤

全部负荷发出约30min后，发电机组及各个台区负荷见表3。

表3 变压器反向升压各台区负荷

由表3数据可看出，由于2202、2207台区负荷经由低压-高压-低压两次变换，电压有所下降，但仍在理论计算范围内。同时，两台区负荷之和未超出2201站甲变压器容量。

在利用变压器反向升压不停电作业时，需注意以下几点：

1）作业前，充分勘查现场地势、负荷、低压相序，并对发电机组容量、油量、电缆型号进行估算，避免出现负荷瓶颈或供电中断。

2）发电机组出线电缆如使用单芯柔性电缆，多余长度部分禁止盘圈，需往复顺直敷设，避免出现涡流及积热。

3）升压时，避免将变压器容量用尽，尽可能预留20%～30%余量。

4）由于升压变压器自低压侧励磁，励磁涌流较大，故接入点选在受总开关之上，送电时需先对变压器充电后再送出低压负荷，避免开关保护动作。

5）针对升压后因电缆损耗等原因造成负荷侧电压偏低的问题，若超过规定值，可将升压变压器分接头向“1”档位方向调节（即提高高压侧电压）。

6）送电时，瞬时负荷可达同时段标准负荷值1.5～2倍，故各段负荷需间隔一段时间先后送出，避免出现过负荷或低电压情况。

7）不停电作业通常先于计划检修现场进行，此时高压进线开关（如2201站1号开关）下口带电，且开关两侧电源不同期，开关拉开后严禁合闸或 接地。

利用配电变压器反向升压，形成供电孤岛后实现不停电作业时，其优点为充分利用了现有站内配电设备，将供电半径进行有效扩大，使用一台低压发电机组即可实现多个配电台区供电；其缺点为最大供电能力受限于单个变压器容量，即除本站低压负荷外，其余台区负荷之和不能超过升压变压器供电能力，且在负荷转移时，依旧需要短时停电。

3 高压临时联络线路不停电作业方式

3.1 高压柔性电缆方式

当被检修设备停电，后部线路无对外联络通道且负荷超过发电机组发电能力时，可考虑利用空余间隔，将陪同停电设备与附近在运设备形成临时连接，实现高压柔性电缆不停电作业方式[9]。

2021年5月，某线路计划检修完成后，开关柜出现接地开关卡死在合位故障，经研判为操作连杆断裂，需将故障间隔进行整体更换。更换过程中，需停本站高压母线，会导致5台配电变压器陪同停电。高压柔性电缆不停电作业线路如图5所示。

图5 高压柔性电缆不停电作业线路

图5中，1707站2号开关故障，需进行更换。作业时，需停本站1～4号开关高压母线，将造成1707站甲乙变、1708站、1709站及1710站5台配电变压器停电。经现场勘查，涉及停电负荷约为1 000kV∙A，结合现场地势，不具备利用变压器反向升压实现不停电作业条件。1706站距离1708站约80m，现场最终采用以临时高压柔性电缆作为两座配电站高压联络线路的方案，来实现不停电作业。高压柔性电缆不停电作业实施方案如图6所示。

图6 高压柔性电缆不停电作业实施方案

作业前，先将1707站2号开关至1708站1号开关电缆临时拆除（电缆已因开关故障停运），自1706站2号开关（空余间隔）敷设临时高压柔性电缆至1708站1号开关，形成新的联络通道。柔性电缆试验合格、充电并正确定相后，通过并解列操作转移负荷，将1707站1～4号开关停电并转检修。1707站甲变负荷经由站内低压母联开关，由乙变转带，并将甲变停运，与图4中低压负荷转带方式相同，实现全部负荷不停电检修作业。高压柔性电缆不停电作业实施步骤见表4。

表4 高压柔性电缆不停电作业实施步骤

作业使用的高压柔性电缆截面积为50mm2，额定载流能力210A，满足负荷电流要求。每段电缆长度为30m，通过快速插拔接头串行连接并转接至终端接头。电缆运行过程中，测得三相电流分别为36A、38A、40A，通过红外热成像未发现各个连接部位存在热点。高压柔性电缆肘型终端及快速连接中间接头样式如图7所示。

图7 高压柔性电缆终端及中间接头

使用高压柔性电缆实现不停电检修作业时，其优点为可提供较大的负荷转移能力，且允许并解列操作，负荷转移时没有停电过程；由于不需要发电机组，在通道狭窄的环境（如村镇、老旧社区）中也可实施作业。其缺点为对作业条件要求较高，联络点位两侧配电站高压开关需有空余间隔，且距离较近；电缆敷设并带电后，需对过路处及接头处利用电缆盖板及接头盒进行额外保护，避免发生接地事故。

3.2 高压架空引线方式

高压架空引线不停电作业方式与高压柔性电缆方式类似，均为创建一条与本线路或其他线路的临时联络通道，以实现负荷转移，区别在于架空线路连接临时电缆时，需带电作业，并额外设置一台旁路断路器[10-11]。

2021年7月，某线路计划对一座箱式开闭站进行更换。该线路中后部缺乏联络，作业时共涉及11台专用变压器和12台公用变压器停电。经现场勘查，线路末端一段架空线路与另一条线路架空部分仅相隔一条马路，具备高压架空引线方式不停电作业条件，作业接线如图8所示。

图8 高压架空引线方式不停电作业接线

图8中，2150站需更换，更换时后部约损失2MW负荷。32线路55号杆与41线路38号杆相隔30m，且均为耐张杆，周边环境良好，具备高压架空引线方式不停电作业条件。通过带电搭接引线，在38号杆与55号杆间使用高压柔性电缆接入一台旁路断路器形成联络通道，实现作业时负荷转移。高压架空引线不停电作业实施步骤见表5。

高压架空引线不停电作业方式的优点与高压柔性电缆方式类似，均可实现较大范围的负荷转移，且全程无需停电。若有条件接入10kV移动式箱变车，也可将引线接入箱变车高压间隔，实现并、解列操作，并为现场提供低压电源。其缺点为要求联络点位杆塔为耐张段，且需采用带电作业方式搭接及拆除引线。

表5 高压架空引线不停电作业实施步骤

4 大容量不间断电源接入不停电作业方式

当被检修线路存在重要用户或敏感用户时，可在检修前接入不间断电源[12-13]，保障检修作业时用户供电连续。

2020年7月，某双电源敏感用户两侧外部电源需要在一周内先后停电检修。用户站内低压侧有母联开关，可提前转走负荷，但检修时若另一条线路发生故障，则存在全停风险。经现场勘查，用户全站负荷约为800kV∙A，若直接在低压侧接入发电机组，虽解决单电源全停风险，但仍存在检修时需多次停电倒换负荷问题。最终，通过接入柴油发电-飞轮储能联合不间断电源系统，实现检修期间供电连续。柴油发电-飞轮储能联合机组接线如图9所示。

图9 柴油发电-飞轮储能联合机组接线

接入时，需核算全站负荷，将17线侧变压器低压侧软连接拆除，变压器侧接入飞轮储能机组的电源自动切换开关（automatic transfer switch, ATS）市电端，母线侧接入储能单元输出端，同时柴油发电机组接入ATS装置备用端。完成接入后，断开14线低压受总开关，合入低压母联开关，全站负荷由17线承担，由发电机组作为第二备用电源。发电机组与飞轮储能机组容量均为1 000kV∙A，满足接入容量要求。ATS装置与发电机组间具备通信能力，可在失去市电时自动起动发电机并完成电源切换。柴油发电-飞轮储能不停电作业实施步骤见表6。

表6 柴油发电-飞轮储能不停电作业实施步骤

当14线路检修时，站内负荷不受影响，若此时17线路发生故障，由储能单元供能，发电机组自动起动并经ATS装置切换接管负荷。当17线路检修时，系统自动切换至发电机组供电，此时14线路处于热备用状态，不存在全停风险。全套装置运行一周，监测到最大负荷电流1.2kA，整个检修过程中未发生供电中断。

大容量不间断电源系统不停电作业方式适用于单个敏感用户较长时间接入，其优点为可在外部电源中断时实现零秒切换，用户侧无感知，其缺点为接入及撤离作业时需短时停电，且只能为单个用户或台区提供保障。

5 结论

本文针对多种配电网不停电作业方式，结合不同工作现场，分别列出其适用范围及优缺点。其中，传统发电机接入方式接线简单，但仅适合单台区停电检修；变压器反向升压方式可有效扩大供电半径，但供电容量依旧受限；高压柔性电缆与高压架空引线方式相类似，均可实现较大容量的负荷转移且全程供电不中断，不同于传统带电旁路作业的将整个检修区域“短接并绕过”模式，通过在线路后部单独建立联络，方案更加灵活，但对作业现场环境稍有要求；大容量不间断电源方案更适合检修时为单个敏感用户提供可靠的供电保障，但存在接入及撤场时仍需短暂停电且接入过程较为复杂的弊端。各种不停电作业方式优缺点对比见表7。

表7 各种不停电作业方式优缺点对比

随着配电检修作业要求的不断提升，针对不同现场特点，可对几种不停电作业方式进行改进或组合，以最大限度实现检修过程中的供电连续性，有效提升供电服务质量。

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Analysis of uninterrupted operation mode of 10kV distribution network

TAO Yuhang LI He ZHANG Xi

(State Grid Tianjin Electric Power Corporation Chengxi District Supply Company, Tianjin 300113)

In order to improve the quality of power supply service and reduce the impact on residential, commercial or industrial loads caused by power grid outage maintenance operations, the application of distribution network uninterrupted operation technology is becoming more and more extensive. In this paper, through the use of distribution transformer reverse boosting, high-voltage flexible cables, overhead bypass lines, uninterruptible power supplies and other technical means, the uninterrupted operation plans for many maintenance work are discussed. Combined with field application cases, the corresponding solutions and suggestions are proposed to provide a basis for the efficient, safe and reliable operation of the distribution network.

distribution network; uninterrupted operation; transformer; bypass operation

2022-08-22

2022-09-27

陶宇航（1990—），男，天津市人，硕士，工程师，主要从事配电网运行检修管理工作。