以蓄电池作配电网不停电作业电源技术可行性研究

国网吉林省电力有限公司吉林供电公司 崔 吉

配电网线路是电网的脉络，承担着居民生活用电以及工厂生产用电需求。在智能配电网改造力度逐渐加大的前提下，减少停电或开展不停电作业，是电网用户对电力公司提出的新要求。为加快城市配网智能化改造以适应用户用电需求，应加强以蓄电池作配电网不停电作业电源技术的研究，在不停电的前提下完成配电网计划检修与故障抢修工作。本文以某供电公司为例，对以蓄电池作配电网不停电作业电源的技术进行可行性研究。

1 配电网不停电作业相关概述

一般情况下，配电网不停电作业主要是通过柔性高压电力电缆的使用，依托于电缆接头与配电网开关的连接，针对作业需要在较短时间内完成供电线路、待检修路段、跨接故障路段的构建。通过操作配电网开关，实现电路电源至旁路供电线路的顺利接入，进而在不停电的前提下完成检修等各项作业，维护电网系统供电安全、可靠。

因此，对于配电网不停电作业而言，为提高其可靠性，应把握以下要点：第一，在配网电缆分流且不停电的前提下完成检修作业，需要注意的是，通过配电网系统断开保障线路时，应对电网电缆进行检测，判断其是否处于正常通电状态。第二，配网系统操作过电压，基于柔性供电靠站相关作业时，应做好过电压在不同操作情况下的大小检测。第三，配电系统的保护接地工作，落实一端接地方式，规范落实保护接地工作[1]。

从本文研究角度来看，主要以移动式电源为基础，依托于系统运行方式的调整、作业方法的优化等方式，在不影响供电可靠性的前提下，将蓄电池作为配电网不停电作业电源使用，进而顺利完成电力检修、施工等作业。若是以各项作业涉及的电力设备的带电状态作为基准划分，那么配电网不通电作业方式共有两种，分别为：一是带电作业，主要是在检修作业建立在带电设备和线路上；二是负荷转移作业，细化后可分为移动电源作业法和旁路作业法[2]。前者以移动式电源为基础，比如负荷转移车、移动发电车等，将出现故障的设备与线路段从原本系统中分离出来，在不影响正常供电的基础上完成检修作业。后者主要通过旁路电缆分离检修设备，以此实现不停电作业。

2 基于蓄电池研究将其作为配电网不停电作业电源的技术可行性

根据上述分析可知，目前配电线路检修采用的不停电作业方式大，多为带电作业和负荷转移作业。蓄电池作为不停电作业电源发展的方向之一，本文立足于移动电源技术开展蓄电池电源应用，在配电网不停电作业中的可行性分析，并在分析过程中明确参数条件及技术适用范围。

2.1 电源技术

在配电网不停电作业要求下，蓄电池的应用主要是为移动电源技术的实现提供支持，对于蓄电池而言，其储能和电力电子接口是移动电源技术的基础。目前，应用较为广泛的移动电源较多，尤其是EPS（应急电源装置），其发展备受瞩目。该装置由整流充电器、逆变器等组成，依托于IGBT（绝缘栅双极型晶体管）逆变技术的应用，能够获得比柴油发电机更好的应用性能，比如噪声小、短时过载能力强、维护简单、启动时间短等。

但若是将其应用于配电网不停电作业，将其作为电源使用，其高昂的价格以及较小的供电容量，无法满足用户对电力能源的需求。因此，本文出于灵活性考量，分析蓄电池作为配电网不停电作业电源应用要点，通过可行性分析，确定其适用范围与应用要点。蓄电池可贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，其是电池中的一种，属于二次电池。其技术原理为：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再把化学能转换为电能输出[3]。

2.2 技术应用可行性分析

2.2.1 技术分析

在蓄电池技术中，发展较为成熟的电池是铅酸蓄电池，综合分析配电网技术要求和经济效益要求，故选择铅酸蓄电池为主要研究对象，分析将其作为移动电源配电网不停电作业电源的技术可行性。在将铅酸蓄电池以电源的身份应用于配电网不停电作业时，需要根据不同负荷端配置相应的蓄电池组，通过与并网IGBT 逆变器相连接，满足不停电检修需求。具体作业电源运行流程为：首先，依托于并网IGBT逆变器的连接应用，完成电流的直流和交流转换，在并网同步控制作用下，驱动逆变器，进而实现同期并网。将蓄电池组闭合，待其处于闭合状态后并网，使该电池组能够顺利接入变压器的低压侧。其次，将变压器高压侧断开，隔离配电网检修段，落实规范的故障检测作业，此时蓄电池组承担低压侧负荷。最后，完成故障检修作业后，将变压器高压侧闭合，断开蓄电池组并网端，使电池组退出运行，故障检修期间由蓄电池组承担的低压侧负荷，重新由系统负担。

在该电源应用于技术流程下，依托于负荷的转移，可以实现配电网不断电作业。为更好确定需要接入的蓄电池组数量，满足不同规格的配电网不停电作业需求，可通过计算公式予以确定。一般情况下，数量确定期间涉及负荷容量与负荷电压，表达式如下：

公式（1）中，N 表示负荷电压，单位：V；Ns表示系统中串联电池数量，单位：V；Np表示系统中并联电池数量，单位：V。其中，串联电池旨在提供更为稳定的电压，为供电服务水平提供保障；而并联电池数量的主要目的在满足系统运行时的负荷需求。

公式（2）中，Uo表示接入点运行电压，单位：V；Ub表示单个蓄电池电压，单位：V。

公式（3）中，S1表示负荷容量，单位：Ah；η 表示负载功率因数；U 表示电池组电压，单位：V；η1表示蓄电池组放电系数；S2表示蓄电池容量，单位：Ah；T 表示作业时间，单位：s；η2表示蓄电池组放电效率。

在明确计算表达式后，假设单个蓄电池电压为12V，蓄电池容量为400Ah，功率因素取值0.8，蓄电池组放电系数和蓄电池组放电效率分别取值0.7和0.9。通过将此类铅酸免维护蓄电池作为配电网不停电作业的电源，将上述各数值代入公式（1）、公式（2）和公式（3）中，明确蓄电池组数与供电容量、供电时间之间的关系。当配电网不停电作业负荷存在差异时，配电网对蓄电池的组数要求不尽相同，具体见表1。

表1 差异化供电要求对电池组数要求（铅酸免维护蓄电池）

根据表1给出的组数要求可知，当系统的负荷容量小于等于300kVA 时，且供电时间小于等于2.5h，蓄电池组的应用效果符合预期，可满足配电网不停电作业需求。但一旦系统负荷容量超过300kVA，或是供电时间大于2.5h，要想使配电网实现不停电作业，需要接入较多的蓄电池组，蓄电池组应用数量攀升。在该情况下，将对作业灵活性造成直接影响，且现场作业难度升高。

因此，若是从供电时间和负荷容量的角度来看，蓄电池可作为电源应用于配电网不停电检修作业中，相较于EPS 应急发电车，蓄电池应用灵活性更高，且技术适用范围更广，但实际应用时仍要从实际出发，通过明确供电时间和负荷容量，准确判断蓄电池应用难易程度与灵活程度，通过对比分析与合理选择，满足配电网不停电作业要求，为供电服务质量提供保障[4]。

2.2.2 经济分析

对于蓄电池在配电网不停电作业中的电池应用而言，为使电力事业更好发展，还要考虑蓄电池作为电源应用的经济性，若是花费巨大，将不利于推广。为加强蓄电池电源应用经济分析的真实可靠性，故引入某供电公司具体案例开展经济性的技术分析。

项目简介。以某供电公司10kV 配电网示范工程为例，建设后示范区域内共出现9次故障停电现象，造成长时间停电。经事后统计，9次故障给用户一共造成了56.04h 的停电时长。案例项目具体停电情况见表2。

表2 基于案例工程的故障停电具体信息

基于蓄电池电源应用的故障检修成本分析。选择影响户数较多的故障展开分析，经现场观察与排除试验发现，故障源头主要是变压器和断路器。为解决故障问题，检修过程中接入蓄电池。某变压器T 接跌落式熔断器的停电原因为低压出线电缆烧毁，停电时长为1.08h，这一故障（故障1）对变压器容量带来的影响为315kVA；某支线断路器的停电原因为单相瓷瓶击穿，停电时长为2.43h，这一故障（故障2）对变压器容量带来的影响为400kVA。

某供电公司按照正常蓄电池的充电次数和放电次数为标准（3000次），每组蓄电池单价为1000元，在该情况下，成本情况如下：分析检修过程中蓄电池每次作业时间、供电特性，待蓄电池完成一次充电任务后，发现在本次故障检修作业中，可基本上实现对配电网的平稳供电。因此，单个蓄电池在配电网不停电检修作业中每次作业的折旧成本为0.33元，即：用每组蓄电池单价的1000元除以其充电次数，明确折旧成本。

此外，根据故障实际情况，计算得到负载容量，将负载功率因数确定为0.6，为把握停电故障带来的停电损失，笔者共选用两种办法予以衡量，一是单位电量GDP，二是6倍惩罚电价。其中，单位电量GDP 结合当地GDP 和发电量数据，经查询为20.8元/kWh；电价取值0.5元/kWh，在6倍惩罚下，电价为3元/kWh。

2.2.3 分析结论

通过上述方法，某供电公司选择不停电作业技术解决故障。作为电网中直接连接用户的电网末端，配电网需要做到：在不影响供电能力的基础上，使供电作业具有安全可靠性以及经济性，尤其在配电网运行期间，应具备较强的安全性和经济性。经上述分析可知，蓄电池可作为电源满足配电网不停电作业需求，尤其在当前智能电网快速改造、发展的背景下，不停电作业电源技术本身具有较大需求。相较于其他电池，蓄电池具有移动属性，能够满足现场灵活作业需求，通过分散分布，可有效提高故障检修概率，在不影响供电服务质量的前提下减少停电时间。

综上所述，为满足当前时代背景下用户对电力供应质量的要求，优化供电服务体验，应深入不停电作业的技术研究。经上述可行性分析可知，在配电网不停电作业中，选择蓄电池作为电源承担负荷是可行性，具有较强适用性和经济性，期间需要综合考量电池组数、供电容量与供电时间，以此保证电源选用的经济合理性。