移動發(fā)電系統(tǒng)帶電接入10 kV配電網分析

丁一峰，錢晶，龐峰，楊亮，張雯娟

(1.昆明理工大學，昆明 650050；2.云南電網帶電作業(yè)分公司，昆明 650025)

移動發(fā)電系統(tǒng)帶電接入10 kV配電網分析

丁一峰1，錢晶1，龐峰2，楊亮2，張雯娟2

(1.昆明理工大學，昆明 650050；2.云南電網帶電作業(yè)分公司，昆明 650025)

應用帶電作業(yè)技術將移動發(fā)電系統(tǒng)帶電接入10 kV配電網，它能暫時替代檢修的線路或設備，從而提高對用戶的供電可靠性。本文針對實際工作需求，對移動發(fā)電系統(tǒng)進行接入系統(tǒng)仿真研究，獲得移動發(fā)電系統(tǒng)帶電接入10 kV配電網絡的技術條件。結論對移動發(fā)電系統(tǒng)的實際應用具有一定的理論參考價值。

移動發(fā)電系統(tǒng)；帶電接入；沖擊電流；技術條件

0 前言

10 kV移動發(fā)電系統(tǒng)的研究是從移動發(fā)電車開始，在歐美等發(fā)達國家，多采用高附加值的多功能商用車。在我國，電源車是利用國內現有廂式改裝車技術開發(fā)的，電源車主要應用在電力搶修、通信維修、市政建設、突發(fā)事件處理、搶險救災等方面。目前，國內使用的電源車是將發(fā)電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等應急工作需要的設備，進行組裝，實現車載化，但對10 kV線路進行轉供電時，無法實現自動轉供功能，不能完全滿足目電網企業(yè)減少客戶停電時間的要求。

本文研究當10 kV配網線路 (環(huán)網柜、開關柜等設備)由于檢修需停電時，利用帶電作業(yè)技術將移動發(fā)電機系統(tǒng)接入電網，對其接入電網的技術條件進行分析研究， 實現對檢修區(qū)域外線路的持續(xù)不間斷供電，以滿足對客戶的不停電。

1 移動發(fā)電系統(tǒng)接入配電網方式

移動發(fā)電系統(tǒng)接入配電網電路如圖1。當電源C需要檢修時，用移動發(fā)電系統(tǒng)N替代電網電源C對用戶進行連續(xù)供電。移動發(fā)電系統(tǒng)主要包括發(fā)電機、輔助變壓器、開關柜、輔助設備、牽引車等。

圖1 移動發(fā)電系統(tǒng)接入10 kV系統(tǒng)示意圖

移動發(fā)電系統(tǒng)接入10 kV配電網的主要方式是同期并列，移動發(fā)電系統(tǒng)通過自帶的同期裝置投入發(fā)電機與系統(tǒng)并列運行，待穩(wěn)定后切除電網電源，由移動發(fā)電系統(tǒng)對負荷供電。當電網電源檢修完畢，投入電網電源，再切除移動發(fā)電系統(tǒng)。這種方法保證在移動發(fā)電系統(tǒng)投入和切除過程中用戶的連續(xù)供電。

圖2 移動發(fā)電系統(tǒng)接入10 kV系統(tǒng)同期框圖

移動發(fā)電系統(tǒng)在接入10 kV配電網過程中，可將電網看作無窮大電源，接入電網的操作相當于發(fā)電機的同期合閘操作，移動發(fā)電系統(tǒng)同期合閘邏輯框圖如圖2。

2 移動發(fā)電系統(tǒng)接入配電網仿真

本文以現場移動發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，按照現場操作條件建模并進行仿真計算，提出和驗證移動發(fā)電系統(tǒng)同期并列的技術條件。

2.1 等值電路及仿真參數

根據實際中移動發(fā)電系統(tǒng)的工作條件和范圍，建模采用C2500D5A型號的移動發(fā)電機系統(tǒng)，額定功率2 000 kW，額定電壓10 kV；10 kV線路通過變壓器與35 kV側電源連接，35 kV系統(tǒng)等值為無窮大電源，系統(tǒng)側設等值負荷，移動發(fā)電系統(tǒng)通過10 kV開關與系統(tǒng)同期，接線如圖3。

圖3 移動發(fā)電系統(tǒng)接入電路

2.2 仿真參數及模型

發(fā)電機參數：PN=2 000 kW，額定電壓10.5 kV，cosφ=0.8；變壓器參數：2 500 kVA，Yd11，35 kV/10.5 kV，空載損耗 3.2 kW，負載損耗20.7 kW，空載電流0.6%，短路電壓6.5%。

根據圖3搭建模型并仿真計算。

2.3 仿真結果分析

同期合閘中沖擊電流的大小與合閘參數有關，理想的合閘條件是：頻率相等；電壓幅值相等；相角差為零。

實際操作中沒有必要完全滿足，只要沖擊電流較小，不危及電氣設備，就滿足實際操作條件，所以根據實際情況，選擇了以下工況進行仿真計算。

參數及符號說明：△f為頻率誤差，△δ為合閘相角差，△U為電壓差，t=0.1 s合閘，紅色、藍色和綠色為A、B、C三相。縱坐標為沖擊電流的倍數。

2.3.1 頻率存在誤差

合閘前發(fā)電機和系統(tǒng)頻率不等，分別取兩種工況△f=0.25 Hz和△f=0.5 Hz，其它條件△δ= 0，△U=0。仿真結果如圖4、圖5。

圖4 △f=0.25 Hz的沖擊電流 (△U=0，△δ=0)

圖5 △f=0.5 Hz的沖擊電流 (△U=0，△δ=0)

從圖4和圖5仿真結果分析，△f=0.25 Hz時，最大沖擊電流ish=0.81(p.u.)，小于額定電流；△f=0.5 Hz時，最大沖擊電流 ish=1.37倍，超過額定電流，但小于發(fā)電車運行允許沖擊電流，所以在頻率差小于0.5 Hz進行移動發(fā)電系統(tǒng)的同期合閘操作，不會對發(fā)電車和系統(tǒng)產生不良影響。圖4和圖5還可以看到兩種情況下電流都有過零點，在過零點附近合閘沖擊電流接近零。

2.3.2 電壓存在誤差

合閘前發(fā)電機和系統(tǒng)電壓差△U=5%Un，△δ =0，△f=0。仿真結果如圖6，電流波形不脈動，無過零點，最大沖擊電流已達到額定的1.55倍，所以移動發(fā)電系統(tǒng)同期合閘時，電壓差對沖擊電流有較大的影響。

圖6 △U=5%Un的沖擊電流(△f=0，△δ=0)

圖7 △U=5%Un，△f=0.25 Hz的沖擊電流(△δ=0)

圖8 △f=0.25 Hz，△δ=10°的沖擊電流

2.3.3 電壓和頻率存在誤差

合閘前發(fā)電機和系統(tǒng)電壓、頻率差分別為△U=5%Un，△f=0.25 Hz，相角差為零，△δ= 0。仿真結果如圖7。電流波形不脈動，無過零點，最大沖擊電流已達到額定值1.6倍，對比圖6的1.55倍最大沖擊電流，0.25 Hz的頻率誤差對沖擊電流影響不大。

2.3.4 頻率和相角存在誤差

合閘前發(fā)電機和系統(tǒng)頻率差分別為△f=0.25 Hz，△δ=10°和△f=0.5 Hz，△δ=10°，電壓差△U=0。仿真結果如圖8和圖9，電流有脈動，最大沖擊電流出現在合閘時刻，△f=0.25 Hz的最大沖擊電流為1.50倍，△f=0.5 Hz時，沖擊電流達到2.37倍，此電流較大，對移動發(fā)電設備和系統(tǒng)都有較大的沖擊，所以移動發(fā)電系統(tǒng)同期合閘時，當合閘相角在10°左右時，應控制合閘頻率差小于0.25 Hz。最好選擇在脈動電壓的過零點附近合閘，可以避免有較大的沖擊電流。

圖9 △f=0.5 Hz，△δ=10°的沖擊電流 (△U=0)

圖10 △U=5%Un，△δ=10°的沖擊電流 (△f=0)

圖11 △U=8%Un，△δ=10°的沖擊電流 (△f=0)

2.3.5 電壓和相角存在誤差

合閘前發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓差不等，分別仿真兩種情況：△U=5%Un，△δ=10°，△f=0和△U=8%Un，△δ=10°，△f=0。仿真結果如圖10和圖11，電流波形不脈動，合閘瞬間沖擊電流不是最大值，合閘后逐步加大。△U=5%Un的最大沖擊電流為1.58倍，△U=8%Un的最大沖擊電流為2.54倍，電壓差增加3%，沖擊電流增加很多，所以移動發(fā)電系統(tǒng)合閘瞬間應控制電壓差在5%以內。

2.3.6 電壓、頻率和相角存在誤差

合閘前發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓、頻率和相角不等，分別仿真兩種情況：△U=5%Un，△δ= 10°，△f=0.25 Hz和△U=5%Un，△δ=10°，△f =0.5 Hz。仿真結果如圖12和圖13。電流有脈動，但無過零點。

圖12中，△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.25 Hz合閘后瞬間沖擊電流很大，最大沖擊達1.62倍。與圖10比較，頻率差使得沖擊電流倍數增加，但增加幅度不大，所以在有一定壓差 (小于等于5%)和合閘相角差 (小于等于10°)的情況下，0.25 Hz以內的頻差是安全的。

圖13中，△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.5 Hz的情況下合閘，合閘瞬間沖擊電流最大，達到2.07 倍。

圖12 合閘沖擊電流(△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.25 Hz)

圖13 合閘沖擊電流 (△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.5 Hz)

3 結束語

根據移動發(fā)電系統(tǒng)作業(yè)情況并結合以上仿真結果進行分析，可以得到以下結論。

1)由于理想的合閘條件在實際中不能完全滿足，所以在合閘過程中伴隨有沖擊電流。根據文獻 [4]，“自同期和非同期并網時的沖擊電流不應超過三相突然短路電流的”，按短路電流是額定電流的4～6倍計算，則沖擊電流不應大于(2.8～4.2)倍的額定電流，參照移動發(fā)電車中對發(fā)電機的參數的要求，單相或三相10 s過電流不超過3倍額定電流，所以在合閘過程中控制沖擊電流在2.5倍額定電流比較合理。

2)在電壓、頻率、合閘相角三者都存在誤差的情況下，從仿真結果分析，合閘電壓差小于5%，合閘相角小于10°，頻率差小于0.5 Hz的條件下，沖擊電流在2倍額定電流范圍以內，可以滿足2.5倍的額定電流的要求。

3)當存在頻率差時，沖擊電流有脈動，電流有過零點，在過零點附近合閘，可將沖擊電流進一步降低。

4)利用帶電作業(yè)技術接入移動電源的技術條件如下：

?移動電源的額定容量應大于需代供的負荷；

?作業(yè)前對線路保護與移動電源進行保護配合整定，線路帶時限的過電流保護定值應增加延時0.5s；移動電源自身的保護時間應整定為0 s；

?并列合閘時電壓差應小于5%，相角差應小于10°，頻率差應小于0.5 Hz。

?并列合閘時應將移動電源的輸出調整至零；

?作業(yè)時安全距離、絕緣有效長度應滿足規(guī)程要求。

[1] 繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程GB/T 14285—2006 [S].

[2] 崔家佩，孟慶炎，陳永芳，等.電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置整定計算 [M].中國電力出版社.

[3] GB/T 18857-2008，配電線路帶電作業(yè)技術導則 [S].

[4] 周梨梅.城市電網應急電源的優(yōu)化配置與恢復供電方案[J].供用電，2014(4)：33-37.

[5] 楊沫.1 000 MW水輪發(fā)電機準同期并網研究 [D].哈爾濱理工大學碩士學位論文，2011.03.

[6] 周潔，許解，王永平.應急發(fā)電車的配置與管理.電力需求側管理 [J].2014，16(5)：55-58.

[7] 陳華霖，吳愛軍，陳宇，等.基于應急發(fā)電車的移動式低壓開關連接裝置 [J].電力與能源，2013，34(1)：119 -120.

Analysis on Technology Condition of Mobile Power Generation System for 10 kV Distribution Network

DING Yifeng1，QIAN Jing1，PANG Feng2，YANG Liang2，ZHANG Wenjuan2
(1.School of Electric Power Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650505，China；2.Yunnan Power Grid Company Live Working Branch，Kunming 650051，China)

Use live working technology to access mobile power generation system to 10 kV distribution network，it can temporarily replace maintenance lines or equipments，thus improve power supply reliability for user.This article based on the actual work needs，proceed operation simulation research，and get the operation technology condition of accessing mobile power generation system to 10 kV distribution network.Conclusions on the practical application of mobile power generation system have a certain theoretical reference value.

mobile power generation system；charged access；rush current；technology condition

TM74

B

1006-7345(2015)05-0004-04

2015-10-14

丁一峰 (1987)，男，碩士研究生，昆明理工大學，主要研究方向電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制 (e-mail)965611202＠qq.com。

錢晶 (1967)，女，碩士，副教授，昆明理工大學 (e-mail) 781866926＠qq.com。

龐峰 (1987)，男，助理工程師，云南電網帶電作業(yè)分公司，主要研究方向帶電作業(yè)技術 (e-mail)312392407＠qq.com。

國家自然科學基金項目 (51469011)，云南省自然科學基金項目 (2013FZ015)。