基于“全停全轉能力分析”模型的城鎮(zhèn)配網數(shù)據(jù)分析

國網浙江瑞安市供電有限責任公司 李雨 江小軍 楊志宇 潘錫杰 王堅

基于“全停全轉能力分析”模型的城鎮(zhèn)配網數(shù)據(jù)分析

國網浙江瑞安市供電有限責任公司 李雨 江小軍 楊志宇 潘錫杰 王堅

文中著重從配網網架入手，嘗試以瑞安城區(qū)5個變電站為試點，研究一個乃至多個變電站全停后，城區(qū)配網供電可靠性和供電能力。為充分挖掘配網線路聯(lián)絡現(xiàn)狀和整體負荷水平，提出評價方法，依據(jù)獲取的數(shù)據(jù)結論，對配網存在的薄弱環(huán)節(jié)和相關問題提出建議。

配電網；全停全轉；供電可靠性；網架結構；大面積停電

1 背景目標

1.1 配網管理現(xiàn)狀

隨著人們生活水平的不斷提高，對用電可靠性也提出了更高的要求，這種形勢下，也促使供電公司朝著為用戶提供經濟、安全、可靠的用電環(huán)境而不斷努力。

然而，配網線路數(shù)目多、分支繁雜，聯(lián)絡關系復雜，目前的配網管理模式是比較粗放的，10 kV線路負荷能否轉移，很大程度上要依賴供電所人員的豐富經驗去把控線路聯(lián)絡情況和負荷轉供方式。調控中心雖然也定期編制、更新變電站全停預案，但實效性和可操作性仍有限。

就縣公司而言，在配網自動化還沒上線的現(xiàn)狀下，一座變電站全停，短時間內無法恢復送電，為保證用戶生產生活用電，只能通過10 kV線路之間相互聯(lián)絡去轉移負荷，這個過程需要精確掌握配電網運行情況和聯(lián)絡關系。

瑞安電網有6家重要用戶，其中瑞安市廣播電臺、市政府等5家重要用戶在城區(qū)，各大企事業(yè)機關單位也在城區(qū)，城區(qū)發(fā)生大面積停電，將造成比較嚴重的后果。我們考慮城區(qū)變電站全停全轉，即城區(qū)配網對側聯(lián)絡線路應該要有足夠的裕度。

1.2 管理重點

首先，要摸清配網聯(lián)絡狀況，有聯(lián)絡那就有聯(lián)絡點，這個聯(lián)絡點在哪里，有沒有正常方式下的分界點開關位置；其次，完整具體的配網聯(lián)絡臺賬有沒有，哪些不能聯(lián)絡，存在什么困難；第三，已有的聯(lián)絡是否合理，一條線路停電，另一條線路的承載能力如何，對側變電站主變的承載能力如何。

綜上所述，我們試圖深入挖掘配網網架數(shù)據(jù)，把經驗豐富的供電所專家人員組織起來，借鑒他們的經驗，同時暴露出當前網架存在的問題，為公司發(fā)展規(guī)劃、電力調控、運維檢修提供輔助決策。

1.3 研究目的

優(yōu)化配網系統(tǒng)信息，由繁至簡，把一個復雜的配網網架，轉化為簡單的解合環(huán)開關。優(yōu)化open 3000報表功能，批量處理負荷數(shù)據(jù)，直觀判斷線路承載情況，形成固化成果，實現(xiàn)相關部門配網數(shù)據(jù)共享。

2 配網數(shù)據(jù)分析方法

配網數(shù)據(jù)分析涉及兩部分：（1）配網聯(lián)絡數(shù)據(jù)分析；（2）配網負荷數(shù)據(jù)分析。

2.1 配網聯(lián)絡數(shù)據(jù)分析

配網聯(lián)絡數(shù)據(jù)來源有三個方面：（1）供電所臺賬CAD單線圖；（2）配網專題圖；（3）GIS地理信息系統(tǒng)。供電所依賴的是他們自己的臺賬和單線路，配網調度憑借的是配網專題圖。GIS系統(tǒng)單線圖作為輔助參考判斷。對比三方面數(shù)據(jù)信息，若滿足規(guī)則1，則判斷為聯(lián)絡位置正確；若滿足規(guī)則2/規(guī)則3，提交供電所確認；三者均不一致，要求去現(xiàn)場核實，如表1所示。

表1 配網聯(lián)絡數(shù)據(jù)核對規(guī)則

以瑞安公司城區(qū)電網為例，瑞安公司城區(qū)有5座110 kV變電站，分別是110 kV馬鞍山變、110 kV安陽變、110 kV北門變、110 kV玉海變、110 kV瑞新變，共計10 kV出線120個間隔，其中12個為備用間隔。這108回10 kV線路共同構成瑞安城區(qū)中壓配電網，也是本次研究的主要對象。

2.1.1 數(shù)據(jù)處理清洗模式

配網聯(lián)絡情況紛繁復雜，有一對一的聯(lián)絡，有一對多的聯(lián)絡，有甲聯(lián)絡乙，乙聯(lián)絡丙，丙聯(lián)絡丁這種方式的。為了簡化模型，我們要求轄區(qū)供電所確定一種正常供電方式。在這種方式下，確定在A線路失電的情況下，負荷能夠全部轉移至B線路，并確定一個常開點作為聯(lián)絡開關。

首先獲取轄區(qū)供電所提供的原始聯(lián)絡信息，利用配網專題圖、GIS系統(tǒng)對原始數(shù)據(jù)按表1規(guī)則進行清洗，獲取具備聯(lián)絡條件的線路86對。其中把存在問題清單反饋轄區(qū)供電所，供電所再核實數(shù)據(jù)提交，形成閉環(huán)流程，如圖1所示。

2.1.2 配網10 kV線路接線方式

變電站10 kV線路按接線方式分為聯(lián)絡線路、單輻射線路、及備用線路。

聯(lián)絡線路分為內聯(lián)線路與外聯(lián)線路。外聯(lián)線路即不同變電站10 kV線路相互聯(lián)絡，這是正常的線路手拉手互聯(lián)方式。

內聯(lián)線路，顧名思義，是同一變電站內部10 kV線路相互聯(lián)絡。內聯(lián)線路分為同母內聯(lián)和異母內聯(lián)。

圖1 數(shù)據(jù)清洗閉環(huán)流程

圖2 10 kV線路接線方式

同母內聯(lián)，即同一變電站同一段母線內部10 kV線路相互聯(lián)絡，這種模式應該杜絕。

異母內聯(lián)，即同一變電站不同母線之間10 kV線路相互聯(lián)絡。對于分裂運行作為正常運行方式的變電站尚有些意義，考慮全停時，這種聯(lián)絡也應該避免。

圖3 城區(qū)變電站10kV出線聯(lián)絡狀況

內聯(lián)線路：N=T+Y；

聯(lián)絡線路：L=N+W；

全部出線間隔：X=L+D+B；

聯(lián)絡率：L%=L/(X-B)=( N +W)/( L +D)；

外聯(lián)率：W %=W /(X-B)=（L-N）/( L +D)；

同母內聯(lián)率：T %= T /(X-B)；

異母內聯(lián)率：Y %=Y/( X-B)。

通過多輪往復清洗處理的瑞安城區(qū)配網網架數(shù)據(jù)，可以判斷網架聯(lián)絡水平?？梢钥闯鋈鸢渤菂^(qū)配網有72條10 kV線路實現(xiàn)站間聯(lián)絡，整體聯(lián)絡率79.63%，分項數(shù)據(jù)如圖3所示。

2.2 配網負荷數(shù)據(jù)挖掘

2.2.1 設計瑞安配網負荷報表

根據(jù)配網聯(lián)絡線路與所在變電站信息，設計的配網負荷報表。負荷數(shù)據(jù)來自open 3000電網實時信息系統(tǒng)，根據(jù)不同需求分別設計年、月、周、日負荷報表。

2.2.2 設計輔助分析功能報表

將配網結構數(shù)據(jù)存入Sql2008數(shù)據(jù)庫，形成當前網架聯(lián)絡展示界面，導入當前主變、線路負荷數(shù)據(jù)，設計數(shù)據(jù)報表輔助分析功能模塊。主要有以下4個模塊。

（1）按母線分，統(tǒng)計各變電站10 kV出線聯(lián)絡狀況

考慮110 kV變電站均以分裂運行為主，一個變電站有兩臺相對獨立的變壓器構成，10 kV線路按所在母線細分，可以看出更加細致的城區(qū)配網接線方式分布。

（2）統(tǒng)計各城區(qū)線路負載水平以及負荷轉移后對側線路承載情況

我們嘗試設定一些區(qū)間，比如[0,50]、[50,100]…[350,400]等，看各區(qū)域所占的線路條數(shù)。

為了區(qū)分空載線路與輕載線路，把[0,50]區(qū)間拆分為[0,1]、[1,5]、[5,50]三個區(qū)域。

假定1:10 kV線路最大電流小于1 A的，判定為空載線路。

圖4 負荷區(qū)域分布

圖5 配網供電能力預警分布

假定2:10 kV線路最大電流大于1 A小于5 A的，查詢open 3000系統(tǒng)負荷曲線數(shù)據(jù)，再判定是空載線路還是輕載線路。

假定3:10 kV線路最大電流大于5 A小于50 A的，判定為輕載線路。

按區(qū)間劃分，統(tǒng)計各區(qū)域的負荷分布，直觀判斷當前負荷現(xiàn)狀。各負荷區(qū)間分布的線路條數(shù)，展示如圖4所示。

（3）統(tǒng)計出所有假聯(lián)線路和預警線路

實際上，由于每條線路的線徑、流變變比均有各自的特點，因此，每條線路的限額不是整齊劃一的。我們按傳統(tǒng)的紅色預警(85%In)、黑色預警（95%In）、超載三種供電能力預警方式考慮。

判斷1：Xi+Yj＞YN，即Xi線路負荷與Yj線路負荷大于Yj線路限額，判定為假聯(lián)絡。

判斷2：85%YN＜(Xi+Yj)＜95%YN，判定為線路紅色預警。

判斷3：95%YN＜(Xi+Yj)＜100%YN，判定為線路黑色預警。

直觀判斷配網供電能力預警分布，統(tǒng)計出所有假聯(lián)線路和預警線路。如圖5所示。

（4）統(tǒng)計對側變電站承載情況

本側線路轉移至對側線路時，需要考慮對側變電站的主變承載能力。嚴禁變壓器超載運行。如下公式所示：

以安陽變全停為例，10 kV線路負載通過聯(lián)絡開關轉移至對側線路時，如表2所示，東山變2號主變會超載，上望變1號主變也會超載。設計負荷轉移方案時，不可忽略對側變電站的承載能力。

3 配網負荷可倒性分析

2016年7月15日，瑞安電網負荷出現(xiàn)歷史新高，達131.24萬kW，比歷史最高負荷上升4.75%。以2016-7-15典型日負荷為例，分析城區(qū)負荷現(xiàn)狀，監(jiān)測城區(qū)線路聯(lián)絡可倒情況。用日最大負荷去分析配網負荷狀況，相對月最大負荷來說，有個優(yōu)點，就是可以很好的避免同時率問題。

3.1 不考慮對側主變超載時，城區(qū)配網線路可轉供能力分析

當某一城區(qū)變電站全停，考慮10 kV線路負荷轉移至對側聯(lián)絡線路時，觀察聯(lián)絡對側線路承載能力，對側線路負荷分布情況如圖6所示：

由圖6可以看出：

（1）有聯(lián)絡關系線路兩側的負荷累加小于5 A的線路為0，這說明，兩側均空載的線路不存在。

（2）聯(lián)絡線路兩側負荷累加大于400 A的聯(lián)絡線路有19對。這部分需重點關注，合理配置負荷，適當轉移部分負荷。

按照上文提到供電能力預警算法分析，典型負荷日的電網預警情況如如7所示：

表2 主變承載能力透視分析

由圖7可以看出，聯(lián)絡線路兩側負荷累加后，紅色預警、黑色預警區(qū)間小，分別有6對、5對。而超載線路會有12對，也就是說當本側線路失電，這12對聯(lián)絡線路是不能實現(xiàn)全停全轉的，俗稱假聯(lián)絡。這些線路都是我們急需克服的薄弱環(huán)節(jié)。

3.3.2 考慮對側主變超載時，城區(qū)配網線路可轉供能力分析

▲馬鞍山變全停

若考慮對側主變承載能力，以馬鞍山全停為例，分析對側變電站承載能力，如表3所示，上望變1號主變會出現(xiàn)超載現(xiàn)象，因此馬鞍山變與上望變的聯(lián)絡需要優(yōu)化。

那么，其它變電站的全停轉供能力，也可以此類推，有5對聯(lián)絡需要優(yōu)化，否則對側主變會超載。

4 城區(qū)配網分析成果

4.1 梳理城區(qū)配網線路接線方式，評估當前網架聯(lián)絡水平

搭建全停全轉能力分析工具模型，以瑞安城區(qū)配網為試點，直觀展示配網網架聯(lián)絡水平，可視化展示配網網架薄弱環(huán)節(jié)，線路內聯(lián)、單輻射、對側主變承載力不足等問題，為發(fā)展規(guī)劃，為電力調控、為運維檢修提供輔助決策，為接下來的配網項目儲備提供數(shù)據(jù)支撐。

圖6 承載能力分布圖

圖7 負荷轉移后對側線路供電能力預警分布

表3 主變承載能力透視分析

4.2 建立共享數(shù)據(jù)庫，提升部門協(xié)同能力

簽訂內網使用責任承諾書，信息中心專業(yè)人員協(xié)同配合，配置專用電腦，建立sql2008數(shù)據(jù)庫。在內網個人辦公電腦可直接訪問全停全轉能力分析小工具，共享城區(qū)配網相關數(shù)據(jù)，方便各部門人員參考研究，便于協(xié)同分析。提高調控員配網網架與負荷掌控水平，幫助供電所提升臺賬管理水平。

模型試用期間，獲得供電所、調控中心等實際操作者高度肯定。該小工具為日常調控運維工作帶來極大便利，它不僅在變電站全停時，節(jié)約巨大時間成本，節(jié)省人力消耗，快速完成負荷轉移方案。在變電站半停，甚至一條10 kV線路停電時均可利用該工具查閱聯(lián)絡線路與聯(lián)絡位置，改善工作效果顯著。

4.3 按需匹配日負荷數(shù)據(jù)，快速生成全停負荷轉移方案

按需匹配配網負荷數(shù)據(jù)，任選一天配網負荷數(shù)據(jù)，導入數(shù)據(jù)庫，自動生成配網聯(lián)絡水平，與負荷轉供預警情況。進入任一變電站，點擊線路，可以方便查詢線路聯(lián)絡關系和聯(lián)絡位置，同時可以一鍵倒出全站配網聯(lián)絡數(shù)據(jù)，快速形成變電站全停事故處理方案。

5 結語

本次研究是以瑞安城區(qū)5座變電站為試點，經過對模型不斷的修正完善，該小工具具備可復制性，只要獲取相應的配網聯(lián)絡基礎臺賬數(shù)據(jù)，通過小工具模型相關報表算法，便能準確展示配網狀況。