國網(wǎng)浙江瑞安市供電有限責(zé)任公司 李雨 江小軍 楊志宇 潘錫杰 王堅

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

國網(wǎng)浙江瑞安市供電有限責(zé)任公司 李雨 江小軍 楊志宇 潘錫杰 王堅

文中著重從配網(wǎng)網(wǎng)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(wǎng)供電可靠性和供電能力。為充分挖掘配網(wǎng)線路聯(lián)絡(luò)現(xiàn)狀和整體負(fù)荷水平，提出評價方法，依據(jù)獲取的數(shù)據(jù)結(jié)論，對配網(wǎng)存在的薄弱環(huán)節(jié)和相關(guān)問題提出建議。

配電網(wǎng)；全停全轉(zhuǎn)；供電可靠性；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；大面積停電

1 背景目標(biāo)

1.1 配網(wǎng)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(jīng)濟、安全、可靠的用電環(huán)境而不斷努力。

然而，配網(wǎng)線路數(shù)目多、分支繁雜，聯(lián)絡(luò)關(guān)系復(fù)雜，目前的配網(wǎng)管理模式是比較粗放的，10 kV線路負(fù)荷能否轉(zhuǎn)移，很大程度上要依賴供電所人員的豐富經(jīng)驗去把控線路聯(lián)絡(luò)情況和負(fù)荷轉(zhuǎn)供方式。調(diào)控中心雖然也定期編制、更新變電站全停預(yù)案，但實效性和可操作性仍有限。

就縣公司而言，在配網(wǎng)自動化還沒上線的現(xiàn)狀下，一座變電站全停，短時間內(nèi)無法恢復(fù)送電，為保證用戶生產(chǎn)生活用電，只能通過10 kV線路之間相互聯(lián)絡(luò)去轉(zhuǎn)移負(fù)荷，這個過程需要精確掌握配電網(wǎng)運行情況和聯(lián)絡(luò)關(guān)系。

瑞安電網(wǎng)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(guān)單位也在城區(qū)，城區(qū)發(fā)生大面積停電，將造成比較嚴(yán)重的后果。我們考慮城區(qū)變電站全停全轉(zhuǎn)，即城區(qū)配網(wǎng)對側(cè)聯(lián)絡(luò)線路應(yīng)該要有足夠的裕度。

1.2 管理重點

首先，要摸清配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)狀況，有聯(lián)絡(luò)那就有聯(lián)絡(luò)點，這個聯(lián)絡(luò)點在哪里，有沒有正常方式下的分界點開關(guān)位置；其次，完整具體的配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)臺賬有沒有，哪些不能聯(lián)絡(luò)，存在什么困難；第三，已有的聯(lián)絡(luò)是否合理，一條線路停電，另一條線路的承載能力如何，對側(cè)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(wǎng)網(wǎng)架數(shù)據(jù)，把經(jīng)驗豐富的供電所專家人員組織起來，借鑒他們的經(jīng)驗，同時暴露出當(dāng)前網(wǎng)架存在的問題，為公司發(fā)展規(guī)劃、電力調(diào)控、運維檢修提供輔助決策。

1.3 研究目的

優(yōu)化配網(wǎng)系統(tǒng)信息，由繁至簡，把一個復(fù)雜的配網(wǎng)網(wǎng)架，轉(zhuǎn)化為簡單的解合環(huán)開關(guān)。優(yōu)化open 3000報表功能，批量處理負(fù)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(guān)部門配網(wǎng)數(shù)據(jù)共享。

2 配網(wǎng)數(shù)據(jù)分析方法

配網(wǎng)數(shù)據(jù)分析涉及兩部分：（1）配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)分析；（2）配網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)分析。

2.1 配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)分析

配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)來源有三個方面：（1）供電所臺賬CAD單線圖；（2）配網(wǎng)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(wǎng)調(diào)度憑借的是配網(wǎng)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(luò)位置正確；若滿足規(guī)則2/規(guī)則3，提交供電所確認(rèn)；三者均不一致，要求去現(xiàn)場核實，如表1所示。

表1 配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)核對規(guī)則

以瑞安公司城區(qū)電網(wǎng)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(gòu)成瑞安城區(qū)中壓配電網(wǎng)，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(wǎng)聯(lián)絡(luò)情況紛繁復(fù)雜，有一對一的聯(lián)絡(luò)，有一對多的聯(lián)絡(luò)，有甲聯(lián)絡(luò)乙，乙聯(lián)絡(luò)丙，丙聯(lián)絡(luò)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(fù)荷能夠全部轉(zhuǎn)移至B線路，并確定一個常開點作為聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

首先獲取轄區(qū)供電所提供的原始聯(lián)絡(luò)信息，利用配網(wǎng)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(luò)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(wǎng)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(luò)線路、單輻射線路、及備用線路。

聯(lián)絡(luò)線路分為內(nèi)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(luò)，這是正常的線路手拉手互聯(lián)方式。

內(nèi)聯(lián)線路，顧名思義，是同一變電站內(nèi)部10 kV線路相互聯(lián)絡(luò)。內(nèi)聯(lián)線路分為同母內(nèi)聯(lián)和異母內(nèi)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(nèi)聯(lián)，即同一變電站同一段母線內(nèi)部10 kV線路相互聯(lián)絡(luò)，這種模式應(yīng)該杜絕。

異母內(nèi)聯(lián)，即同一變電站不同母線之間10 kV線路相互聯(lián)絡(luò)。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(luò)也應(yīng)該避免。

圖3 城區(qū)變電站10kV出線聯(lián)絡(luò)狀況

內(nèi)聯(lián)線路：N=T+Y；

聯(lián)絡(luò)線路：L=N+W；

全部出線間隔：X=L+D+B；

聯(lián)絡(luò)率：L%=L/(X-B)=( N +W)/( L +D)；

外聯(lián)率：W %=W /(X-B)=（L-N）/( L +D)；

同母內(nèi)聯(lián)率：T %= T /(X-B)；

異母內(nèi)聯(lián)率：Y %=Y/( X-B)。

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

2.2 配網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)挖掘

2.2.1 設(shè)計瑞安配網(wǎng)負(fù)荷報表

根據(jù)配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線路與所在變電站信息，設(shè)計的配網(wǎng)負(fù)荷報表。負(fù)荷數(shù)據(jù)來自open 3000電網(wǎng)實時信息系統(tǒng)，根據(jù)不同需求分別設(shè)計年、月、周、日負(fù)荷報表。

2.2.2 設(shè)計輔助分析功能報表

將配網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存入Sql2008數(shù)據(jù)庫，形成當(dāng)前網(wǎng)架聯(lián)絡(luò)展示界面，導(dǎo)入當(dāng)前主變、線路負(fù)荷數(shù)據(jù)，設(shè)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(luò)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(gòu)成，10 kV線路按所在母線細(xì)分，可以看出更加細(xì)致的城區(qū)配網(wǎng)接線方式分布。

（2）統(tǒng)計各城區(qū)線路負(fù)載水平以及負(fù)荷轉(zhuǎn)移后對側(cè)線路承載情況

我們嘗試設(shè)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(fù)荷區(qū)域分布

圖5 配網(wǎng)供電能力預(yù)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(fù)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(fù)荷分布，直觀判斷當(dāng)前負(fù)荷現(xiàn)狀。各負(fù)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(yù)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(yù)警(85%In)、黑色預(yù)警（95%In）、超載三種供電能力預(yù)警方式考慮。

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

判斷2：85%YN＜(Xi+Yj)＜95%YN，判定為線路紅色預(yù)警。

判斷3：95%YN＜(Xi+Yj)＜100%YN，判定為線路黑色預(yù)警。

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

（4）統(tǒng)計對側(cè)變電站承載情況

本側(cè)線路轉(zhuǎn)移至對側(cè)線路時，需要考慮對側(cè)變電站的主變承載能力。嚴(yán)禁變壓器超載運行。如下公式所示：

以安陽變?nèi)槔?0 kV線路負(fù)載通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)移至對側(cè)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(shè)計負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案時，不可忽略對側(cè)變電站的承載能力。

3 配網(wǎng)負(fù)荷可倒性分析

2016年7月15日，瑞安電網(wǎng)負(fù)荷出現(xiàn)歷史新高，達(dá)131.24萬kW，比歷史最高負(fù)荷上升4.75%。以2016-7-15典型日負(fù)荷為例，分析城區(qū)負(fù)荷現(xiàn)狀，監(jiān)測城區(qū)線路聯(lián)絡(luò)可倒情況。用日最大負(fù)荷去分析配網(wǎng)負(fù)荷狀況，相對月最大負(fù)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(cè)主變超載時，城區(qū)配網(wǎng)線路可轉(zhuǎn)供能力分析

當(dāng)某一城區(qū)變電站全停，考慮10 kV線路負(fù)荷轉(zhuǎn)移至對側(cè)聯(lián)絡(luò)線路時，觀察聯(lián)絡(luò)對側(cè)線路承載能力，對側(cè)線路負(fù)荷分布情況如圖6所示：

由圖6可以看出：

（1）有聯(lián)絡(luò)關(guān)系線路兩側(cè)的負(fù)荷累加小于5 A的線路為0，這說明，兩側(cè)均空載的線路不存在。

（2）聯(lián)絡(luò)線路兩側(cè)負(fù)荷累加大于400 A的聯(lián)絡(luò)線路有19對。這部分需重點關(guān)注，合理配置負(fù)荷，適當(dāng)轉(zhuǎn)移部分負(fù)荷。

按照上文提到供電能力預(yù)警算法分析，典型負(fù)荷日的電網(wǎng)預(yù)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(luò)線路兩側(cè)負(fù)荷累加后，紅色預(yù)警、黑色預(yù)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(dāng)本側(cè)線路失電，這12對聯(lián)絡(luò)線路是不能實現(xiàn)全停全轉(zhuǎn)的，俗稱假聯(lián)絡(luò)。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(cè)主變超載時，城區(qū)配網(wǎng)線路可轉(zhuǎn)供能力分析

▲馬鞍山變?nèi)?/p>

若考慮對側(cè)主變承載能力，以馬鞍山全停為例，分析對側(cè)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(luò)需要優(yōu)化。

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

4 城區(qū)配網(wǎng)分析成果

4.1 梳理城區(qū)配網(wǎng)線路接線方式，評估當(dāng)前網(wǎng)架聯(lián)絡(luò)水平

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

圖6 承載能力分布圖

圖7 負(fù)荷轉(zhuǎn)移后對側(cè)線路供電能力預(yù)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(nèi)網(wǎng)使用責(zé)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(nèi)網(wǎng)個人辦公電腦可直接訪問全停全轉(zhuǎn)能力分析小工具，共享城區(qū)配網(wǎng)相關(guān)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(diào)控員配網(wǎng)網(wǎng)架與負(fù)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(diào)控中心等實際操作者高度肯定。該小工具為日常調(diào)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(fù)荷轉(zhuǎn)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(luò)線路與聯(lián)絡(luò)位置，改善工作效果顯著。

4.3 按需匹配日負(fù)荷數(shù)據(jù)，快速生成全停負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案

按需匹配配網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)，任選一天配網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，自動生成配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)水平，與負(fù)荷轉(zhuǎn)供預(yù)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(luò)關(guān)系和聯(lián)絡(luò)位置，同時可以一鍵倒出全站配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)，快速形成變電站全停事故處理方案。

5 結(jié)語

本次研究是以瑞安城區(qū)5座變電站為試點，經(jīng)過對模型不斷的修正完善，該小工具具備可復(fù)制性，只要獲取相應(yīng)的配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)基礎(chǔ)臺賬數(shù)據(jù)，通過小工具模型相關(guān)報表算法，便能準(zhǔn)確展示配網(wǎng)狀況。