移动发电系统带电接入10 kV配电网分析

丁一峰，钱晶，庞峰，杨亮，张雯娟

(1.昆明理工大学，昆明 650050；2.云南电网带电作业分公司，昆明 650025)

移动发电系统带电接入10 kV配电网分析

丁一峰1，钱晶1，庞峰2，杨亮2，张雯娟2

(1.昆明理工大学，昆明 650050；2.云南电网带电作业分公司，昆明 650025)

应用带电作业技术将移动发电系统带电接入10 kV配电网，它能暂时替代检修的线路或设备，从而提高对用户的供电可靠性。本文针对实际工作需求，对移动发电系统进行接入系统仿真研究，获得移动发电系统带电接入10 kV配电网络的技术条件。结论对移动发电系统的实际应用具有一定的理论参考价值。

移动发电系统；带电接入；冲击电流；技术条件

0 前言

10 kV移动发电系统的研究是从移动发电车开始，在欧美等发达国家，多采用高附加值的多功能商用车。在我国，电源车是利用国内现有厢式改装车技术开发的，电源车主要应用在电力抢修、通信维修、市政建设、突发事件处理、抢险救灾等方面。目前，国内使用的电源车是将发电系统、照明系统等应急工作需要的设备，进行组装，实现车载化，但对10 kV线路进行转供电时，无法实现自动转供功能，不能完全满足目电网企业减少客户停电时间的要求。

本文研究当10 kV配网线路 (环网柜、开关柜等设备)由于检修需停电时，利用带电作业技术将移动发电机系统接入电网，对其接入电网的技术条件进行分析研究， 实现对检修区域外线路的持续不间断供电，以满足对客户的不停电。

1 移动发电系统接入配电网方式

移动发电系统接入配电网电路如图1。当电源C需要检修时，用移动发电系统N替代电网电源C对用户进行连续供电。移动发电系统主要包括发电机、辅助变压器、开关柜、辅助设备、牵引车等。

图1 移动发电系统接入10 kV系统示意图

移动发电系统接入10 kV配电网的主要方式是同期并列，移动发电系统通过自带的同期装置投入发电机与系统并列运行，待稳定后切除电网电源，由移动发电系统对负荷供电。当电网电源检修完毕，投入电网电源，再切除移动发电系统。这种方法保证在移动发电系统投入和切除过程中用户的连续供电。

图2 移动发电系统接入10 kV系统同期框图

移动发电系统在接入10 kV配电网过程中，可将电网看作无穷大电源，接入电网的操作相当于发电机的同期合闸操作，移动发电系统同期合闸逻辑框图如图2。

2 移动发电系统接入配电网仿真

本文以现场移动发电系统为研究对象，按照现场操作条件建模并进行仿真计算，提出和验证移动发电系统同期并列的技术条件。

2.1 等值电路及仿真参数

根据实际中移动发电系统的工作条件和范围，建模采用C2500D5A型号的移动发电机系统，额定功率2 000 kW，额定电压10 kV；10 kV线路通过变压器与35 kV侧电源连接，35 kV系统等值为无穷大电源，系统侧设等值负荷，移动发电系统通过10 kV开关与系统同期，接线如图3。

图3 移动发电系统接入电路

2.2 仿真参数及模型

发电机参数：PN=2 000 kW，额定电压10.5 kV，cosφ=0.8；变压器参数：2 500 kVA，Yd11，35 kV/10.5 kV，空载损耗 3.2 kW，负载损耗20.7 kW，空载电流0.6%，短路电压6.5%。

根据图3搭建模型并仿真计算。

2.3 仿真结果分析

同期合闸中冲击电流的大小与合闸参数有关，理想的合闸条件是：频率相等；电压幅值相等；相角差为零。

实际操作中没有必要完全满足，只要冲击电流较小，不危及电气设备，就满足实际操作条件，所以根据实际情况，选择了以下工况进行仿真计算。

参数及符号说明：△f为频率误差，△δ为合闸相角差，△U为电压差，t=0.1 s合闸，红色、蓝色和绿色为A、B、C三相。纵坐标为冲击电流的倍数。

2.3.1 频率存在误差

合闸前发电机和系统频率不等，分别取两种工况△f=0.25 Hz和△f=0.5 Hz，其它条件△δ= 0，△U=0。仿真结果如图4、图5。

图4 △f=0.25 Hz的冲击电流 (△U=0，△δ=0)

图5 △f=0.5 Hz的冲击电流 (△U=0，△δ=0)

从图4和图5仿真结果分析，△f=0.25 Hz时，最大冲击电流ish=0.81(p.u.)，小于额定电流；△f=0.5 Hz时，最大冲击电流 ish=1.37倍，超过额定电流，但小于发电车运行允许冲击电流，所以在频率差小于0.5 Hz进行移动发电系统的同期合闸操作，不会对发电车和系统产生不良影响。图4和图5还可以看到两种情况下电流都有过零点，在过零点附近合闸冲击电流接近零。

2.3.2 电压存在误差

合闸前发电机和系统电压差△U=5%Un，△δ =0，△f=0。仿真结果如图6，电流波形不脉动，无过零点，最大冲击电流已达到额定的1.55倍，所以移动发电系统同期合闸时，电压差对冲击电流有较大的影响。

图6 △U=5%Un的冲击电流(△f=0，△δ=0)

图7 △U=5%Un，△f=0.25 Hz的冲击电流(△δ=0)

图8 △f=0.25 Hz，△δ=10°的冲击电流

2.3.3 电压和频率存在误差

合闸前发电机和系统电压、频率差分别为△U=5%Un，△f=0.25 Hz，相角差为零，△δ= 0。仿真结果如图7。电流波形不脉动，无过零点，最大冲击电流已达到额定值1.6倍，对比图6的1.55倍最大冲击电流，0.25 Hz的频率误差对冲击电流影响不大。

2.3.4 频率和相角存在误差

合闸前发电机和系统频率差分别为△f=0.25 Hz，△δ=10°和△f=0.5 Hz，△δ=10°，电压差△U=0。仿真结果如图8和图9，电流有脉动，最大冲击电流出现在合闸时刻，△f=0.25 Hz的最大冲击电流为1.50倍，△f=0.5 Hz时，冲击电流达到2.37倍，此电流较大，对移动发电设备和系统都有较大的冲击，所以移动发电系统同期合闸时，当合闸相角在10°左右时，应控制合闸频率差小于0.25 Hz。最好选择在脉动电压的过零点附近合闸，可以避免有较大的冲击电流。

图9 △f=0.5 Hz，△δ=10°的冲击电流 (△U=0)

图10 △U=5%Un，△δ=10°的冲击电流 (△f=0)

图11 △U=8%Un，△δ=10°的冲击电流 (△f=0)

2.3.5 电压和相角存在误差

合闸前发电机电压和系统电压差不等，分别仿真两种情况：△U=5%Un，△δ=10°，△f=0和△U=8%Un，△δ=10°，△f=0。仿真结果如图10和图11，电流波形不脉动，合闸瞬间冲击电流不是最大值，合闸后逐步加大。△U=5%Un的最大冲击电流为1.58倍，△U=8%Un的最大冲击电流为2.54倍，电压差增加3%，冲击电流增加很多，所以移动发电系统合闸瞬间应控制电压差在5%以内。

2.3.6 电压、频率和相角存在误差

合闸前发电机电压和系统电压、频率和相角不等，分别仿真两种情况：△U=5%Un，△δ= 10°，△f=0.25 Hz和△U=5%Un，△δ=10°，△f =0.5 Hz。仿真结果如图12和图13。电流有脉动，但无过零点。

图12中，△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.25 Hz合闸后瞬间冲击电流很大，最大冲击达1.62倍。与图10比较，频率差使得冲击电流倍数增加，但增加幅度不大，所以在有一定压差 (小于等于5%)和合闸相角差 (小于等于10°)的情况下，0.25 Hz以内的频差是安全的。

图13中，△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.5 Hz的情况下合闸，合闸瞬间冲击电流最大，达到2.07 倍。

图12 合闸冲击电流(△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.25 Hz)

图13 合闸冲击电流 (△U=5%Un，△δ=10°，△f=0.5 Hz)

3 结束语

根据移动发电系统作业情况并结合以上仿真结果进行分析，可以得到以下结论。

1)由于理想的合闸条件在实际中不能完全满足，所以在合闸过程中伴随有冲击电流。根据文献 [4]，“自同期和非同期并网时的冲击电流不应超过三相突然短路电流的”，按短路电流是额定电流的4～6倍计算，则冲击电流不应大于(2.8～4.2)倍的额定电流，参照移动发电车中对发电机的参数的要求，单相或三相10 s过电流不超过3倍额定电流，所以在合闸过程中控制冲击电流在2.5倍额定电流比较合理。

2)在电压、频率、合闸相角三者都存在误差的情况下，从仿真结果分析，合闸电压差小于5%，合闸相角小于10°，频率差小于0.5 Hz的条件下，冲击电流在2倍额定电流范围以内，可以满足2.5倍的额定电流的要求。

3)当存在频率差时，冲击电流有脉动，电流有过零点，在过零点附近合闸，可将冲击电流进一步降低。

4)利用带电作业技术接入移动电源的技术条件如下：

∗移动电源的额定容量应大于需代供的负荷；

∗作业前对线路保护与移动电源进行保护配合整定，线路带时限的过电流保护定值应增加延时0.5s；移动电源自身的保护时间应整定为0 s；

∗并列合闸时电压差应小于5%，相角差应小于10°，频率差应小于0.5 Hz。

∗并列合闸时应将移动电源的输出调整至零；

∗作业时安全距离、绝缘有效长度应满足规程要求。

[1] 继电保护和安全自动装置技术规程GB/T 14285—2006 [S].

[2] 崔家佩，孟庆炎，陈永芳，等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算 [M].中国电力出版社.

[3] GB/T 18857-2008，配电线路带电作业技术导则 [S].

[4] 周梨梅.城市电网应急电源的优化配置与恢复供电方案[J].供用电，2014(4)：33-37.

[5] 杨沫.1 000 MW水轮发电机准同期并网研究 [D].哈尔滨理工大学硕士学位论文，2011.03.

[6] 周洁，许解，王永平.应急发电车的配置与管理.电力需求侧管理 [J].2014，16(5)：55-58.

[7] 陈华霖，吴爱军，陈宇，等.基于应急发电车的移动式低压开关连接装置 [J].电力与能源，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，硕士研究生，昆明理工大学，主要研究方向电力系统稳定控制 (e-mail)965611202＠qq.com。

钱晶 (1967)，女，硕士，副教授，昆明理工大学 (e-mail) 781866926＠qq.com。

庞峰 (1987)，男，助理工程师，云南电网带电作业分公司，主要研究方向带电作业技术 (e-mail)312392407＠qq.com。

国家自然科学基金项目 (51469011)，云南省自然科学基金项目 (2013FZ015)。