一、供电网络的运行特点
1、 供电网络是电能传递的通道,根据能量守恒定律,输入网络的能量必须等于网络内部消耗的能量加上网络输出能量。
2、 供电网络由于电压变换的需要,存在着电磁变换过程。
3、 供电网络是由R、L、C元件组成,在传输交流电时,在满足一定条件下存在着谐振问题。
4、 在换路过程中存在着过渡过程。
5、 由于网络通过电流,存在着热效应和机械力效应。
二、供电网络的结构
一般的供电网络是一个多输入和多输出系统,对农村电网而言,一般是一个(或两个)输入点和多输出点系统,根据电工原理知,在传输低频(50HZ)交流电情况下,网络内的元件参数可以按集中参数来处理,网络近似按线性网络处理,作为供电网络不同于弱电信号系统,我们的关注点主要是网络运行功率输出的连续性和输入与输出功率的瞬时平衡问题。供电网络结构图如下图所示。
三、电网络的运行状态
对于安全的广义解释是保持不间断供电,亦即不失去负荷。具体的讲,供电网络处于正常状态时,若忽略损耗,各用户的有功、无功负荷与系统中发生的有功、无功功率应相等:
另一方面,在具有合格电能质量的条件下,有关设备的运行状态应处于限值范围以内,即没有过负荷.因此可以用下列不等式来表示:
供电网络的运行状态分为三种状态:正常、异常、故障状态。正常状态属于安全运行状态,而异常和故障状态是属于不安全运行状态。供电网络的运行状态是一个随网络运行外部环境(条件)和网络元件参数、网络结构变化而变化的过程。
异常状态(网络元件正常工作遭到破坏,但未发展成故障)是一种不稳定状态,如果适当改变网络元件参数或网络结构及运行参数,网络可以由异常状态变为正常状态,否则将会转入故障状态,异常状态受某种条件的激励而进入故障状态,这种转化不可逆。从时间角度来讲,异常状态向故障状态转化,一种情况为瞬时性转化;另一种情况为延时性转化。
故障状态是指网络元件损坏,系统无法正常工作,用户供电中断。故障状态将导致电力系统事故(所谓事故,是指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏,造成对用户停止送电或少送电,甚至损损坏设备。)发生,危害最大。
四、影响供电网络安全性的要素
1、过负荷问题:过负荷问题是供电网络存在的一个普遍问题,过负荷就是指通过元件的电流大于元件本身允许通过的电流值(在设计条件下),引起热、力、磁的效应,影响元件的运行寿命。过负荷问题产生的主要原因有:⑴由于网络末端负荷增加,网络元件未及时扩容。⑵由于网络结构发生变化,使网络的传输能力降低,造成过负荷。(3)系统电压偏低。
2、过热问题:一般指局部过热问题,例如开关元件触头接触电阻增大;电感元件匝间短路和电容元件内部短路引起支路电流增加,而产生热效应。
3、不对称运行问题:如果假定供电电源是一个对称系统,则由于网络元件参数的不对称引起系统电压不对称。(1)对于35-10KV的供电网络,线路元件一般按三角形排列,三相线对地距离不等,三相线相间距离不等,引起线路电感和电容不等,由于35-10KV线路并未做换位处理,所以,在实际电网运行中存在着系统电压不完全对称问题。(2)我国农村电网35KV电网采用变压器中性点经消弧线圈接地,而10KV系统采用中性点不接地系统,当35KV或10KV网络发生单相接地时,变压器中性点电位位移,故障相电压接近于0,非故障相电压升高√3倍(相量分析略),有可能引起网络内部绝缘薄弱部件击穿。我国有关调度规程规定小电流接地系统在发生单相接地后可以运行2小时,在不对称运行情况下,高压系统的电压不对称引起低压系统的电压不对称。(3)断线不但引起三相电压不平衡,又引起线电压值改变。上一电压等级线路一相断线时,下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低,其中一相较低,另两相较高但接近。本级线路断线时,断线相电压为零,未断线相电压仍为相电压。(4)谐振引起三相电压不平衡。一种是基频谐振,特征类似于单相接地,即一相电压降低,另两相电压升高;另一种是分频谐振或高频谐振,特征是三相电压同时升高。
4、电压超范围运行问题:对供电网络安全性影响最大的是长期高电压运行。设备长期承受超设计能力的运行状态,有可能导致绝缘薄弱部件击穿。一种情况是在长线路的末端接有小负荷负载时,线路末端出现电压上翘。另一种情况是电容器投入和调压配合不好,引起系统母线电压偏高。系统如果长期低电压运行,会引起过设备负荷。
5、绝缘子的零值和低值问题:线路绝缘子串出现一片绝缘子有零值和低值,在额定电压下可以运行,但当系统出现过电压时,会造成整个绝缘子串耐压强度不够,导致绝缘子串击穿,发生线路对地短路。
6、输电线路的风偏问题:在正常情况下,线路对建筑物、金属构件等的安全距离是满足绝缘要求的,但在大风时导线摆动幅度曾大,导线对建筑物、金属构件等的安全距离不能满足绝缘要求,发生线路对地短路。
7、接地问题:主要暴露在接地电阻超标,未采取降阻措施,或接地装置生锈,失去接地功能。
8、网络元件质量老化,维护不及时,造成元件运行不稳定。
五、导致网络发生事故的要素
1、网络运行环境的影响
农村供电网络一般采用架空线路作为电力传输媒介,导线采用钢芯铝交线或铝交线。由于输配电线路分布很广,又处在露天,所以经常会受到大自然变化和周围环境的影响。
(1)外力破坏:导线或杆塔因受外力作用破坏了原设计的运行条件。机械力的影响例如:砍伐树木、建筑施工作业、机耕作业、爆破采石、放风筝、车辆冲撞等;风力的影响:
(2)洪水:洪水对输电线路杆塔基础的威胁很大,往往由于暴雨、山洪、滑坡造成杆塔基础下沉和倒杆。
(3)鸟类:鸟在杆塔上筑剿或停留,有时大鸟穿过导线飞翔,可能造成线路接地或短路等事故。。
(4)雨水:雨水对架空线路的主要影响是毛毛细雨能使清扫不及时的赃污绝缘子发生闪络,从而引起线路的停电事故。倾盆大雨旧下不停,会使河水暴涨或山洪下泄而冲倒线路的杆塔。
(5)冰雪:冰雪对架空输电线路的主要影响是:当线路导线、避雷线上出现严重覆冰时,会使驰度过分增大,而造成混线或断线;当导线、避雷线上的覆冰脱落时,又会使导线、避雷线发生跳跃现象,而引起混线事故。此外,当初次下雪时,雪内往往含有尘污,这种雪积存在绝缘子或横担上时,有可能造成绝缘子的闪络事故。
(6)雷电:发生雷击时,会造成电气设备绝缘击穿,引起大面积停电事故。
(7)空气污染:工业区特别是化工区,或者其他有污源的地区,所产生的尘污或有害气体会使绝缘子的绝缘水平显著降低,以致在空气湿度很大的天气里发生闪络事故。有些氧化作用很强的气体,则会腐蚀金属杆塔、导线、避雷线和金具。
2、人工干预:指人为操作对网络结构(拓扑)改变。
1)网络结构的变化
(1)双线变单线或双变变单变,大主变切换为小主变运行引起严重过负荷运行。
(2)由于网络结构变化引起网络参数变化,形成在某频率下的谐振条件,网络内部产生谐振过电压,危及设备绝缘薄弱点,引起电气设备损坏,特别是电压互感器烧损或爆炸。
2)误操作:包括调度人员误下令和运行人员对刀闸(开关)误操作。误操作指未按正确的操作程序进行操作。常见的误操作有:①带负荷拉(合)隔离开关;②带电挂(合)接地线(接地刀闸);③带接地线(接地刀闸)合断路器(隔离开关);④误(漏)拉合断路器(开关);⑤误入带电间隔。
3、网络元件损坏:由于维护检修质量不高,达不到质量标准要求,在加电压时造成元件绝缘击穿。
4、设备改造:由于在设备改造过程中,没有严格按照原系统设计技术要求选择设备和选择技术参数,使改造后的设备达不到原系统设计技术要求,在特殊情况下引发事故。
六、目前所采用提高供电网络安全性的技术措施
1、防止过负荷:从运行角度讲,设备运行规程已经对各类电气设备做了专门的规定,以便在实际运行中运行人员遵照执行,同时利用自动化设备自动监测,越限告警,并利用负荷控制技术及时切断负荷;对因用户负荷增加引起网络元件过负荷,将导致系统频率下降,影响电能质量,为保证系统安全运行,利用低周减载装置来切除负荷,以保证供用功率的平衡。另外,加强负荷的预测工作,提前效核网络安全承载能力。其次,在用户侧装设负荷控制装置
2、防止过热:目前广泛采用如测温腊片,红外线测温仪,红外线成像仪等,这些新技术的应用,在设备测温方面起到了积极作用,有效测量了设备的关键部位的温度。
3、防止电压超范围运行:由于电压质量是电能质量指标之一,现已被供电单位所重视,采用了电压自动监测和电压调整技术,同时随着农村电网改造,供电半径不断缩短,加之补偿电容自动投切技术的应用和用户负荷率的不断提高,有效的控制了系统电压变化范围。
4、防止不对称运行:随着农网改造工程的实施,10-35KV系统的供电半径不断缩短,线路参数不对称引起系统电压不对称的问题将有好转。
5、防止过电压:
(1)弧光接地过电压:对35KV系统采用消弧线圈来减少电容电流,以有效防止电弧重燃发生。传统的消弧线圈都是手动调匝式,存在着:①须在无载情况下调节,及不方便;②
运行人员判断调节困难。因运行人员得不到电网电容电流的具体值,不能确定调几档合适;③不能满足自动化发展要求;④不能适应电网运行方式多变的要求。由于手动调匝式消弧线圈的补偿作用不能得到充分发挥,现在已经广泛采用自动跟踪调节方式的消弧线圈,据有关资料和运行经验的统计分析表明,不采用自动调整方法的补偿电网的补偿有效性大约为0.6,即60%的单相接地故障不发展为相间短路。采用自动调整方法后的补偿有效性可以提高到0.9,即90%的单相接地故障不发展为相间短路,可见,补偿的有效性大大提高。对10KV系统,由于大多数线路是架空线路,因此,单相接地电容电流较小,电弧重燃不会发生,不必配置消弧线圈。目前,广泛在10KV配电线路中推广应用绝缘导线,大大减少了10KV供电网络单相接地和相间故障机率,提高了供电网络的安全性。
(1) 铁磁谐振过电压:目前主要采用微机多功能消谐装置,具有消谐能力强,功能齐全,抗干扰性能好,可靠性高等优点。
(2) 操作谐振过电压:由于SF6和真空开关截流电流最小,一般在几安以下,可以有效减小过电压的幅值。
(3) 雷电波过电压:与传统的保护间隙和阀式辟雷器相比,金属氧化物具有保护性能好,通流容量大,无续流、耐重复动作能力强的特点,因此,得到了广泛的应用。
(4) 提高线路的防污能力:由于合成绝缘子具有耐污性高的特点,在污岁地区广泛采用,可以减少和防止因污闪而产生断电带来的损失,提高供电可靠性,减少线路维护工作量。与瓷或者绝缘子相比,它不会发生瓷绝缘子那样“零值”,与玻璃绝缘子那样的“自爆”现象,因而可以在运行中保持整串绝缘子有较高的耐雷水平。
6、防误操作:
(1)调度人员:实施了操作过程(包括编制检修计划、编制倒闸操作票、审核倒闸操作票、执行倒闸操作票、电网事故处理、电网设备临检等)的危险点预控工作,起到了良好的效果。
(2)变电运行人员:变电站采用了微机防误闭锁系统,有效的控制了误操作事故的发生。
7、在线监测与故障诊断技术的应用:为了提高设备运行的可靠性,广泛采用了定期检查和维护制度。这种预防性试验是离线进行的。其缺点是:(1)需停电进行。而不少重要的电力设备轻易不能停止运行。(2)周期性进行。设备仍有可能在试验间隔期间发生故障,即造成“维修不足”。(3)停电后设备状态(如作用电压、温度等)和运行中不符,影响判断的准确性。(4)定期的试验及维修有时是不必要的,造成了人力、物力的浪费,即造成“过度维修”。为了克服上述缺点,目前正在大力推广以电气设备状态监测与故障诊断技术为基础的状态化检修,它的优越性在于:(1)可以对电气设备在运行状态下进行连续或随时的检测和判断,故可以避免上述预防性试验的缺点。在线监测中发现故障隐患后,必要时可以在离线状态下进行更为彻底的全面检查。(2)推行状态监测与故障诊断技术,可以变预防性维修为预知性维修,即状态维修。从“到期必修”过度到“该修必修”。从而大大提高电气设备运行的安全性。
8、保护及安全自动装置的应用:
(1) 对所有线路和母线等电力设备上装设继电保护装置,以快速切除系统故障,将故障设备从电网中断开,达到保证电网的安全运行和减轻故障对设备的损坏程度。
(2) 对并入大电网的小水电站,在小水电站侧并网点装设低电压解列和低频率解列装置,以保证在主电网电源中断或发生震荡时不影响小水电站保安用电。
七、几点看法
1、供电网络的安全运行是供电企业获取效益的基本条件,只有搞好供电网络的安全运行,供电企业才有可能获取更大的效益。因此,必须高度重视供电网络的安全运行工作。
2、供电网络的安全运行工作是一项系统工程,它涉及网络元件本身维护质量、网络结构、网络运行参数的变化、人工干预、运行环境子系统的影响,对某一具体的供电网络必须做具体分析,找出影响供电网络的安全运行的主要因素,采取对策。
3、供电网络的安全运行工作是一项长期的工作,必须坚持持续改进的原则,不断提高设备质量和完善网络结构,不断提高网络的自动化水平和加强对网络运行状况的实时检测与故障诊断,以达到供电网络安全运行的目的。
4、供电网络的安全运行与网络设计安全水平有关,如果片面强调节省供电网络建设投资,必然降低设计标准,影响电网运行安全水平,作为供电部门,必须进行严格的设计技术方案审查,从设计上杜绝潜在的不安全因素。
5、供电网络的安全运行与网络与接入网络元件的质量有关,元件质量不合技术要求,势必影响供电网络投运后的安全运行质量,因此,对接入系统的电气元件必须做严格的质量检验,严防假、冒、伪劣电气产品接入系统。
6、供电网络的安全运行与工程安装质量有关,大量事实表明,因安装人员未按图纸要求或未按工艺要求施工,而造成系统投运后(经过一定的潜伏期)发生事故,因此,供电部门必须对施工全过程进行技术监督,按照安装工程验收标准分项进行验收。
7、供电网络的安全运行与运行人员掌握系统的深度有关,由于新技术的应用,如果运行人员不能在系统投运前完全吸收消化,有可能在系统投运后,运行人员误操作,误判断而引发系统事故,所以,必须做好系统投运前的技术培训工作。