10 kV配電網(wǎng)合環(huán)倒負(fù)荷研究

李旭前,石連生,呂澤陽(yáng),趙鵬程,趙洪剛,許強(qiáng)

(1.云南電網(wǎng)公司玉溪供電局,云南 玉溪 653100；2.天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司,天津 300384)

10 kV配電網(wǎng)合環(huán)倒負(fù)荷研究

李旭前1,石連生2,呂澤陽(yáng)2,趙鵬程2,趙洪剛2,許強(qiáng)2

(1.云南電網(wǎng)公司玉溪供電局,云南 玉溪 653100；2.天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司,天津 300384)

針對(duì)城區(qū)10 kV配電網(wǎng)特點(diǎn),采用合環(huán)計(jì)算軟件,提出了按照供電分區(qū)分別建模,并對(duì)影響合環(huán)操作的單一因素進(jìn)行量化分析,在此基礎(chǔ)上,得出綜合因素影響下的允許合環(huán)條件。

合環(huán)操作；合環(huán)電流；供電可靠性；供電分區(qū)

1 前言

在城市配電網(wǎng)運(yùn)行中,為了提高供電可靠性,保證供電連續(xù)性,手拉手式雙向供電的供電模式日益普遍,負(fù)荷通過(guò)倒閘操作進(jìn)行轉(zhuǎn)移供電的情況也更為頻繁。不停電轉(zhuǎn)移負(fù)荷使合環(huán)操作成為配電網(wǎng)運(yùn)行管理中提高供電可靠性的常用操作手段[1-3],該手段可以減少用戶的停電次數(shù)與停電時(shí)間。然而考慮合環(huán)沖擊電流等因素的影響,某10 kV配電網(wǎng)一般采用 “閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行”的供電方式。在該供電方式下每一個(gè)負(fù)荷都是由單一的母線供電,不同母線所帶的負(fù)荷區(qū)域用聯(lián)絡(luò)開關(guān)隔離,形成供電負(fù)荷島,正常情況下聯(lián)絡(luò)開關(guān)開斷運(yùn)行。由于該供電方式在進(jìn)行配網(wǎng)檢修、維護(hù)或者工程原因,會(huì)因?yàn)榈关?fù)荷而出現(xiàn)短時(shí)的停電。

在10 kV配電網(wǎng)合環(huán)操作時(shí),由于在合環(huán)開關(guān)的兩側(cè)母線在合環(huán)前存在一定的電壓相量差,可能導(dǎo)致合環(huán)操作中產(chǎn)生過(guò)大的合環(huán)電流,引起速斷保護(hù)或過(guò)流保護(hù)誤動(dòng),擴(kuò)大停電面積[4]。目前,關(guān)于合環(huán)操作系統(tǒng)的研究相對(duì)較少,操作人員只能憑經(jīng)驗(yàn)決定是否可以進(jìn)行合環(huán)操作,這樣會(huì)導(dǎo)致合環(huán)的操作調(diào)度有一定的盲目性,降低了系統(tǒng)供電可靠性。以下結(jié)合10 kV配電網(wǎng)實(shí)際合環(huán)操作的需要,采用10 kV合環(huán)計(jì)算軟件按照供電分區(qū)進(jìn)行理論建模和影響因素的量化試驗(yàn)分析,并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行合環(huán)校驗(yàn)。

2 配電網(wǎng)合環(huán)轉(zhuǎn)電與網(wǎng)絡(luò)等值

為了分析影響10 kV配電網(wǎng)合環(huán)操作的因素,根據(jù)10 kV配電網(wǎng)設(shè)備聯(lián)絡(luò)及上級(jí)電源情況,將10 kV配電網(wǎng)合環(huán)轉(zhuǎn)電方式歸納為以下4種情況。

圖1 兩個(gè)110 kV變電站的10 kV架空線路合環(huán)示意圖

1)兩個(gè)110 kV變電站的10 kV架空線路合環(huán),如圖1所示。

2)兩個(gè)110 kV變電站的10 kV電纜線路合環(huán),如圖2所示。

圖2 兩個(gè)110 kV變電站的10 kV電纜線路合環(huán)示意圖

3)兩個(gè)110 kV變電站的10 kV架空與電纜混合線路合環(huán),如圖3所示。

圖3 兩個(gè)110 kV變電站的10 kV架空與電纜混合線路合環(huán)示意圖

4)一個(gè)220 kV變電站與一個(gè)110 kV變電站的10 kV電纜線路合環(huán),如圖4所示。

圖4 一個(gè)220 kV變電站與一個(gè)110 kV變電站的10 kV電纜線路合環(huán)示意圖

圖1～4中,主變A和B既可是同一個(gè)變電站的不同主變,也可以是不同變電站的不同主變,從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看10 kV母線至合環(huán)開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是基本相同的,不同的是10 kV母線電壓和系統(tǒng)等值阻抗不同,因此,建立上述四圖相應(yīng)的等值網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。

圖5 10 kV饋線合環(huán)網(wǎng)絡(luò)等值圖

圖5中,Ea和Eb分別為主變A和B低壓側(cè)母線電壓；ZSa和ZSb分別為主變A和B系統(tǒng)等效阻抗；ZLa和ZLb分別為主變A和B的10 kV饋線阻抗；Za和Zb分別為主變A和B的10 kV饋線對(duì)應(yīng)負(fù)荷阻抗。

3 建模與仿真研究

3.1 邊界條件

本次研究按照中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司“十二五”110 kV及以下配電網(wǎng)規(guī)劃編制技術(shù)規(guī)定中B、C、D三類供電區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模,模型示意圖如圖6、7、8。

圖6 B類供電區(qū)建模示意圖

圖7 C類供電區(qū)建模示意圖

圖8 D類供電區(qū)建模示意圖

模型所需基礎(chǔ)參數(shù)和邊界條件如下：

1)本次合環(huán)過(guò)程是一個(gè)從 “合環(huán) (聯(lián)絡(luò)開關(guān))-解環(huán) (出線開關(guān))-再合環(huán) (出線開關(guān))-再解環(huán) (聯(lián)絡(luò)開關(guān))”的完整過(guò)程,“再合環(huán)”點(diǎn)考慮極限情況,即兩條線路出線開關(guān)作為第二次合環(huán)點(diǎn)。

2)110kV變電站上級(jí)環(huán)網(wǎng)考慮為一個(gè)點(diǎn)。

3)B類供電區(qū)110 kV變壓器采用50 MVA有載調(diào)壓兩卷變、C類為40 MVA有載調(diào)壓兩卷變、D類為40 MVA有載調(diào)壓三卷變,220 kV變壓器采用180 MVA有載調(diào)壓三卷變。

4)10 kV架空線路采用LGJ-185、電纜采用YJV22-3×300,線路采用三分段,線路負(fù)荷沿線路均勻分布,正常運(yùn)行負(fù)載率為50%。

5)考慮10 kV線路及系統(tǒng)運(yùn)行安全性,聯(lián)絡(luò)開關(guān)、出線開關(guān)的CT變比采用600/5、過(guò)流保護(hù)電流設(shè)定為 900 A,速斷保護(hù)電流設(shè)定為 2400 A。

6)允許合環(huán)條件：10 kV線路電壓在9.3～10.7 kV之間,線路穩(wěn)態(tài)負(fù)載不超過(guò)100%,合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流小于過(guò)流保護(hù)定值,合環(huán)沖擊電流小于速斷保護(hù)定值。

3.2 計(jì)算步驟

對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行合環(huán)計(jì)算的主要步驟為：

1)采用合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)分供電區(qū)、分轉(zhuǎn)電方式分別建立合環(huán)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型,包括電源點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷等；

2)選定第一次合環(huán)點(diǎn) (聯(lián)絡(luò)開關(guān))進(jìn)行合環(huán)校驗(yàn),如果通過(guò)校驗(yàn),則進(jìn)行第3步,否則,不允許合環(huán)；

3)選定第二次合環(huán)點(diǎn) (出線開關(guān))進(jìn)行合環(huán)校驗(yàn),如果通過(guò)校驗(yàn),允許合環(huán),否則,不允許合環(huán)。

3.3 單一因素分析

針對(duì)影響10 kV合環(huán)的因素,本次研究分別從電壓的大小和相位、10 kV母線負(fù)荷及10 kV線路負(fù)荷四個(gè)方面分別對(duì)B、C、D類供電區(qū)的四種轉(zhuǎn)供電方式進(jìn)行合環(huán)分析。

結(jié)合10 kV合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)分析結(jié)果,得出四種轉(zhuǎn)電方式在單一因素影響下的合環(huán)條件如表1所示。

表1 四種方式在單一因素影響下的10 kV配電網(wǎng)合環(huán)條件

3.4 綜合分析

結(jié)合上表數(shù)據(jù),考慮綜合因素對(duì)合環(huán)操作產(chǎn)生的影響,對(duì)以上三種轉(zhuǎn)電方式進(jìn)行綜合因素影響校驗(yàn),校驗(yàn)邊界條件取各因素影響近似最小值,即電壓差約為7.2%,相位差約為4.22°,10 kV線路總負(fù)荷為8.26 MW。在此種情況下進(jìn)行上述四種轉(zhuǎn)供電方式校驗(yàn)。校驗(yàn)結(jié)果如下。

當(dāng)首次合環(huán)時(shí),聯(lián)絡(luò)開關(guān)的合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流介于100～600 A之間,合環(huán)沖擊電流介于190～900 A之間；當(dāng)出線開關(guān)進(jìn)行二次合環(huán)時(shí),合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流介于100～600 A之間,合環(huán)沖擊電流介于180～910 A之間。在整個(gè)合環(huán)過(guò)程中,10 kV線路負(fù)荷及電壓偏差均在允許范圍內(nèi)。

3.5 合環(huán)條件

結(jié)合以上理論研究結(jié)果可知,為減少合環(huán)電流,原則上要求合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓差不大于7.2%,相角差不大于4.22°,10 kV母線和線路負(fù)荷盡量相等,10 kV線路負(fù)荷較小時(shí),方可進(jìn)行合環(huán)操作?？紤]可能存在相角差較大的問(wèn)題,位于不同220 kV分區(qū)的10 kV環(huán)網(wǎng)線路不宜進(jìn)行合環(huán)轉(zhuǎn)電,或經(jīng)合環(huán)校驗(yàn)通過(guò)后方可進(jìn)行合環(huán)操作。

合環(huán)后校驗(yàn)：各處電壓均符合限值要求,線路電流均未超出額定電流,各主變均滿足負(fù)載要求,各過(guò)流保護(hù)均在限定值內(nèi),允許合環(huán)。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)城區(qū)10 kV配電網(wǎng)特點(diǎn),根據(jù)不同的合環(huán)轉(zhuǎn)供電方式,提出了按照供電分區(qū)進(jìn)行建模,采用合環(huán)計(jì)算軟件,進(jìn)行了單一因素影響的量化分析,在此基礎(chǔ)上,得出綜合因素影響下的允許合環(huán)條件。通過(guò)實(shí)例仿真結(jié)果表明,綜合因素影響下的允許合環(huán)條件能夠?yàn)檎{(diào)度部門合理安排10 kV合環(huán)轉(zhuǎn)供電運(yùn)行方式提供理論指導(dǎo),具有一定的參考價(jià)值。

[1]連鴻波,顧振中,余浩斌,等.10 kV配電網(wǎng)合環(huán)倒負(fù)荷研究[J].華東電力,2012,40(6)：1045-1049.

[2]洪天炘.10 kV環(huán)網(wǎng)合環(huán)操作方式的研究 [J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2004,9(1)：25-29.

[3]李江華.淺析10 kV配網(wǎng)合環(huán)產(chǎn)生環(huán)流的原因及預(yù)防措施[J].電網(wǎng)技術(shù),2006,30：199-201.

[4]于建輝,周浩,陸華.杭州10 kV配電網(wǎng)合環(huán)問(wèn)題的研究[J].機(jī)電工程,2007,24(10)：54-57.

Research on Yuxi 10 kV Distribution Network Closing Loop Operation

LI Xuqian1,SHI Liansheng2,LV Zeyang2,ZHAO Pengcheng2,ZHAO Honggang2,XU Qiang2
(1.Yuxi electric power supply bureau,Yuxi,Yunnan 653100；2.Tianjin Tianda Qiushi Electric Power High Technology Co.,Ltd,Tianjin 300384)

According to the 10 kV power supply zone,it models and analysis the factors of closed loop operation.On this basis,the comprehensive loop condition is reached.The obtained results demonstrate the comprehensive loop condition can provide important reference for dispatchers to arrange reasonable operation mode.

closing loop operation；loop current；power supply reliability；power supply zone

TM72

B

1006-7345(2014)02-0041-04

2014-01-17

李旭前 (1982),男,碩士,工程師,云南電網(wǎng)公司玉溪供電局,從事電網(wǎng)規(guī)劃、配網(wǎng)設(shè)計(jì)工作 (e-mail)12661326@qq.com。

石連生 (1982),男,碩士,工程師,天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司,從事電網(wǎng)規(guī)劃咨詢工作 (e-mail)shiliansheng2001@163.com。

呂澤陽(yáng) (1987),男,本科,天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司,從事電網(wǎng)規(guī)劃咨詢工作 (e-mail)lvzeyang2011@163.com。