配電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行的影響因素及運(yùn)行原則探究

顧春鳳

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對提高城市配電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量也提出了更高的要求，配電網(wǎng)雙向供電和多電源供電的供電模式日益增多，合環(huán)操作也日益頻繁。但在合環(huán)操作時合環(huán)瞬間將產(chǎn)生較大的沖擊電流，穩(wěn)定后電網(wǎng)中同樣可能產(chǎn)生較大環(huán)流，這些現(xiàn)象都將直接影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。文章對電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行的影響因素及運(yùn)行原則進(jìn)行了探究，以便更好的做好配電網(wǎng)的相關(guān)設(shè)計工作。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；合環(huán)運(yùn)行；原則

市配電網(wǎng)絡(luò)中線路的走向以及配電設(shè)施和用戶的分布具有明顯的地理特征。因地域和配電設(shè)施比較集中，城市配電網(wǎng)絡(luò)與其他地方交叉跨越較多，為提高供電可靠性，除了建設(shè)可靠的電源點(diǎn)外，配電網(wǎng)絡(luò)的常用結(jié)構(gòu)多采用環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，或者是雙端電源環(huán)網(wǎng)及多電源供電網(wǎng)絡(luò)，即將原先獨(dú)立的輻射式配電網(wǎng)改變?yōu)檫\(yùn)行靈活的鏈?zhǔn)脚潆娋W(wǎng)。

配電系統(tǒng)帶電合環(huán)是指某兩個變電站的低壓母線各帶一段配電線路，而線路之間通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)聯(lián)絡(luò)。正常時，聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，兩個站的母線分別帶各自的配電線路；當(dāng)其中某一個站所帶配電線路的出線開關(guān)需要檢修或有其他突發(fā)事件時，待故障消除后應(yīng)先合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，再斷開該站出線開關(guān)，通過另一個站的低壓母線帶上兩段配電線路負(fù)荷的總過程。這樣操作減少了用戶的停電時間，實(shí)現(xiàn)了不間斷供電。

1 影響配電網(wǎng)合環(huán)的因素

1.1 合環(huán)電流產(chǎn)生原因

配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合環(huán)操作時，合環(huán)線路兩側(cè)電源一般處于分列運(yùn)行狀態(tài)，但它們的上級電源應(yīng)該是并列的。經(jīng)總結(jié)，10kV配電網(wǎng)合環(huán)電流產(chǎn)生原因如下：（1）合環(huán)開關(guān)兩側(cè)變電所10kV母線的電壓差（數(shù)值差、相位差）產(chǎn)生環(huán)流。（2）由于合環(huán)開關(guān)兩側(cè)變電所10kV母線對系統(tǒng)的短路阻抗不同產(chǎn)生環(huán)流。

配電網(wǎng)饋線間進(jìn)行合環(huán)操作時，必然要經(jīng)歷一個暫態(tài)過程。這是由于斷路器閉合前合環(huán)兩側(cè)存在電壓差ΔU≠0，而當(dāng)斷路器閉合時，兩端的電壓差突然發(fā)生變化，合環(huán)斷路器兩側(cè)電壓突然變?yōu)榇笮∠嗟?，相角差?，也即ΔU≠0，這必然引起環(huán)內(nèi)各個節(jié)點(diǎn)電壓大小和角度的相應(yīng)變化，連接于環(huán)上節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)的電勢和角度也將產(chǎn)生變化。然而，由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是有慣性的，發(fā)電機(jī)的角度，也就是轉(zhuǎn)子的角度不能發(fā)生突變，而是要經(jīng)過一個搖擺過程才能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，當(dāng)開口電壓的相角或頻率不相等時，發(fā)電機(jī)和環(huán)網(wǎng)各線路合環(huán)后必將產(chǎn)生功率振蕩，從而產(chǎn)生并列合環(huán)操作的沖擊電流和電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流。

1.2 影響合環(huán)的因素

將合環(huán)系統(tǒng)作適當(dāng)簡化，以方便對其影響因素進(jìn)行分析。具體的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有所差別，合環(huán)點(diǎn)位置的選取也有所不同，應(yīng)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，抽象出一種具有普遍適應(yīng)性且便于分析的計算模型。最基本的合環(huán)模型中應(yīng)具備參與合環(huán)的變電所的主變壓器、低壓側(cè)母線及負(fù)荷、合環(huán)線路與聯(lián)絡(luò)開關(guān)，如圖1所示。

由具體分析可看出，影響合環(huán)后聯(lián)絡(luò)開關(guān)上的功率和電流的因素有以下幾點(diǎn)：（1）合環(huán)后主變壓器高壓側(cè)電壓差ΔU；（2）合環(huán)后主變壓器低壓側(cè)母線電壓UL；（3）主變壓器所帶負(fù)荷：S1、S2、L1、L2；（4）主變壓器阻抗：ZT1、ZT2；（5）合環(huán)前主變壓器低壓側(cè)母線電壓UL1、UL2。

總結(jié)合環(huán)電流產(chǎn)生原因，得出影響因素為合環(huán)點(diǎn)兩端電壓差、相角差以及合環(huán)環(huán)路線路阻抗。合環(huán)電流大小近似與電壓幅值差和相角差成正比，而與環(huán)路線路阻抗近似成反比。因此可以采用調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置和改變變壓器所帶負(fù)荷大小來是合環(huán)電流合理化。

2 10kV配電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行原則

通過理論模型的搭建，結(jié)合合環(huán)分析軟件進(jìn)行計算、分析。本次研究按照中國南方電網(wǎng)公司“十二五”110千伏及以下配電網(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。模型所需基礎(chǔ)參數(shù)和邊界條件如下：（1）B類供電區(qū)110kV變壓器采用50MVA有載調(diào)壓兩卷變、C類為40MVA有載調(diào)壓兩卷變、D類為40MVA有載調(diào)壓三卷變。（2）兩座變電站平衡節(jié)點(diǎn)初始相位設(shè)置為0°，對于10kV線路電壓正常值的范圍設(shè)置在9.3～10.7kV之間。（3）10kV架空線路采用LGJ-185、電纜采用YJV22-3×300，線路分段采用三分段，線路負(fù)荷沿線路均勻分布，線路負(fù)載超過130%時，禁止合環(huán)。（4）考慮10kV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、過流保護(hù)電流設(shè)定為900A，速斷保護(hù)電流設(shè)定為2400A。（5）本次合環(huán)過程是一個從“合環(huán)-解環(huán)-再合環(huán)-再解環(huán)”的完整過程，并對、“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)的時刻。

通過建立10kV配電網(wǎng)合環(huán)模型，采用配電網(wǎng)合環(huán)計算系統(tǒng)計算，得出三種方式在單一因素影響下的理論模型計算結(jié)果，分析其結(jié)果，總結(jié)在單一影響因素下B、C、D三類地區(qū)允許合環(huán)運(yùn)行的理論原則為：（1）電壓差。B類地區(qū)出線開關(guān)A，A站高壓側(cè)電壓差小于12.10%，B站高壓側(cè)電壓差小于20.50%；出線開關(guān)B，A站高壓側(cè)電壓差小于12.10%，B站高壓側(cè)電壓差小于15.20%時允許合環(huán)。C類地區(qū)出線開關(guān)A，A站高壓側(cè)電壓差小于6.40%，B站高壓側(cè)電壓差小于23.40%；出線開關(guān)B，A站高壓側(cè)電壓差小于6.40%，B站高壓側(cè)電壓差小于19.60%時允許合環(huán)。D類地區(qū)出線開關(guān)A，A站高壓側(cè)電壓差小于8.30%，B站高壓側(cè)電壓差小于27.90%；出線開關(guān)B，A站高壓側(cè)電壓差小于8.30%，B站高壓側(cè)電壓差小于15.50%時允許合環(huán)。（2）相位差。B類地區(qū)A站平衡點(diǎn)相位小于12.54度，B站平衡點(diǎn)相位小于12.61度時允許合環(huán)。C類地區(qū)A站平衡點(diǎn)相位小于17.69度，B站平衡點(diǎn)相位小于17.95度時允許合環(huán)。D類地區(qū)A站平衡點(diǎn)相位小于19.26度，B站平衡點(diǎn)相位小于19.12度時允許合環(huán)。（3）線路負(fù)荷。B類地區(qū)線路A與線路B總的有功負(fù)荷小于12.65MW，無功負(fù)荷小于4.15Mvar時允許合環(huán)。C類地區(qū)線路A與線路B總的有功負(fù)荷小于8.90MW，無功負(fù)荷小于2.92Mvar時允許合環(huán)。D類地區(qū)線路A與線路B總的有功負(fù)荷小于7.45MW，無功負(fù)荷小于2.46Mvar時允許合環(huán)。

在實(shí)際合環(huán)操作中，應(yīng)根據(jù)理論計算模型，結(jié)合地區(qū)10kV線路實(shí)際運(yùn)行情況，確定符合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的合環(huán)運(yùn)行條件，并制定相應(yīng)的原則。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳長蘭，孫朝暉.配電網(wǎng)的合環(huán)運(yùn)行[J].運(yùn)行維護(hù)，2009（01）.

[2] 席云華.廣州地區(qū)10kV電網(wǎng)合環(huán)供電理論研究[J].科技論壇，2008 （05）.

[3] 劉健，畢鵬翔，楊文宇，程紅麗.配電網(wǎng)理論及應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2007.