配電網(wǎng)合環(huán)分析綜述

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市地區(qū)人口規(guī)模不斷擴(kuò)大，用電負(fù)荷也實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，同時(shí)用戶對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性提出了更高的要求。在城區(qū)配電網(wǎng)安排計(jì)劃倒方式操作或分段開關(guān)之間線路停電檢修時(shí)，通常需要進(jìn)行合環(huán)倒負(fù)荷操作，此類操作的最大的優(yōu)勢(shì)是可以在很大程度上減少用戶的停電時(shí)間，滿足用戶用電需求。鑒于以上特點(diǎn)，本文進(jìn)行了配電網(wǎng)合環(huán)分析計(jì)算與應(yīng)用研究，通過對(duì)配網(wǎng)合環(huán)的基本概念的及，分析合環(huán)電流產(chǎn)生的原因，得出配網(wǎng)合環(huán)的主要影響因素，并提出配網(wǎng)合環(huán)的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；合環(huán)；穩(wěn)態(tài)電流；沖擊電流；影響因素；風(fēng)險(xiǎn)

1 國(guó)內(nèi)外研究概況

美國(guó)、歐洲等國(guó)家由于配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式和保護(hù)配置等方面與國(guó)內(nèi)有差異，同時(shí)他們擁有先進(jìn)成熟的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)配電網(wǎng)合環(huán)操作的研究較少，所有問題由自動(dòng)化設(shè)備直接解決。饋線或用戶一旦發(fā)生故障時(shí)，配網(wǎng)自動(dòng)化則會(huì)將故障自動(dòng)隔離，開環(huán)點(diǎn)斷路器會(huì)自動(dòng)閉合，從另一側(cè)將電源引入正常用戶。

在國(guó)內(nèi)，初期配電網(wǎng)投資建設(shè)規(guī)模不大，合環(huán)問題研究較少。隨著優(yōu)質(zhì)服務(wù)要求的提高，各供電公司開始嘗試研究合環(huán)問題，但目前仍沒有形成一種標(biāo)準(zhǔn)的為合環(huán)計(jì)算方法和典型經(jīng)驗(yàn)，無法為合環(huán)操作提供準(zhǔn)確的理論依據(jù)。目前，國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)的一些電力公司已經(jīng)對(duì)配電網(wǎng)的合環(huán)操作嘗試開展了一些試驗(yàn)，進(jìn)行了相關(guān)的理論計(jì)算和合環(huán)仿真試驗(yàn)研究[1]。杭州供電公司利用PSCAD/EMTDC軟件建立系統(tǒng)模型，開展仿真某10kV配網(wǎng)的合環(huán)操作，并得出降低環(huán)流的多種方法和措施；吉林省配網(wǎng)經(jīng)常性的倒負(fù)荷，針對(duì)此項(xiàng)工作，電力公司開發(fā)出了一種配電網(wǎng)合環(huán)操作決策支持系統(tǒng)來指導(dǎo)日常合環(huán)工作[2]；文獻(xiàn)[3]-[5]對(duì)配網(wǎng)合環(huán)產(chǎn)生環(huán)流的原因及其預(yù)防措施，以及開發(fā)了的相應(yīng)決策系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

但歸納概況后，配電網(wǎng)合環(huán)的相關(guān)研究和實(shí)際操作仍存在以下幾個(gè)問題需要注意：

（1）沒有一種簡(jiǎn)便、標(biāo)準(zhǔn)、典型的配電網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化的方法。通常配網(wǎng)合環(huán)操作主要在饋線聯(lián)絡(luò)開關(guān)間或主變低壓母線間進(jìn)行，涉及了輸、變、配和用戶，所以，必須考慮涉及合環(huán)的網(wǎng)絡(luò)，建立理論模型，并建立科學(xué)合理的等值網(wǎng)絡(luò)。

（2）對(duì)合環(huán)建模和理論計(jì)算有待加強(qiáng)。合環(huán)過程中，計(jì)算合環(huán)電流時(shí)，需要考慮合環(huán)饋線的系統(tǒng)參數(shù)、主變分接頭的位置等因素，此外合環(huán)模型的建立、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)參數(shù)、合環(huán)電流計(jì)算方法是配網(wǎng)合環(huán)研究的難點(diǎn)和關(guān)鍵。進(jìn)行合環(huán)電流計(jì)算時(shí)，需要有專業(yè)的軟件來輔助處理各類信息、數(shù)據(jù)，支持和驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的可行性和安全性。

（3）沒有進(jìn)行合環(huán)瞬時(shí)沖擊電流的深入研究。當(dāng)饋線合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)出現(xiàn)電壓差較大的情況時(shí)，雖然合環(huán)瞬間各饋線流過的穩(wěn)態(tài)電流能躲過繼電保護(hù)的整定值，但是合環(huán)瞬時(shí)產(chǎn)生的環(huán)沖擊電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過穩(wěn)態(tài)電流，極有可能造成相應(yīng)的繼電保護(hù)動(dòng)作跳閘。

2 配電網(wǎng)合環(huán)簡(jiǎn)介及影響因素

2.1 配網(wǎng)接線方式及基本要求

配電網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于輸電網(wǎng)絡(luò)來說，因?yàn)殡妷旱燃?jí)較低、供電半徑小，與各類用戶直接連接，是供電企業(yè)服務(wù)用戶的窗口，因此決定了配電網(wǎng)的運(yùn)行方式有以下的特點(diǎn)和要求：

（1）中壓10kV配電網(wǎng)運(yùn)行管理中，分支較多，設(shè)備復(fù)雜，用戶用電負(fù)荷分散，無法獲取各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，因此配網(wǎng)潮流計(jì)和分析需要考慮建立新的等值網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)的計(jì)算方法。

（2）在配電網(wǎng)中有大量用戶電子設(shè)備，還有鐵路電氣化負(fù)荷，造成配電網(wǎng)潮流中出現(xiàn)大量的三相電壓不平衡、諧波源等污染源，在配電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算中需要考慮和分析配電網(wǎng)中的各類諧波的分布情況，從而采取有效措施減少諧波危害以及對(duì)配網(wǎng)合環(huán)的影響。

（3）由于受環(huán)境條件的影響，配電網(wǎng)的線路路徑走廊需要綜合考慮市政綠化、消防防火、小區(qū)防噪音污染等情況，滿足環(huán)保要求。

2.2 配網(wǎng)合環(huán)基本概念

配電網(wǎng)合環(huán)是指兩條配電線路分別由兩個(gè)變電站的低壓側(cè)母線所帶，饋線之間設(shè)置有聯(lián)絡(luò)開關(guān)和刀閘。正常運(yùn)行方式時(shí)，兩個(gè)變電站的低壓母線各自帶對(duì)應(yīng)的配電線路，聯(lián)絡(luò)開關(guān)為斷開狀態(tài)，當(dāng)其中某條饋線整條或部分線路有停電工作時(shí)，先關(guān)合上聯(lián)絡(luò)處開關(guān)和刀閘，再開斷出線開關(guān)或分段開關(guān)，由另一饋線帶上該線路整條或部分線路的用電負(fù)荷。

城市中壓配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式具備執(zhí)行合環(huán)操作條件的通?？傻刃槿鐖D1所示的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。合環(huán)操作是指當(dāng)母線1需要停電檢修時(shí)，需要將配電網(wǎng)絡(luò)合環(huán)點(diǎn)聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，將被檢修設(shè)備上的部分負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而保證不間斷供電。

2.3 配網(wǎng)合環(huán)基本方式

考慮供電可靠性的高標(biāo)準(zhǔn)要求和用戶的不間斷供電的需求，配電網(wǎng)絡(luò)在日常設(shè)計(jì)和規(guī)劃建設(shè)中通常采用“手拉手”方式、“N-1”方式以及“N供一備”方式等環(huán)網(wǎng)型接線結(jié)構(gòu)，但是在運(yùn)行過程中因?yàn)槭芟到y(tǒng)短路電流等因素的制約，配電網(wǎng)一般采取開環(huán)運(yùn)行的方式。為了滿足用戶的高可靠用電需求，除采取合理穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、監(jiān)督運(yùn)行設(shè)備質(zhì)量關(guān)等措施外，在設(shè)備檢修或需要轉(zhuǎn)移負(fù)荷時(shí)，配網(wǎng)合環(huán)操作便成了減少用戶停電時(shí)間、提升供電可靠性的重要技術(shù)措施。在配電網(wǎng)中，對(duì)合環(huán)類型進(jìn)行準(zhǔn)確分析是保證計(jì)算電網(wǎng)潮流正確的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)10kV饋線之間合環(huán)可能出現(xiàn)的情況，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上對(duì)10kV合環(huán)方式進(jìn)行了以下分類。

（1）兩個(gè)獨(dú)立的220kV電網(wǎng)，220kV主變低壓10kV饋線與110kV主變低壓10kV饋線之間有環(huán)網(wǎng)關(guān)系。如圖2所示。

（2）兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的220kV電網(wǎng)之間通過110kV主變低壓側(cè)10kV饋線進(jìn)行環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。如圖3所示。

（3）上一級(jí)110kV電源相同，經(jīng)過不同主變供電的低壓側(cè)10kV饋線間有手拉手聯(lián)絡(luò)關(guān)系。如圖4所示。

2.4 配網(wǎng)合環(huán)的影響因素

配網(wǎng)合環(huán)時(shí)會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，主要是因?yàn)楹檄h(huán)點(diǎn)兩側(cè)存在電壓差（數(shù)值差或相位差），還有合環(huán)饋線的系統(tǒng)參數(shù)不同。因此配電網(wǎng)合環(huán)時(shí)，應(yīng)盡可能降低環(huán)流的幅值，防止饋線超限引起繼電保護(hù)誤動(dòng)作，造成合環(huán)失敗。調(diào)度員在進(jìn)行配網(wǎng)合操作之前，首先必須詳細(xì)弄清楚電力系統(tǒng)各點(diǎn)的運(yùn)行方式、電壓、功率分布和繼電保護(hù)設(shè)置情況，對(duì)合環(huán)操作過程中有可能產(chǎn)生的潮流變化進(jìn)行充分的估計(jì)和分析，確保該操作能夠滿足下述條件：

（1）在初次合環(huán)，保證相位、相序一致。合環(huán)操作前需要先進(jìn)行相位測(cè)定，相位一致再有后續(xù)工作。

（2）合環(huán)后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)饋線各元件負(fù)荷和電壓情況，確保不會(huì)過載超限。

（3）系統(tǒng)的繼電保護(hù)不發(fā)生誤動(dòng)作。

（4）合環(huán)點(diǎn)兩饋線的綜合阻抗不宜相差過大，可采取措施改變合環(huán)線路阻抗。

（5）合環(huán)饋線負(fù)荷總和不超過任一開關(guān)的額定負(fù)荷。

（6）理論計(jì)算分析中環(huán)流較大一側(cè)線路應(yīng)退出重合閘。

（7）對(duì)負(fù)荷較重的線路進(jìn)行合環(huán)操作時(shí)，應(yīng)待操作人員到現(xiàn)場(chǎng)后才操作。

以上條件均為理想條件，在日常的配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理過程中，涉及合環(huán)操作前需要對(duì)合環(huán)影響因素進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定合環(huán)條件是否滿足。

3 結(jié)束語

本文從配電線路運(yùn)行的特點(diǎn)出發(fā)，提出了配網(wǎng)合環(huán)的概念，對(duì)配電網(wǎng)合環(huán)的原理和主要影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，其主要內(nèi)容有：

（1）主要介紹了配電網(wǎng)的常用接線方式、配網(wǎng)合環(huán)的概念、合環(huán)的基本方式、合環(huán)操作的優(yōu)點(diǎn)。

（2）從配網(wǎng)合環(huán)的原理出發(fā)，明確分析了配網(wǎng)合環(huán)電流產(chǎn)生的具體原因及影響因素。為合環(huán)穩(wěn)態(tài)和沖擊電流計(jì)算提供了有效的理論基礎(chǔ)。

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