城市10 kV配網(wǎng)不停電合環(huán)操作的研究與應(yīng)用

魏天偉 俞曉峰

（1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司宜賓供電公司，四川宜賓644000；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東河源517000）

0 引言

過去10 kV配網(wǎng)很多采用單電源饋線結(jié)構(gòu)，當(dāng)線路發(fā)生故障后負(fù)荷沒有辦法進(jìn)行轉(zhuǎn)移，在故障處理完畢后才能恢復(fù)供電，停電范圍大，停電時(shí)間長(zhǎng)。而目前城市電網(wǎng)經(jīng)過改造和擴(kuò)建，大多采用了手拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每條配網(wǎng)線路都有兩個(gè)或兩個(gè)以上電源，在正常狀態(tài)下以開環(huán)結(jié)構(gòu)運(yùn)行。當(dāng)線路發(fā)生故障或需要檢修維護(hù)時(shí)，通過實(shí)現(xiàn)合環(huán)操作能大大提高配網(wǎng)供電可靠性。而采用合環(huán)不停電倒負(fù)荷，線路不需停電，減少了倒負(fù)荷的停電次數(shù)，對(duì)縮短停電時(shí)間具有非常好的效果。但合環(huán)不停電倒負(fù)荷操作具有較大安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)配網(wǎng)設(shè)備參數(shù)具有一定要求，因此需要對(duì)這種合環(huán)操作方式進(jìn)行深入研究。

1 不停電合環(huán)操作的風(fēng)險(xiǎn)與條件

1.1 不停電合環(huán)操作的風(fēng)險(xiǎn)

10 kV配網(wǎng)不停電合環(huán)操作具有很多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高供電可靠性、縮短用戶停電時(shí)間具有重要意義。但在實(shí)際操作中，不能盲目決定采用這種操作方式，在某些情況下，不停電合環(huán)操作不適合當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，安全風(fēng)險(xiǎn)較高。在配網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，配網(wǎng)線路屬于開環(huán)運(yùn)行。當(dāng)合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)后，將形成電磁環(huán)網(wǎng)。若聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘前，其兩側(cè)線路具有一定的電壓差、相角差或頻率差，配電網(wǎng)從開環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹檄h(huán)狀態(tài)后會(huì)經(jīng)歷一個(gè)暫態(tài)沖程，電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生短時(shí)的功率震蕩，不停電合環(huán)操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生合環(huán)電流。當(dāng)環(huán)流幅值過大時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致合環(huán)操作失敗。當(dāng)兩條線路之間的電壓差為零時(shí)，若線路電源側(cè)10 kV母線對(duì)大系統(tǒng)的短路阻抗不同，在合環(huán)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很大的環(huán)流。又比如某一合環(huán)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算表明符合合環(huán)操作條件，進(jìn)行不停電合環(huán)操作，若此時(shí)環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)接地故障，環(huán)網(wǎng)中某開關(guān)跳閘導(dǎo)致某段線路停運(yùn)，電網(wǎng)中潮流分布會(huì)發(fā)生很大變化，環(huán)網(wǎng)可能會(huì)增加很多負(fù)荷而超過設(shè)備穩(wěn)定極限，當(dāng)大于保護(hù)定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作跳閘，會(huì)導(dǎo)致非故障線路停電，擴(kuò)大故障范圍和經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 不停電合環(huán)操作的條件

由上述分析可知，若合環(huán)時(shí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)電壓幅值差和相角差過大，或者對(duì)大系統(tǒng)短路阻抗過大，在進(jìn)行合環(huán)操作時(shí)會(huì)有很大的沖擊電流，可能會(huì)引起保護(hù)裝置動(dòng)作，使正常運(yùn)行的線路失電。為保證帶電合環(huán)操作的安全性，控制沖擊電流的大小，不停電合環(huán)操作應(yīng)具備以下幾個(gè)條件：

第一，合環(huán)操作時(shí)，配網(wǎng)線路中的相序、相位必須相同，合環(huán)點(diǎn)處聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)電壓差必須最小。

第二，合環(huán)處到上級(jí)變電站的線路的綜合阻抗差值應(yīng)最小。

第三，不停電合環(huán)操作時(shí)，合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)負(fù)荷的負(fù)荷大小以及功率因數(shù)應(yīng)盡量接近，

第四，合環(huán)時(shí)任一開關(guān)的額定負(fù)荷極限值應(yīng)大于配網(wǎng)中負(fù)荷總和，否則即使?jié)M足其他條件也不能進(jìn)行帶電合環(huán)操作。

因此，在不停電合環(huán)操作之前，必須對(duì)合環(huán)所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)電流及沖擊電流、合環(huán)允許的相位差、電壓差進(jìn)行計(jì)算。若配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)不滿足不停電合環(huán)操作條件，則需調(diào)整配網(wǎng)運(yùn)行方式，以使得合環(huán)操作條件得到滿足。

2 不停電合環(huán)操作實(shí)施

考慮到提高供電可靠性，目前城市配網(wǎng)通常采用手拉手方式、N-1方式或N供一備方式等環(huán)網(wǎng)接線結(jié)構(gòu)。但考慮到系統(tǒng)短路電流的影響，配網(wǎng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下一般采取開環(huán)運(yùn)行方式，聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)線路由不同變電站低壓母線各自提供電壓，聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于斷開位置，如圖1所示。

若某條線路需要停電，則先合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，再將出線開關(guān)或分段開關(guān)斷開，由聯(lián)絡(luò)開關(guān)另一側(cè)饋線提供不需停電線路的用電負(fù)荷。

在不停電合環(huán)操作時(shí)，按照以下順序進(jìn)行：

第一步，在進(jìn)行不停電合環(huán)操作前，首先需對(duì)配網(wǎng)線路的相序進(jìn)行核對(duì)。若發(fā)現(xiàn)線路相序不對(duì)，則不能開展合環(huán)操作，同時(shí)需安排檢修人員制定計(jì)劃對(duì)相序進(jìn)行調(diào)整。

第二步，調(diào)整合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)線路電壓，使其電壓差、相位差、頻率差小于調(diào)度規(guī)程所規(guī)定的范圍。調(diào)整電壓主要采用調(diào)整有載調(diào)壓變壓器分接頭檔位、投退電容器兩種手段，通過運(yùn)行人員的操作使得電壓達(dá)到符合合環(huán)條件的范圍。

第三步，利用軟件進(jìn)行潮流計(jì)算得出合環(huán)電流，分析合環(huán)電流是否滿足條件。若合環(huán)操作電流不滿足要求，則改變電網(wǎng)運(yùn)行方式或?qū)ω?fù)荷進(jìn)行調(diào)整，直到網(wǎng)絡(luò)滿足合環(huán)操作要求。

第四步，調(diào)度員下令通知運(yùn)行人員進(jìn)行合環(huán)操作。

第五步，調(diào)度員記錄合環(huán)前、合環(huán)時(shí)、合環(huán)后的潮流分布數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步研究以及歷史數(shù)據(jù)對(duì)比打好基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

以往停電倒負(fù)荷往往需要30 min左右，且在線路倒負(fù)荷操作時(shí)將損失部分供電量。不停電合環(huán)操作避免了這部分直接經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)避免線路停電也將帶來良好的社會(huì)效益。當(dāng)電網(wǎng)規(guī)模較小時(shí)，通過調(diào)整方式一般都比較容易達(dá)到不停電合環(huán)操作的條件。但隨著城區(qū)的擴(kuò)大，10 kV配網(wǎng)規(guī)模也在擴(kuò)大，配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，在進(jìn)行合環(huán)操作時(shí)會(huì)出現(xiàn)新的挑戰(zhàn)，因此需對(duì)配網(wǎng)合環(huán)操作以及運(yùn)行工作進(jìn)行更深入的研究。