配電網(wǎng)合環(huán)調(diào)電對(duì)繼電保護(hù)的影響

趙燦輝

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 云南省昆明市 650200）

城市電網(wǎng)的改造、創(chuàng)新和發(fā)展，城市供電水平的穩(wěn)定離不開配電網(wǎng)的發(fā)展與進(jìn)步，為了提高供電的穩(wěn)定性，避免大范圍、頻繁的停電給城市居民的生活、工作造成的影響，就要提高合環(huán)調(diào)電技術(shù)的安全性和專業(yè)性，從而促進(jìn)配電網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展。對(duì)全部的合環(huán)調(diào)電的控制裝置來說，首先要做的就是針對(duì)合環(huán)電流引發(fā)保護(hù)這一動(dòng)作的判斷依據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)判其條件是否符合邏輯；其次，就是要根據(jù)合環(huán)電流的特點(diǎn)在合環(huán)操作實(shí)施前制定針對(duì)性手段來控制合環(huán)電流。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各個(gè)地區(qū)的電力負(fù)荷都明顯升高，因此給供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性都提出了極高的要求，同時(shí)電壓波動(dòng)以及暫時(shí)停電等問題也極易造成巨大的損失，因此需要在配電網(wǎng)中積極建設(shè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)，提高配電網(wǎng)管理質(zhì)量，降低各地區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷，減少停電情況，為用戶提高供電的穩(wěn)定性，同時(shí)也能為智能配電網(wǎng)中高級(jí)配電自動(dòng)化的智能功能發(fā)揮作用奠定良好的基礎(chǔ)。

1 合環(huán)調(diào)電對(duì)繼電保護(hù)造成的影響

合環(huán)調(diào)電，具體來說就是配電網(wǎng)開關(guān)實(shí)施的合環(huán)以及解環(huán)工作，這樣在設(shè)備運(yùn)行和負(fù)荷調(diào)節(jié)的過程中也不會(huì)發(fā)生停電的問題，提高了供電的安全性，保證居民的用電穩(wěn)定。在具體的操作過程中是有一定風(fēng)險(xiǎn)的，由于在合環(huán)前，設(shè)備兩側(cè)存在電壓差，那么合環(huán)后電壓差也會(huì)發(fā)生變化，電流環(huán)路中的不同節(jié)點(diǎn)上的電壓差、相位則隨之發(fā)生了巨大的變化，需要實(shí)施功率振蕩后再能重新回到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)中[1]。

1.1 分析產(chǎn)生的沖擊電流對(duì)繼電保護(hù)造成的影響

在合環(huán)的一剎那，沖擊電流產(chǎn)生且會(huì)受到兩側(cè)電壓差、電壓相角差等因素的影響，若產(chǎn)生的沖擊電流較大那么勢(shì)必會(huì)對(duì)繼電保護(hù)效果造成影響，繼電保護(hù)效果受到影響后，則會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘的問題，最終只會(huì)影響整體電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行[2]。

1.2 分析產(chǎn)生的穩(wěn)定電流對(duì)繼電保護(hù)造成的影響

在完成合環(huán)操作后，配電電路結(jié)構(gòu)發(fā)生很大的變化，也因此產(chǎn)生了循環(huán)潮流，在循環(huán)功率的影響下電流也會(huì)提升。受到?jīng)_擊電流、穩(wěn)定電流的影響，實(shí)施合環(huán)操作后發(fā)生短路的幾率明顯提升，而保護(hù)靈敏度則會(huì)下降。如果要持續(xù)實(shí)施繼電保護(hù)、合環(huán)調(diào)電的配合，不僅要讓繼電保護(hù)裝置在合環(huán)調(diào)電前后都保持正常的運(yùn)行，同時(shí)，在實(shí)施合環(huán)調(diào)電操作的時(shí)候必須保證不會(huì)引發(fā)繼電保護(hù)裝置操作，才能真正做到合環(huán)調(diào)電的安全操作[3]。

2 合環(huán)電流與保護(hù)定制之間的配合

圖1：合環(huán)沖擊電流計(jì)算模型及計(jì)算公式

配電網(wǎng)的保護(hù)裝置是通過三段式過流保護(hù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，這一技術(shù)包括電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)以及定時(shí)電流速斷保護(hù)三種。分別分析這三種保護(hù)類型：第一，電流速斷保護(hù)。這一保護(hù)類型的電流定值較高，操作時(shí)間非常短，主要的優(yōu)勢(shì)在于操作迅速，但問題就是無(wú)法實(shí)現(xiàn)全線路全程的保護(hù)。第二，限時(shí)電流速斷保護(hù)。這一類型的電流定值要低于電流速斷保護(hù)，操作時(shí)間會(huì)被延長(zhǎng)，作用的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)全線路全程的保護(hù)，問題在于雖然有較高的靈敏度但是具有選擇性，能夠成為速斷保護(hù)的后備力量[4]。定時(shí)線電流速斷保護(hù)中的電流定值需要根據(jù)可躲過最大負(fù)荷的電流來確定，定值非常低，操作時(shí)間非常長(zhǎng)，主要特點(diǎn)在于保護(hù)的范圍非常廣泛，也能發(fā)揮極強(qiáng)的后備作用。

關(guān)于合環(huán)沖擊電流的計(jì)算模型列入電路的微分方程，從而可以獲取沖擊電流i（t）的表達(dá)式，其中Im作為合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流的波動(dòng)值，根據(jù)相應(yīng)文獻(xiàn)研究可知，黨頻率f=50Hz，時(shí)間t=/2（0.01s）的時(shí)候，沖擊電流則會(huì)達(dá)到最大數(shù)值，最大瞬時(shí)im和有效值IM的公式如（3）（4）所示[5-6]。見圖1。

根據(jù)大量文獻(xiàn)的查詢和參考，在合環(huán)操作前要針對(duì)潮流、沖擊電流的結(jié)果通過規(guī)定的公式內(nèi)容核算出繼電保護(hù)的整定值，若計(jì)算后的條件滿足合環(huán)操作則會(huì)引發(fā)繼電保護(hù)的操作。由于以往繼電保護(hù)的整定值是按照開環(huán)的方式來確定的，因此在合環(huán)后則極易發(fā)生問題，在故障點(diǎn)比較遠(yuǎn)的變電站中，開關(guān)位置流過的故障電流會(huì)小于合環(huán)操作前，那么則會(huì)導(dǎo)致保護(hù)的靈敏度明顯降低。要保證合環(huán)操作后供電的穩(wěn)定性，就必須按照合環(huán)的方式來調(diào)節(jié)整定值，定值調(diào)整到最佳后再進(jìn)行定值的校驗(yàn)，若校驗(yàn)后合環(huán)電流依然會(huì)引發(fā)繼電保護(hù)動(dòng)作，就要實(shí)施減少合環(huán)電流的操作。

3 合環(huán)電流影響因素分析

在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)未發(fā)生變化的基礎(chǔ)上，通過合環(huán)調(diào)控也就是調(diào)節(jié)不同節(jié)點(diǎn)的電壓水平。在電力系統(tǒng)中，常用的調(diào)節(jié)電壓的技術(shù)包括調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓、調(diào)節(jié)變壓器、調(diào)節(jié)補(bǔ)償設(shè)備容量等。一般在10kV 的配電網(wǎng)中，幾乎沒有應(yīng)用發(fā)電機(jī)，由于發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)的操作成本非常高，而且實(shí)施遠(yuǎn)端發(fā)電側(cè)發(fā)電機(jī)對(duì)配電網(wǎng)造成的影響非常小，因此則排除發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)手段。需要特備注意的是，在復(fù)雜的配電網(wǎng)中有大量的聯(lián)絡(luò)開關(guān)以及分段開關(guān)，而隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)已經(jīng)成為了潮流調(diào)控的主要手段。

4 減少合環(huán)電流的相關(guān)手段

合環(huán)電流的計(jì)算是通過電力系統(tǒng)中的潮流計(jì)算完成的，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)找到計(jì)算的方法，然后根據(jù)配電網(wǎng)潮流分配、合環(huán)電流的特點(diǎn)等，可以從合環(huán)前、合環(huán)后實(shí)施減少合環(huán)電流的操作。合環(huán)前減少合環(huán)電流的操作思路為：改變合環(huán)前系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，從而減少潮流及可能的最大沖擊電流。具體操作方法就是改變合環(huán)點(diǎn)、調(diào)節(jié)負(fù)荷水平、調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償?shù)取?/p>

（1）轉(zhuǎn)變合環(huán)的位置。按照當(dāng)前聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)，在正式合環(huán)操作前要通過模擬仿真計(jì)算技術(shù)來找到最佳的合環(huán)位置，然后再制定合理、完善的合環(huán)操作方案，從而可有效避免選擇到對(duì)系統(tǒng)影響較大的合環(huán)位置，保證合環(huán)操作的安全性。

（2）調(diào)節(jié)負(fù)荷的水平。實(shí)際操作中，導(dǎo)致合環(huán)操作失敗的主要因素包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：非負(fù)荷合環(huán)支路本身特點(diǎn)的沖擊電流、非合環(huán)支路沖擊電流引發(fā)的保護(hù)工作等。針對(duì)這些因素則需要通過人工或智能化調(diào)節(jié)方法來調(diào)節(jié)負(fù)荷的水平，在環(huán)網(wǎng)中選擇負(fù)荷水平最小的時(shí)間實(shí)施合環(huán)，從而可減少合環(huán)操作對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)造成的損害。

（3）調(diào)節(jié)變壓器。處于使用狀態(tài)中的變壓器的抗阻能力與變壓器接頭所處位置相關(guān)，若分接頭檔位出現(xiàn)變化，合環(huán)操作后則會(huì)大致合環(huán)電流發(fā)生巨大的變化，由此可知，調(diào)節(jié)合環(huán)電流就可以通過改變分接頭的位置來實(shí)現(xiàn)。

（4）調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償裝置。電網(wǎng)中使用的電容器具有轉(zhuǎn)變電力網(wǎng)絡(luò)無(wú)功負(fù)荷的效果，無(wú)功負(fù)荷的變化也會(huì)影響電壓指標(biāo)，通過無(wú)功補(bǔ)償器來調(diào)節(jié)合環(huán)的電流，相應(yīng)工作原理為：合環(huán)線路的相角滯后后側(cè)處采用了電容器，而在合環(huán)線路相角的超前側(cè)退出了電容器。

（5）投入限流裝置。應(yīng)用電抗器后實(shí)施合環(huán)調(diào)電操作，有效抑制了合環(huán)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流，同時(shí)由于采用的限制裝置會(huì)發(fā)揮壓降的效果，同時(shí)還能維持電壓水平。

在合環(huán)的時(shí)候，要減少合環(huán)電流的思路為：通過監(jiān)測(cè)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的信息數(shù)據(jù)，根據(jù)文獻(xiàn)研究，通過“同期合閘”的這一條件，控制合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓在最小狀態(tài)值的時(shí)候進(jìn)行操作是最好的。操作流程如下：進(jìn)行信息的采集后，接收到遠(yuǎn)程裝置下發(fā)的合環(huán)操作的指令后，評(píng)估兩側(cè)電壓頻差、角差的固定值，分析兩側(cè)合環(huán)操作有沒有在系統(tǒng)的同頻合環(huán)中，根據(jù)評(píng)估結(jié)果以及合環(huán)的條件來進(jìn)行判斷。關(guān)于同頻合環(huán)的判斷依據(jù)：

（1）合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓幅度值低于整定值。

（2）合環(huán)開關(guān)兩側(cè)的電壓角度差明顯小于整定值。

（3）合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓頻率值也小于整定值。

（4）合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓順序一致。

（5）合環(huán)開關(guān)的分閘位置。

差頻合環(huán)判斷依據(jù)為：

（1）合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓幅度數(shù)值低于整定值。

（2）頻率差低于整定值。

（3）頻率差加速度小于整定值水平。

（4）合環(huán)開關(guān)兩側(cè)的電壓順序相一致。

5 降低繼電保護(hù)合環(huán)的操作流程

根據(jù)本文上述內(nèi)容的分析可知，配電系統(tǒng)在合環(huán)調(diào)電的過程中減少對(duì)繼電保護(hù)操作的影響。根據(jù)潮流以及合環(huán)電流值的計(jì)算結(jié)果來調(diào)節(jié)保護(hù)定值，然后進(jìn)行核驗(yàn)，若合環(huán)電流不會(huì)引發(fā)繼電保護(hù)工作那么就可以實(shí)施合環(huán)操作。若合環(huán)電流值依然存在引發(fā)繼電保護(hù)裝置的可能性，那就要先積極減少合環(huán)電流操作對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，然后還要認(rèn)真復(fù)核計(jì)算結(jié)果。

6 以遺傳算法為基礎(chǔ)的合環(huán)電流調(diào)控對(duì)策

6.1 關(guān)于合環(huán)電流的調(diào)控

在配電網(wǎng)的合環(huán)電流超過限制的時(shí)候，以調(diào)整有載調(diào)壓變壓器的變比、調(diào)節(jié)電容器的補(bǔ)償量、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等調(diào)控手段來調(diào)節(jié)合環(huán)電流的靈敏度是最佳手段，具體操作需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法。在配電網(wǎng)中，調(diào)節(jié)變壓器變化對(duì)無(wú)功功率造成的影響較低，因此可以采用投切并聯(lián)補(bǔ)償電容器來實(shí)施配電網(wǎng)的無(wú)功調(diào)控，隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)則是保證配電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要手段。在此基礎(chǔ)上，要積極優(yōu)化計(jì)算方法，由于合環(huán)電流的調(diào)控是一個(gè)非連續(xù)性、約束較多的問題，采用傳統(tǒng)方法處理會(huì)造成很大的誤差，因此要積極采用人工智能計(jì)算方法，遺傳算法則是最佳的選擇，適合用于合環(huán)電流的調(diào)控計(jì)算。

6.2 遺傳算法流程分析

遺傳算法的要素包括以下機(jī)電：參數(shù)如何編碼、初始化群體、確定適應(yīng)度函數(shù)、選擇算法參數(shù)、設(shè)計(jì)遺傳算子等。操作流程如下：

（1）要針對(duì)原始問題的參數(shù)進(jìn)行編碼。

（2）根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)程度。

（3）通過選擇遺傳操作、變異算子等，在現(xiàn)有的群體中應(yīng)用形成了一個(gè)新的群體。

（4）判斷種群是否符合算法的條件，若不符合則返回（3），若符合則為計(jì)算結(jié)果。

7 小結(jié)

城市10kV 配電網(wǎng)一般都采用合環(huán)方式來進(jìn)行故障處理、負(fù)荷轉(zhuǎn)移以及設(shè)備檢修等工作，需要提前做好相應(yīng)調(diào)控。如果合環(huán)調(diào)控的對(duì)策嵌入到高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，通過智能化操作來代替人工操作，則可避免一系列人為事故，有效提高合環(huán)調(diào)電工作的效率。針對(duì)合環(huán)調(diào)電控制裝置來說，第一要先分析合環(huán)調(diào)電引發(fā)的保護(hù)動(dòng)作的評(píng)估條件是否符合邏輯。第二，分析合環(huán)調(diào)電的特點(diǎn)，在實(shí)施操作前制定有效的手段以控制合環(huán)電流。根據(jù)文獻(xiàn)的查詢和研究，要積極完善理論知識(shí)內(nèi)容，不斷創(chuàng)新和改進(jìn)軟件，從而提高配電網(wǎng)合環(huán)調(diào)電的邏輯判斷能力和操作質(zhì)量，以此來保證合環(huán)調(diào)電操作的安全性，提高配電網(wǎng)的整體供電質(zhì)量。