配電網(wǎng)合環(huán)轉(zhuǎn)供電的分析與計(jì)算

陽(yáng) 麗

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司來(lái)賓供電局， 廣西 來(lái)賓 546100)

0 引 言

配電網(wǎng)一般采用開(kāi)環(huán)運(yùn)行，當(dāng)線(xiàn)路停電時(shí)或負(fù)荷重過(guò)載時(shí)通過(guò)合環(huán)操作來(lái)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，保證對(duì)用戶(hù)的連續(xù)供電。某網(wǎng)區(qū)10 kV線(xiàn)路共458條，具備轉(zhuǎn)供電的10 kV線(xiàn)路共317條，但由于在實(shí)際合環(huán)操作中，多次出現(xiàn)電流異常升高導(dǎo)致變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘現(xiàn)象，以致不少線(xiàn)路在合環(huán)轉(zhuǎn)供電時(shí)采取先停電后轉(zhuǎn)供的方式，實(shí)際能夠不停電轉(zhuǎn)供電的10 kV線(xiàn)路只有215條，不停電轉(zhuǎn)供電率為68%。因此有必要對(duì)配網(wǎng)合環(huán)轉(zhuǎn)供電進(jìn)行分析研究，盡量減少合環(huán)操作的停電次數(shù)。

1 合環(huán)電流

環(huán)流由合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓差或短路阻抗不同產(chǎn)生[1]，其大小是影響合環(huán)安全性的關(guān)鍵因素[2]。文獻(xiàn)[3-4]計(jì)算了合環(huán)時(shí)穩(wěn)態(tài)電流，但沒(méi)有考慮暫態(tài)電流的影響。實(shí)際合環(huán)時(shí)電流由合環(huán)前的穩(wěn)態(tài)電流和合環(huán)后的暫態(tài)電流疊加而成。

1.1 穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算

如圖1所示，系統(tǒng)認(rèn)為是無(wú)窮大系統(tǒng)，由電路原理可知從系統(tǒng)1到維林站10 kV母線(xiàn)壓降ΔU1與系統(tǒng)2到立新站10 kV母線(xiàn)壓降ΔU2應(yīng)相等，即ΔU1=ΔU2。

根據(jù)圖1,由電路原理可列式為

(R1+R2)(I+I1)+(R3+R4)(I+I2)+

R5(I+I3)+R10(I-I6)=(R6+R7)(I4-I)+

(R8+R9)(I5-I)

由上式可推算穩(wěn)態(tài)電流為

I=[(R6+R7)I4+(R8+R9)I5+R10I6-

(R1+R2)I1-(R3+R4)I2-R5I3]/(R1+

R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8+R9+R10)

式中：I1-I6為流過(guò)設(shè)備的電流,可從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中獲取;R1-R10為電力系統(tǒng)設(shè)備的電阻,均為已知值。

從圖1可看出，穩(wěn)態(tài)電流由負(fù)荷電流與合環(huán)電流疊加產(chǎn)生，并與環(huán)路中的阻抗值有關(guān)。

1.2 暫態(tài)電流計(jì)算

暫態(tài)電流，也叫沖擊電流，其幅值高、持續(xù)時(shí)間短。它導(dǎo)致繼電保護(hù)動(dòng)作或設(shè)備損壞,其形成原因?yàn)楹檄h(huán)點(diǎn)兩側(cè)存在電壓差。如圖2所示為沖擊電流計(jì)算模型。

圖2 沖擊電流計(jì)算模型

計(jì)算模型中的激勵(lì)為A相相電壓為

合環(huán)回路呈感性,從合環(huán)至穩(wěn)態(tài)是振蕩衰減，電路的非齊次微分方程為

式中：ω為系統(tǒng)角頻率；α為合環(huán)時(shí)刻t=0時(shí)初始相角，由合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓的相角差決定。求解該微分方程，可得合環(huán)全過(guò)程沖擊電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為

非周期分量使暫態(tài)過(guò)程環(huán)流出現(xiàn)較高的峰值。當(dāng)α-φ=90°時(shí)，則在合環(huán)后半個(gè)工頻周期(即0.01 s)達(dá)到最大瞬時(shí)值：

如果沖擊電流過(guò)大，會(huì)造成保護(hù)動(dòng)作，根據(jù)文獻(xiàn)[5]合環(huán)沖擊電流的最大有效值為

It,max=0.805Im

2 合環(huán)轉(zhuǎn)供電基本原則及計(jì)算校核流程

2.1 合環(huán)轉(zhuǎn)供電基本原則

1)相位、相序正確。

2)合環(huán)時(shí)母線(xiàn)電壓差ΔU≤10%Un，相角差δ≤20°。

3)解、合環(huán)操作必須確保潮流、電壓在正常范圍，繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置不誤動(dòng)。

4)合環(huán)電流(沖擊電流和穩(wěn)態(tài)電流之和)的有效值能躲過(guò)環(huán)網(wǎng)中各元件過(guò)流I段和過(guò)流II段的電流定值，避免引起保護(hù)誤動(dòng)。

5)合環(huán)電流產(chǎn)生的沖擊和擾動(dòng)不得破壞電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，不得引起系統(tǒng)電壓長(zhǎng)時(shí)間、大幅度振蕩，不得超過(guò)合環(huán)點(diǎn)附近發(fā)電機(jī)組的承受能力。

6)電磁環(huán)網(wǎng)包含的電壓等級(jí)不宜超過(guò)3級(jí)，即涉及合環(huán)線(xiàn)路屬于同一220 kV網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可合環(huán)操作。

2.2 合環(huán)轉(zhuǎn)供電計(jì)算校核流程

上述基本原則中，2)～5)可以通過(guò)仿真計(jì)算來(lái)判斷，其余原則為直接判斷和準(zhǔn)備工作。合環(huán)轉(zhuǎn)供電計(jì)算校核流程如圖3所示。

圖3 合環(huán)轉(zhuǎn)供電計(jì)算校核流程圖

為了判斷合環(huán)點(diǎn)是否安全，需要進(jìn)行合環(huán)前的穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算、合環(huán)后潮流穩(wěn)定計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算。

3 實(shí)際算例

采用中國(guó)電力科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的PSD-BPA潮流程序進(jìn)行仿真計(jì)算，為了提高收斂性，其算法是先采用P-Q分解法進(jìn)行初始迭代，然后再轉(zhuǎn)入牛頓-拉夫遜法求解潮流。按照上述計(jì)算流程，以某網(wǎng)區(qū)110 kV立新站10 kV高鐵I線(xiàn)、110 kV維林站10 kV維古I線(xiàn)在聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合環(huán)運(yùn)行為例，建立了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)模型，對(duì)開(kāi)環(huán)點(diǎn)進(jìn)行了兩次潮流計(jì)算和一次暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，得到合環(huán)前穩(wěn)態(tài)潮流圖(如圖4所示)、合環(huán)后穩(wěn)態(tài)潮流結(jié)果(如圖5所示)、暫態(tài)過(guò)程仿真結(jié)果圖，其中暫態(tài)過(guò)程仿真設(shè)定在2 s開(kāi)始。兩條線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)為L(zhǎng)GJ-240，過(guò)流I段、II段、III段、過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值分別為3 000 A、1 200 A、600 A、540 A。

從圖4中可以得到合環(huán)前的潮流分布，10 kV維古I線(xiàn)和10 kV高鐵I線(xiàn)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)兩側(cè)的電壓和相位。從圖5中可以得到合環(huán)后的潮流分布，線(xiàn)路的潮流方向?yàn)?0 kV維古I線(xiàn)流向10 kV高鐵I線(xiàn)，并且維林站10 kV維古I線(xiàn)的負(fù)荷增加、立新站10 kV高鐵I線(xiàn)的負(fù)荷減少，同時(shí)可以判斷合環(huán)線(xiàn)路元件沒(méi)有過(guò)載、電壓差在合格范圍內(nèi)。圖6為合環(huán)暫態(tài)過(guò)程電壓曲線(xiàn)仿真結(jié)果。

圖5 合環(huán)后穩(wěn)態(tài)潮流圖

圖6 合環(huán)暫態(tài)過(guò)程電壓曲線(xiàn)

從圖6可以看出，由于合環(huán)后維林站10 kV維古I線(xiàn)的負(fù)荷增加、立新站10 kV高鐵I線(xiàn)的負(fù)荷減少，造成維林站10 kV I段母線(xiàn)電壓下降、立新站10 kV I段母線(xiàn)電壓上升，電壓合格；10 kV維古I線(xiàn)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)電壓下降、10 kV高鐵I線(xiàn)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，合環(huán)后聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)兩側(cè)電壓達(dá)到一致，為10.3 kV。

圖7為合環(huán)暫態(tài)過(guò)程電流曲線(xiàn)仿真結(jié)果。

圖7 合環(huán)暫態(tài)過(guò)程電流曲線(xiàn)

暫態(tài)過(guò)程仿真設(shè)定在2 s開(kāi)始，從圖7可以看出，合環(huán)后將會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，其中維林站10 kV維古I線(xiàn)963開(kāi)關(guān)沖擊電流最大值為516 A，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)沖擊電流最大值為321 A，立新站10 kV高鐵I線(xiàn)962開(kāi)關(guān)由于負(fù)荷減少，電流下降。沖擊電流最大的地方為維林站10 kV維古I線(xiàn)963開(kāi)關(guān)516 A，維林站10 kV維古I線(xiàn)963開(kāi)關(guān)合環(huán)前穩(wěn)態(tài)潮流電流為228 A、合環(huán)后穩(wěn)態(tài)潮流電流為495 A。

為了判斷合環(huán)點(diǎn)是否安全，需要進(jìn)行合環(huán)操作安全性校核，表1為合環(huán)操作安全性校核表。

表1 合環(huán)操作安全性校核表

表1中，校核2.1中合環(huán)轉(zhuǎn)供電基本原則2)～5)，具體內(nèi)容如下：

1)由表1知，合環(huán)時(shí)母線(xiàn)電壓差ΔU=0.3 kV≤10%×10.5 kV，相角差δ=6.6°≤20°，滿(mǎn)足判據(jù)要求。

2)由圖4～6可知，解、合環(huán)后潮流、負(fù)荷、電壓均在正常范圍內(nèi)。

3)由圖7可知，合環(huán)后穩(wěn)態(tài)和沖擊電流之和的最大電流有效值512 A，未超過(guò)過(guò)負(fù)荷定值540 A，未超過(guò)過(guò)流I段定值3 000 A，未超過(guò)過(guò)流II段定值1 200 A，不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)。

4)合環(huán)電流產(chǎn)生的沖擊和擾動(dòng)未破壞電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，未引起系統(tǒng)電壓長(zhǎng)時(shí)間、大幅度振蕩，未超過(guò)合環(huán)點(diǎn)附近發(fā)電機(jī)組的承受能力。

仿真結(jié)果表明，該網(wǎng)區(qū)110 kV立新站10 kV高鐵I線(xiàn)、110 kV維林站10 kV維古I線(xiàn)可在聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處進(jìn)行合環(huán)操作。

4 結(jié) 語(yǔ)

從穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩個(gè)方面對(duì)合環(huán)電流進(jìn)行了分析，提出了合環(huán)轉(zhuǎn)供電的基本原則以及計(jì)算校核流程圖，通過(guò)實(shí)際算例對(duì)合環(huán)轉(zhuǎn)供電進(jìn)行了安全性校核。實(shí)際工作中，如果校核發(fā)現(xiàn)最大電流有效值不能躲過(guò)電流I段或電流II段的保護(hù)定值，則要求保護(hù)裝置適當(dāng)提高電流值并作為合環(huán)操作的臨時(shí)定值，合環(huán)操作前將保護(hù)定值切至臨時(shí)定值來(lái)滿(mǎn)足合環(huán)操作安全要求；部分不能合環(huán)的線(xiàn)路，因受TA變比不滿(mǎn)足或?qū)Ь€(xiàn)線(xiàn)徑小影響，只能通過(guò)基建或技改項(xiàng)目來(lái)解決。

實(shí)踐證明，該合環(huán)轉(zhuǎn)供電基本原則及計(jì)算校核方法有效地指導(dǎo)了某網(wǎng)區(qū)配電網(wǎng)合環(huán)操作，實(shí)現(xiàn)不停電轉(zhuǎn)供電的10 kV線(xiàn)路由215條提高到288條，不停電轉(zhuǎn)供電率由68%提高到91%，大幅提高了供電可靠性，防止合環(huán)操作時(shí)的保護(hù)誤動(dòng)，增強(qiáng)了電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。