淺談中壓配電網的合環(huán)調度

董洋

為充分滿足公眾對供電可靠性的需求，配電網一般采用雙電源和多電源供電配網結構，以便于在某一母線出現(xiàn)故障時，可以通過多電源供電的合環(huán)操作將負荷轉移到其他母線上，以免造成電網負荷失衡，影響供電穩(wěn)定性。配電網合環(huán)操作能夠有效減少用戶停電現(xiàn)象，保證用戶的正常生產和生活用電。但是合環(huán)操作往往會產生極大的合環(huán)電流，可能引發(fā)母線之間的保護跳閘，帶來一些供電問題。因此需要不斷優(yōu)化完善配電網合環(huán)調度，以保證其良好運行。

一、配電網合環(huán)概述

配電網合環(huán)是一種特殊的電路拓撲結構，它通常出現(xiàn)在中壓配電網中。所謂“合環(huán)”是指一組稱為“環(huán)”的導線通過各級電纜箱和開關裝置相接成一圈，而各個負載點則從這個“環(huán)”上引出。具體來說，配電網的合環(huán)是指由一條或多條電源饋線、一組或多組變壓器以及其他配電設備按照一定的規(guī)則連接起來，形成一個閉合的回路，且饋入端和饋出端連接在同一節(jié)點上。配電網的合環(huán)可以分為同向合環(huán)和反向合環(huán)兩種類型，其中同向合環(huán)表示電流的方向與環(huán)向一致，而反向合環(huán)則反之。在實際應用中，中壓配電網通常采用合環(huán)設計來優(yōu)化供電可靠性和穩(wěn)定性。利用合環(huán)電路可以實現(xiàn)將一部分負載隔離開來保證整個配電網依然正常供電，同時不影響其他節(jié)點的供電，這樣能夠大大提高配電系統(tǒng)的靈活性和可靠性。需要注意的是，合環(huán)結構一旦被建立起來，在新的負載接入時需要對已有負載進行適當分配，以確保中壓配電網的負載均衡和電能質量。

二、配電網合環(huán)運行的主要模式

根據(jù)合環(huán)操作點可以將配電網合環(huán)分為兩種模式，即使用母聯(lián)開關的線路合環(huán)和使用聯(lián)絡開關的線路合環(huán)；根據(jù)合環(huán)點追溯的上游電源（追溯到110kV）的并列運行與否，配電網合環(huán)又包括上游電源并列運行和分列運行兩種類型。綜合以上內容，配電網合環(huán)模式主要包括如下兩種情況。

（一）上游電源分列運行的饋線合環(huán)

配電網上游電源分列運行的饋線合環(huán)是指將中壓配電網的所有上游供電饋線采用交叉回路的方式連接，同時在回路上通過一個開關把饋線與下游負載隔離。這種結構可以有效提高配電系統(tǒng)的供電可靠性和靈活性。這種合環(huán)結構實現(xiàn)了多個饋線并行輸入、負載均衡的目的。當有單個饋線出現(xiàn)故障時，可以通過控制開關將該饋線隔離，并將其他饋線繼續(xù)接入合環(huán)供電，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。如配電網合環(huán)模式下，母線A和母線B分屬于不同的變電站，二者分列運行且可以通過變電站、開關站母聯(lián)開關或聯(lián)絡開關等進行直接合環(huán)操作。

需要注意的是，在建設配電網上游電源分列運行的饋線合環(huán)時，需要嚴格按照相關設計規(guī)范和安全標準進行設計、施工和運行管理，確保其滿足配電負荷要求和電能質量要求，并保障電力設施的安全運行。同時，對于各級開關裝置進行可靠性測試和日常維護，以保證在需要時能夠及時、有效地切換供電路線。

（二）上游電源并列運行的饋線合環(huán)

該配電網合環(huán)模式是將中壓配電網的所有上游供電饋線采用相鄰回路的方式進行連接，使用一個開關進行切換。這種結構可以實現(xiàn)多個電源的并列供電和故障切換。在正常供電時，多個上游電源都連接在同一路饋線上，被接入饋線合環(huán)形成并列運行的狀態(tài)。當一個電源出現(xiàn)故障或需要停工維護時，可以通過控制開關將該電源隔離，并轉移到其他電源上以保證配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這種結構不僅提高了配電系統(tǒng)的供電可靠性和靈活性，也降低了電力設施的建設和運行成本。如采用110KV的母線進行供電時，配網合環(huán)運行可以通過連接變電站母聯(lián)開關或聯(lián)絡開關來實現(xiàn)。這兩種合環(huán)操作具有一定的效果差異，由于前者的上游電源采用分列運行模式，其合環(huán)點電壓差較大，因此操作的危險性較高；后者的110kV電源采用并列運行模式，雖然其合環(huán)點電壓差更小，但合環(huán)線路的兩側負荷往往偏大，從而容易導致電網環(huán)流過大，所以在實際應用過程中，必須通過準確計算才能確保合環(huán)電網運行的安全與穩(wěn)定。

三、中壓配電網合環(huán)運行存在的主要問題

配電網合環(huán)操作能夠減少故障時間和故障區(qū)域，提高供電網絡的可靠性，但是合環(huán)操作對電力系統(tǒng)也存在很多潛在問題。

（一）電壓差問題

合環(huán)電壓差是指在合環(huán)周圍各個接頭之間的電壓差。如果電壓差過大，會影響中壓配電設備的正常運行，甚至可能會引起設備損壞，增加故障率。

合理的合環(huán)電壓差應該保持在10%以下的范圍內。如果超出這個范圍，則需要進行相關檢查和維護來解決問題。例如中壓配電網上兩個變電站之間通過聯(lián)絡開關連接的A和B母線，在配電網正常運行情況下，其聯(lián)絡開關為斷開狀態(tài)。當一端突然斷電，則需要閉合聯(lián)絡開關并將負荷轉移，此時A、B母線并聯(lián)運行，一般而言二者之間的電壓差并不大，聯(lián)絡開關處也不會出現(xiàn)高電流。但是若其中一條母線因燒毀或其他災害破壞而出現(xiàn)短路等電力故障時，此時A和B母線之間就會產生非常高的電壓差，聯(lián)絡開關處出現(xiàn)高強電流（潮流），并可能導致另一端母線被破壞，進而給整個配電網的正常運行帶來影響。

與此同時，當配電網系統(tǒng)短路阻抗相差過大時，電網合環(huán)點兩側的相角差和電壓差也會很大，在此情況下的配電網合環(huán)操作就很有可能帶來較大的合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流，隨之引發(fā)系統(tǒng)的保護防御，因而造成電力故障。由此可見，配電網合環(huán)操作并不能完全確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，尤其是當配電網合環(huán)調度不合理時，還有可能帶來更多、更加嚴重的供電問題，給用戶的生產和生活造成損失。

（二）合環(huán)接頭問題

配電網中母線之間的連接端點也存在多種問題，導致合環(huán)操作故障頻發(fā)，這些問題主要包括：合環(huán)接頭松動，如果合環(huán)接頭松動，會導致電弧接觸不良、電阻過大或者短路等問題。合環(huán)接頭腐蝕，由于外界因素，合環(huán)接頭可能出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，這會導致接觸電阻變大，同時還可能引起溫度升高、損壞設備等問題。合環(huán)接頭燒毀，在不正常的工作環(huán)境下，合環(huán)接頭可能會受到一定程度的高溫燒毀，這會影響配電網絡的正常運行。合環(huán)接頭缺陷，在制造、運輸或安裝合環(huán)接頭的過程中，可能會出現(xiàn)一些缺陷，如接頭的質量不穩(wěn)定、接頭松動、接觸面積不足等問題，這些都可能會導致電網運行出現(xiàn)問題。

四、中壓配電網的合環(huán)調度策略

為解決以上問題，需要重視并加強合環(huán)調度管理，在實施調度工作的過程中加強合環(huán)接線檢查和問題處理，以此降低電網運行故障。具體措施如下：

（一）保證良好的合環(huán)操作條件

要想防止在實施合環(huán)調度時給配電網造成的影響，必須在符合以下條件的情況下謹慎操作。一是應檢查并保持變電站中母線的相序、相位一致，以此避免電網系統(tǒng)合環(huán)點兩側出現(xiàn)較高電壓差和產生較高的合環(huán)電流，二是應盡量降低從變電站到合環(huán)點之間的綜合阻抗差，可以通過縮短線路長度來減少線路電阻和感抗，同時選擇合適的導線截面和導線材料，以降低線路電阻，還需要注意控制溫度升高和功率損耗，避免對線路性能的影響；對于中性點不可接地的系統(tǒng)，也可以增大中壓配電變壓器容量，從而降低變壓器的阻抗和電流互感器的電感，三是負荷轉移中，合環(huán)點兩側的負荷之和應低于其中一側的額定負荷，避免全部負荷集中到一端，引發(fā)事故，可以采用無功補償裝置、電力電子元器件等來改善線路電氣特性，實現(xiàn)對電網線路的合理補償和調節(jié)。

（二）合理計算配電網合環(huán)電流

合環(huán)電流表示中壓配電網中同級別的變壓器組所流過的電流，它是中壓配電網設計和運行的重要參數(shù)之一；配電網合環(huán)電流的計算方法需要結合實際情況進行綜合分析，在保證合理性、準確性和可靠性的前提下，才能得出較為準確合理的配電網合環(huán)電流計算結果，計算時一般需要考慮以下因素：（1）線路阻抗，根據(jù)線路參數(shù)、長度、導線截面等計算出線路電阻和感抗，并確定線路等效電路模型。（2）電源特性，包括電源電壓、電源電流、發(fā)電機內阻、電源變壓器變比等，通過對電源進行建模，可以計算出電源的貢獻電流和電壓。（3）負載特性：負載容量、功率因數(shù)、電流大小等都是影響合環(huán)電流的關鍵因素?？梢酝ㄟ^負載等效電路模型來計算負載電流。（4）合環(huán)方式，不同的合環(huán)方案會對合環(huán)電流產生影響，如并聯(lián)供電時具有最大負荷切換功能的配電網合環(huán)。（5）配電系統(tǒng)拓撲結構，由于配電系統(tǒng)被視為一個復雜的網絡，需要對整個系統(tǒng)的拓撲結構進行分析并建立模型，才能完整地反映出合環(huán)電流的普遍趨勢并進行精確計算。以計算正常運行加一個負載較小的平行饋線在合環(huán)狀態(tài)下的電流為例：首先計算電源到合環(huán)節(jié)點A的電壓，然后計算從A到連接在合環(huán)上的負載和電源端之間的等效電路，包括線路參數(shù)和所有負載參數(shù)。進一步確定所有電路元素的阻抗和電納值，最后使用基爾霍夫電流定律（Kirchhoff）獲得在該等效電路中電流的總和。

（三）加強合環(huán)接頭防護與處理

中壓配電網合環(huán)接頭問題具有多樣性，處理時需要綜合考慮多種因素，并采取針對性措施。如采用預制鋼筋混凝土連接箱或分支箱，提高密封性和可靠性，可減少接頭數(shù)目和接頭故障率；選擇高質量的連接件材料，并在連接時做好處理，例如清理現(xiàn)場、調整線頭長度、加裝縮管等措施，可以有效防止接頭發(fā)生氧化、脫落、短路等問題。保證合環(huán)點與各個收支點之間的適當距離，在設計骨干線路時增加連接點數(shù)量位置的設置和保留相應的補償余地。做好必要的防護措施，避免水和灰塵等外界因素對接頭的損害。比如使用封閉式箱體及配套密封件、防水接頭帽等防止中壓配電網合環(huán)接頭被腐蝕、污染。另外，還需要對線路進行定期檢查和維護，定期清潔、檢查、緊固和更換相關導線及端子等連接件，以確保線路保持良好運行狀態(tài)。

五、結語

作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，配電網負責為用戶輸送電能。中壓配電網的合環(huán)操作是提升供電可靠性和質量的重要途徑，但如果調度運行不當，則可能會導致諸多電力故障并帶來生產生活不便與損失。因此，在進行合環(huán)操作時必須根據(jù)實際情況，嚴格按照相關技術規(guī)范和要求來實施，以提高整個配電網系統(tǒng)的綜合性能。

（作者單位：國家電網公司天津電力城西供電分公司）