一種合解環(huán)裝置的設(shè)計與應(yīng)用

陳云彪，于 杰，丁宇海

（臺州電業(yè)局，浙江 臨海 317000）

0 引言

在電網(wǎng)運(yùn)行中，為保證持續(xù)供電，合解環(huán)操作是常見的操作之一。據(jù)統(tǒng)計，臺州地區(qū)超過95%的倒換負(fù)荷都涉及合解環(huán)操作。

在合解環(huán)操作中，應(yīng)盡量避免電磁環(huán)網(wǎng)和環(huán)路電流對電網(wǎng)設(shè)備的影響。為了避免合環(huán)過程中的環(huán)路電流造成設(shè)備越限運(yùn)行，調(diào)度人員會在合解環(huán)操作前利用EMS（能量管理系統(tǒng)）進(jìn)行模擬操作和狀態(tài)分析。如果在模擬操作中出現(xiàn)設(shè)備滿載或越限等情況，為了保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)度人員更傾向于停電操作，使供電的可靠性降低，同時也大大增加了操作時間。

為了減小合解環(huán)操作對電網(wǎng)穩(wěn)定的影響，國內(nèi)已開展相應(yīng)的研究。文獻(xiàn)[1]建立了電網(wǎng)合環(huán)模型，并對電網(wǎng)合環(huán)時的沖擊電流進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[2]分析了導(dǎo)致電網(wǎng)合解環(huán)操作失敗的原因。文獻(xiàn)[3]分析了電網(wǎng)合環(huán)時電磁環(huán)網(wǎng)對電網(wǎng)的影響。上述研究都傾向于離線應(yīng)用，未從縮短電磁環(huán)網(wǎng)時間、增加設(shè)備可靠性方面入手。本文提出采用新型的合解環(huán)裝置，不僅可以縮短合解環(huán)操作的時間，同時能減少對電網(wǎng)設(shè)備的沖擊，避免誤操作的風(fēng)險，增加電網(wǎng)在合解環(huán)過程中的可靠性。

1 合解環(huán)操作對電網(wǎng)的影響

在合解環(huán)操作時，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要因素有電磁環(huán)網(wǎng)、潮流分布改變以及對繼電保護(hù)裝置的影響。

1.1 合解環(huán)操作對電磁環(huán)網(wǎng)的影響

電磁環(huán)網(wǎng)是指不同電壓等級的輸電線路通過變壓器的電磁回路連接構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，會對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生一些不利的影響。為了保證供電的可靠性，電力系統(tǒng)大多采用閉環(huán)設(shè)計。當(dāng)高一級電壓線路因事故斷開后，該線路所帶的負(fù)荷將通過低一級電壓線路送出，導(dǎo)致低一級電壓線路越限運(yùn)行，破壞導(dǎo)線熱穩(wěn)定性并有可能引起繼電保護(hù)裝置動作。同時，由于高壓線路應(yīng)故障而突然開斷時，系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)阻抗將顯著加大，極易超過聯(lián)絡(luò)線的暫態(tài)穩(wěn)定極限，隨之發(fā)生系統(tǒng)震蕩，造成機(jī)組解列和大量負(fù)荷損失。國內(nèi)外與電磁環(huán)網(wǎng)相關(guān)的事故屢見不鮮，我國1970年至1990年間共發(fā)生與電磁環(huán)網(wǎng)相關(guān)的事故55次。1996年，美國西部電網(wǎng)大停電也與電磁環(huán)網(wǎng)有直接的聯(lián)系[4]。因此，為了減少電磁環(huán)網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響，成熟的電網(wǎng)一般采用開環(huán)方式運(yùn)行。

在電網(wǎng)倒閘操作時，為了保證為用戶持續(xù)供電，需要進(jìn)行合解環(huán)操作，在合解環(huán)操作時應(yīng)盡量縮短電磁環(huán)網(wǎng)的時間。

1.2 合解環(huán)操作對潮流分布的影響

合環(huán)前，由于合環(huán)點(diǎn)兩端的電氣距離不同，在合環(huán)點(diǎn)會存在電壓差和相位差。因此，在合環(huán)后會產(chǎn)生合環(huán)電流，影響系統(tǒng)的潮流分布。如果合環(huán)電流過大，可能會引起設(shè)備越限或繼電保護(hù)誤動等破壞電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的危險因素，因此，合環(huán)時要考慮合環(huán)電流對設(shè)備的影響。

如圖1所示，在合環(huán)前，系統(tǒng)潮流為電源1流向受電端，聯(lián)絡(luò)開關(guān)K斷開。當(dāng)K點(diǎn)合環(huán)以后，系統(tǒng)潮流發(fā)生改變，此時，系統(tǒng)潮流方向有兩種可能，如果電源1和電源2的電氣距離相差不大，潮流由電源1和電源2流向受電端，如圖2所示。

圖2 合環(huán)后系統(tǒng)潮流分布（情況1）

但如果電源1的電氣距離遠(yuǎn)小于電源2，此時，電源1不但要帶受電端的全部負(fù)荷，電源2的部分負(fù)荷也將轉(zhuǎn)由電源1來提供，如圖3所示。此時會加重電源1的負(fù)擔(dān)，可能導(dǎo)致電源1的設(shè)備過載，不利于系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.3 合解環(huán)操作對繼電保護(hù)裝置的影響

圖3 合環(huán)后系統(tǒng)潮流分布（情況2）

為了避免線路發(fā)生瞬時故障時重合失敗，目前大部分橋接線的110kV變電站受電端線路不配置保護(hù)裝置，且大部分線路保護(hù)的定值按照正常開環(huán)運(yùn)行方式整定。合環(huán)時，會存在保護(hù)失配的問題，受電側(cè)變電站存在全停的風(fēng)險[5]。

圖4中，P1和P2為線路的送電端，P1和P2處的線路保護(hù)在正常情況下投入；P3和P4為線路的受電側(cè)，P3和P4處的線路保護(hù)在正常運(yùn)行情況下退出。在合解環(huán)操作時，如果在K點(diǎn)出現(xiàn)短路故障，由于在合環(huán)時該110kV變電站為雙電源供電，P2點(diǎn)保護(hù)動作后故障并未被隔離，P1點(diǎn)保護(hù)也會動作并切除線路，導(dǎo)致受電側(cè)110kV變電站全站失電，損失大量負(fù)荷。

圖4 線路故障

1.4 傳統(tǒng)合解環(huán)操作過程及其弊端

基于以上這些因素的影響，調(diào)度值班人員進(jìn)行合解環(huán)操作時，除了要盡量縮短合環(huán)時間外，還需要考慮以下幾個因素：

（1）合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)相位一致。

（2）合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓差在20%以內(nèi)。

（3）合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓相角差不超過20°。

大多情況下，只要考慮以上因素就可以有效限制環(huán)路電流對電網(wǎng)設(shè)備的沖擊。但是對某些有可能越限的設(shè)備，調(diào)度人員在進(jìn)行合環(huán)操作前還需要利用EMS中的潮流分析軟件進(jìn)行模擬合環(huán)操作。經(jīng)過計算，如果環(huán)路潮流已接近或達(dá)到設(shè)備額定容量，為謹(jǐn)慎起見，調(diào)度人員需要轉(zhuǎn)移部分負(fù)荷，或者采用停電操作，從而會降低供電可靠性，或者會增加操作時間，尤其是事故處理時會延長事故處理的進(jìn)程。

2 新型合解環(huán)裝置的基本原理

為了增加合環(huán)操作的可靠性，避免長時間電磁環(huán)網(wǎng)的影響，設(shè)計了新型合解環(huán)裝置，可以在極短時間內(nèi)完成合解環(huán)操作。合解環(huán)裝置的基本原理如圖5所示。

圖5 合解環(huán)裝置原理

K1，K2和K3為合環(huán)開關(guān)的輔助接點(diǎn)，D1，D2和D3為合環(huán)開關(guān)跳閘的出口壓板，TA1，TA2和TA3為合環(huán)開關(guān)間隔電流互感器的二次回路。當(dāng)裝置啟動后，其中1塊出口壓板置接通位置，接通解環(huán)點(diǎn)開關(guān)的跳閘回路。當(dāng)所有合環(huán)開關(guān)均處合位時，輔助接點(diǎn)開關(guān)K1，K2和K3均接通，且TA1，TA2和TA3均有電流通過，啟動跳閘回路，跳開解環(huán)開關(guān)，電網(wǎng)解環(huán)成功。裝置的動作流程如圖6所示。

圖6 裝置動作流程

3 具體應(yīng)用

臺州地區(qū)某區(qū)域電網(wǎng)合環(huán)前后的運(yùn)行情況如圖7所示。合環(huán)前，110kV丙變電站為受電端，由220kV乙變電站供電。由于計劃檢修需要，將110kV丙變電站的負(fù)荷轉(zhuǎn)由220kV甲變電站供。在合環(huán)過程中，由于甲變電站的電氣距離遠(yuǎn)小于乙變電站，110kV電網(wǎng)的潮流方向發(fā)生改變。甲變電站的T1變壓器不僅要為丙變電站提供負(fù)荷，同時還需承擔(dān)乙變電站Bus2母線的部分負(fù)荷，大大加重了甲變電站T1變壓器的負(fù)擔(dān)，影響T1的安全可靠運(yùn)行。

圖7 某區(qū)域電網(wǎng)合環(huán)前后潮流變化

為了避免因合解環(huán)操作影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要快速切除解環(huán)線路。為此，在110kV丙變電站加裝了合解環(huán)自動裝置，減小合環(huán)操作對設(shè)備的影響。為了與送電側(cè)的保護(hù)配合，躲開距離Ⅱ段保護(hù)的動作延時，將合解環(huán)裝置的動作時限整定為0.3 s。裝置自2008年投運(yùn)以來，經(jīng)過了3年近50次的實(shí)際操作，驗(yàn)證了該裝置能有效避免主變壓器在合解環(huán)過程中過載。同時，合解環(huán)操作時間由5～10 min縮短為0.3 s，大大減輕了電磁環(huán)網(wǎng)和合環(huán)電流對電網(wǎng)設(shè)備的影響。

4 結(jié)語

合解環(huán)操作是電網(wǎng)運(yùn)行的常見操作。本文分析了電網(wǎng)在合解環(huán)操作中存在的問題，介紹了為解決這些問題而設(shè)計的合解環(huán)裝置。經(jīng)過臺州電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行，驗(yàn)證該裝置能有效降低誤操作的風(fēng)險，縮短電網(wǎng)合解環(huán)操作時間，減小電磁環(huán)網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)可靠性。

[1]葉清華，唐國慶，王磊，等.配電網(wǎng)合環(huán)操作環(huán)流分析系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2002，26（22）∶66-69.

[2]曹新頻，汪衛(wèi)華.配網(wǎng)合環(huán)失敗原因分析[J].電工技術(shù)，2001（1）∶57-58.

[3]金長軍，張海濤，李煉.220～110kV電磁合環(huán)典型分析[J].電氣技術(shù)，2011（10）∶84-89.

[4]雷曉蒙.美國西部1996年兩次大面積停電事故初步分析[J].中國電力，1996，29（12）∶62-67.

[5]王翠霞.關(guān)于110kV電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)開關(guān)保護(hù)的應(yīng)用及定值整定原則[J].電氣傳動自動化，2008，30（5）∶56-58.