配電網合環運行的影響因素及運行原則探究

顧春鳳

摘 要：隨著經濟的快速發展，對提高城市配電網的供電可靠性和電能質量也提出了更高的要求，配電網雙向供電和多電源供電的供電模式日益增多，合環操作也日益頻繁。但在合環操作時合環瞬間將產生較大的沖擊電流，穩定后電網中同樣可能產生較大環流，這些現象都將直接影響到電網的安全穩定運行。文章對電網合環運行的影響因素及運行原則進行了探究，以便更好的做好配電網的相關設計工作。

關鍵詞：配電網；合環運行；原則

市配電網絡中線路的走向以及配電設施和用戶的分布具有明顯的地理特征。因地域和配電設施比較集中，城市配電網絡與其他地方交叉跨越較多，為提高供電可靠性，除了建設可靠的電源點外，配電網絡的常用結構多采用環型網絡，或者是雙端電源環網及多電源供電網絡，即將原先獨立的輻射式配電網改變為運行靈活的鏈式配電網。

配電系統帶電合環是指某兩個變電站的低壓母線各帶一段配電線路，而線路之間通過聯絡開關聯絡。正常時，聯絡開關斷開，兩個站的母線分別帶各自的配電線路；當其中某一個站所帶配電線路的出線開關需要檢修或有其他突發事件時，待故障消除后應先合上聯絡開關，再斷開該站出線開關，通過另一個站的低壓母線帶上兩段配電線路負荷的總過程。這樣操作減少了用戶的停電時間，實現了不間斷供電。

1 影響配電網合環的因素

1.1 合環電流產生原因

配電網絡進行合環操作時，合環線路兩側電源一般處于分列運行狀態，但它們的上級電源應該是并列的。經總結，10kV配電網合環電流產生原因如下：（1）合環開關兩側變電所10kV母線的電壓差（數值差、相位差）產生環流。（2）由于合環開關兩側變電所10kV母線對系統的短路阻抗不同產生環流。

配電網饋線間進行合環操作時，必然要經歷一個暫態過程。這是由于斷路器閉合前合環兩側存在電壓差ΔU≠0，而當斷路器閉合時，兩端的電壓差突然發生變化，合環斷路器兩側電壓突然變為大小相等，相角差為0，也即ΔU≠0，這必然引起環內各個節點電壓大小和角度的相應變化，連接于環上節點發電機的電勢和角度也將產生變化。然而，由于發電機的轉子是有慣性的，發電機的角度，也就是轉子的角度不能發生突變，而是要經過一個搖擺過程才能達到新的穩態值，當開口電壓的相角或頻率不相等時，發電機和環網各線路合環后必將產生功率振蕩，從而產生并列合環操作的沖擊電流和電磁環網的環流。

1.2 影響合環的因素

將合環系統作適當簡化，以方便對其影響因素進行分析。具體的配電網絡結構有所差別，合環點位置的選取也有所不同，應結合實際運行情況，抽象出一種具有普遍適應性且便于分析的計算模型。最基本的合環模型中應具備參與合環的變電所的主變壓器、低壓側母線及負荷、合環線路與聯絡開關，如圖1所示。

由具體分析可看出，影響合環后聯絡開關上的功率和電流的因素有以下幾點：（1）合環后主變壓器高壓側電壓差ΔU；（2）合環后主變壓器低壓側母線電壓UL；（3）主變壓器所帶負荷：S1、S2、L1、L2；（4）主變壓器阻抗：ZT1、ZT2；（5）合環前主變壓器低壓側母線電壓UL1、UL2。

總結合環電流產生原因，得出影響因素為合環點兩端電壓差、相角差以及合環環路線路阻抗。合環電流大小近似與電壓幅值差和相角差成正比，而與環路線路阻抗近似成反比。因此可以采用調節變壓器分接頭位置和改變變壓器所帶負荷大小來是合環電流合理化。

2 10kV配電網合環運行原則

通過理論模型的搭建，結合合環分析軟件進行計算、分析。本次研究按照中國南方電網公司“十二五”110千伏及以下配電網規劃編制技術規定中B、C、D三類供電區的標準進行建模。模型所需基礎參數和邊界條件如下：（1）B類供電區110kV變壓器采用50MVA有載調壓兩卷變、C類為40MVA有載調壓兩卷變、D類為40MVA有載調壓三卷變。（2）兩座變電站平衡節點初始相位設置為0°，對于10kV線路電壓正常值的范圍設置在9.3～10.7kV之間。（3）10kV架空線路采用LGJ-185、電纜采用YJV22-3×300，線路分段采用三分段，線路負荷沿線路均勻分布，線路負載超過130%時，禁止合環。（4）考慮10kV線路及系統運行安全性，聯絡開關、出線開關的CT變比采用600/5、過流保護電流設定為900A，速斷保護電流設定為2400A。（5）本次合環過程是一個從“合環-解環-再合環-再解環”的完整過程，并對、“再合環”點考慮極限情況，即兩條線路出線開關作為第二次合環點的時刻。

通過建立10kV配電網合環模型，采用配電網合環計算系統計算，得出三種方式在單一因素影響下的理論模型計算結果，分析其結果，總結在單一影響因素下B、C、D三類地區允許合環運行的理論原則為：（1）電壓差。B類地區出線開關A，A站高壓側電壓差小于12.10%，B站高壓側電壓差小于20.50%；出線開關B，A站高壓側電壓差小于12.10%，B站高壓側電壓差小于15.20%時允許合環。C類地區出線開關A，A站高壓側電壓差小于6.40%，B站高壓側電壓差小于23.40%；出線開關B，A站高壓側電壓差小于6.40%，B站高壓側電壓差小于19.60%時允許合環。D類地區出線開關A，A站高壓側電壓差小于8.30%，B站高壓側電壓差小于27.90%；出線開關B，A站高壓側電壓差小于8.30%，B站高壓側電壓差小于15.50%時允許合環。（2）相位差。B類地區A站平衡點相位小于12.54度，B站平衡點相位小于12.61度時允許合環。C類地區A站平衡點相位小于17.69度，B站平衡點相位小于17.95度時允許合環。D類地區A站平衡點相位小于19.26度，B站平衡點相位小于19.12度時允許合環。（3）線路負荷。B類地區線路A與線路B總的有功負荷小于12.65MW，無功負荷小于4.15Mvar時允許合環。C類地區線路A與線路B總的有功負荷小于8.90MW，無功負荷小于2.92Mvar時允許合環。D類地區線路A與線路B總的有功負荷小于7.45MW，無功負荷小于2.46Mvar時允許合環。

在實際合環操作中，應根據理論計算模型，結合地區10kV線路實際運行情況，確定符合當地電網的合環運行條件，并制定相應的原則。

參考文獻

[1] 吳長蘭，孫朝暉.配電網的合環運行[J].運行維護，2009（01）.

[2] 席云華.廣州地區10kV電網合環供電理論研究[J].科技論壇，2008 （05）.

[3] 劉健，畢鵬翔，楊文宇，程紅麗.配電網理論及應用[M].北京：中國水利水電出版社，2007.