配電網合環分析綜述

摘 要：隨著社會經濟的快速發展，城市地區人口規模不斷擴大，用電負荷也實現快速增長，同時用戶對電網的供電可靠性提出了更高的要求。在城區配電網安排計劃倒方式操作或分段開關之間線路停電檢修時，通常需要進行合環倒負荷操作，此類操作的最大的優勢是可以在很大程度上減少用戶的停電時間，滿足用戶用電需求。鑒于以上特點，本文進行了配電網合環分析計算與應用研究，通過對配網合環的基本概念的及，分析合環電流產生的原因，得出配網合環的主要影響因素，并提出配網合環的風險。

關鍵詞：配電網；合環；穩態電流；沖擊電流；影響因素；風險

1 國內外研究概況

美國、歐洲等國家由于配電網網架結構、運行方式和保護配置等方面與國內有差異，同時他們擁有先進成熟的配網自動化系統，對配電網合環操作的研究較少，所有問題由自動化設備直接解決。饋線或用戶一旦發生故障時，配網自動化則會將故障自動隔離，開環點斷路器會自動閉合，從另一側將電源引入正常用戶。

在國內，初期配電網投資建設規模不大，合環問題研究較少。隨著優質服務要求的提高，各供電公司開始嘗試研究合環問題，但目前仍沒有形成一種標準的為合環計算方法和典型經驗，無法為合環操作提供準確的理論依據。目前，國網和南網的一些電力公司已經對配電網的合環操作嘗試開展了一些試驗，進行了相關的理論計算和合環仿真試驗研究[1]。杭州供電公司利用PSCAD/EMTDC軟件建立系統模型，開展仿真某10kV配網的合環操作，并得出降低環流的多種方法和措施；吉林省配網經常性的倒負荷，針對此項工作，電力公司開發出了一種配電網合環操作決策支持系統來指導日常合環工作[2]；文獻[3]-[5]對配網合環產生環流的原因及其預防措施，以及開發了的相應決策系統進行了研究。

但歸納概況后，配電網合環的相關研究和實際操作仍存在以下幾個問題需要注意：

（1）沒有一種簡便、標準、典型的配電網絡簡化的方法。通常配網合環操作主要在饋線聯絡開關間或主變低壓母線間進行，涉及了輸、變、配和用戶，所以，必須考慮涉及合環的網絡，建立理論模型，并建立科學合理的等值網絡。

（2）對合環建模和理論計算有待加強。合環過程中，計算合環電流時，需要考慮合環饋線的系統參數、主變分接頭的位置等因素，此外合環模型的建立、系統的實時參數、合環電流計算方法是配網合環研究的難點和關鍵。進行合環電流計算時，需要有專業的軟件來輔助處理各類信息、數據，支持和驗證計算結果的可行性和安全性。

（3）沒有進行合環瞬時沖擊電流的深入研究。當饋線合環點兩側出現電壓差較大的情況時，雖然合環瞬間各饋線流過的穩態電流能躲過繼電保護的整定值，但是合環瞬時產生的環沖擊電流遠遠超過穩態電流，極有可能造成相應的繼電保護動作跳閘。

2 配電網合環簡介及影響因素

2.1 配網接線方式及基本要求

配電網絡相對于輸電網絡來說，因為電壓等級較低、供電半徑小，與各類用戶直接連接，是供電企業服務用戶的窗口，因此決定了配電網的運行方式有以下的特點和要求：

（1）中壓10kV配電網運行管理中，分支較多，設備復雜，用戶用電負荷分散，無法獲取各節點負荷，因此配網潮流計和分析需要考慮建立新的等值網絡和相應的計算方法。

（2）在配電網中有大量用戶電子設備，還有鐵路電氣化負荷，造成配電網潮流中出現大量的三相電壓不平衡、諧波源等污染源，在配電網合環計算中需要考慮和分析配電網中的各類諧波的分布情況，從而采取有效措施減少諧波危害以及對配網合環的影響。

（3）由于受環境條件的影響，配電網的線路路徑走廊需要綜合考慮市政綠化、消防防火、小區防噪音污染等情況，滿足環保要求。

2.2 配網合環基本概念

配電網合環是指兩條配電線路分別由兩個變電站的低壓側母線所帶，饋線之間設置有聯絡開關和刀閘。正常運行方式時，兩個變電站的低壓母線各自帶對應的配電線路，聯絡開關為斷開狀態，當其中某條饋線整條或部分線路有停電工作時，先關合上聯絡處開關和刀閘，再開斷出線開關或分段開關，由另一饋線帶上該線路整條或部分線路的用電負荷。

城市中壓配電網絡結構方式具備執行合環操作條件的通常可等效為如圖1所示的環形網絡結構。合環操作是指當母線1需要停電檢修時，需要將配電網絡合環點聯絡開關閉合，將被檢修設備上的部分負荷進行轉移，從而保證不間斷供電。

2.3 配網合環基本方式

考慮供電可靠性的高標準要求和用戶的不間斷供電的需求，配電網絡在日常設計和規劃建設中通常采用“手拉手”方式、“N-1”方式以及“N供一備”方式等環網型接線結構，但是在運行過程中因為受系統短路電流等因素的制約，配電網一般采取開環運行的方式。為了滿足用戶的高可靠用電需求，除采取合理穩定的結構、監督運行設備質量關等措施外，在設備檢修或需要轉移負荷時，配網合環操作便成了減少用戶停電時間、提升供電可靠性的重要技術措施。在配電網中，對合環類型進行準確分析是保證計算電網潮流正確的關鍵環節。根據10kV饋線之間合環可能出現的情況，從拓撲結構上對10kV合環方式進行了以下分類。

（1）兩個獨立的220kV電網，220kV主變低壓10kV饋線與110kV主變低壓10kV饋線之間有環網關系。如圖2所示。

（2）兩個相對獨立的220kV電網之間通過110kV主變低壓側10kV饋線進行環網聯絡。如圖3所示。

（3）上一級110kV電源相同，經過不同主變供電的低壓側10kV饋線間有手拉手聯絡關系。如圖4所示。

2.4 配網合環的影響因素

配網合環時會產生環流，主要是因為合環點兩側存在電壓差（數值差或相位差），還有合環饋線的系統參數不同。因此配電網合環時，應盡可能降低環流的幅值，防止饋線超限引起繼電保護誤動作，造成合環失敗。調度員在進行配網合操作之前，首先必須詳細弄清楚電力系統各點的運行方式、電壓、功率分布和繼電保護設置情況，對合環操作過程中有可能產生的潮流變化進行充分的估計和分析，確保該操作能夠滿足下述條件：

（1）在初次合環，保證相位、相序一致。合環操作前需要先進行相位測定，相位一致再有后續工作。

（2）合環后，實時監測饋線各元件負荷和電壓情況，確保不會過載超限。

（3）系統的繼電保護不發生誤動作。

（4）合環點兩饋線的綜合阻抗不宜相差過大，可采取措施改變合環線路阻抗。

（5）合環饋線負荷總和不超過任一開關的額定負荷。

（6）理論計算分析中環流較大一側線路應退出重合閘。

（7）對負荷較重的線路進行合環操作時，應待操作人員到現場后才操作。

以上條件均為理想條件，在日常的配電網調度運行管理過程中，涉及合環操作前需要對合環影響因素進行計算，根據計算結果確定合環條件是否滿足。

3 結束語

本文從配電線路運行的特點出發，提出了配網合環的概念，對配電網合環的原理和主要影響因素進行了詳細的介紹，其主要內容有：

（1）主要介紹了配電網的常用接線方式、配網合環的概念、合環的基本方式、合環操作的優點。

（2）從配網合環的原理出發，明確分析了配網合環電流產生的具體原因及影響因素。為合環穩態和沖擊電流計算提供了有效的理論基礎。

參考文獻

[1]陳霄，王磊，李揚.配電網合環沖擊電流的分析[J].電力自動化設備，2005，25（4）：40-42.

[2]李江華.淺析10kV配網合環產生環流的原因及預防措施[J].電網技術，2005，30（增刊）：199-201.

[3]宣科，張富剛，李傳虎，等.配電網合環操作決策支持系統的開發與研究[J].供用電，2010，27（1）.

[4]葉清華，唐國慶，王磊，等.配電網合環操作環流分析系統的開發和應用[J].電力系統自動化，2002，26（22）：66-69.

[5]苑捷.配電網合環操作的研究[J].陜西電力，2007，35（4）：36-39.