10 kV 配網(wǎng)線路合環(huán)轉電操作條件及風險評估分析

楊立剛

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司固原供電公司，寧夏 固原 756000）

伴隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展進步與廣大居民生活水平的持續(xù)提升，社會各界對于供電過程的穩(wěn)定性提出了更嚴格的要求，過去采用停電轉供電方式進行負荷轉移或線路檢修，停電頻次多，斷電持續(xù)時間長，一方面會給市民生活帶來諸多不便，影響企業(yè)工廠正常生產(chǎn)，損害了供電企業(yè)的社會形象；另一方面，供電企業(yè)自身也因停電減少了售電量，造成了一定經(jīng)濟損失。假如可以實施10 kV線路先合環(huán)后進行解環(huán)操作的方案，對于有效縮小停電的區(qū)域，提升供電過程的穩(wěn)定性具有非常顯著的效果。為最大限度地縮短用電客戶的停電時長，應對廣大用電客戶的供電要求，合環(huán)轉供電方式必將成為電力系統(tǒng)操作中必不可少的環(huán)節(jié)。

1 合環(huán)轉電

配電網(wǎng)合環(huán)是指某2 座變電站的10 kV 母線各帶1條配電線路。正常工作狀態(tài)下，聯(lián)絡開關裝置處于分閘位置，2 座變電站的母線分別連接各自供電網(wǎng)絡；其中某一座變電站所帶配電線路的出線開關需要檢修或遇事故等有其他突發(fā)事件時，先合上2 條線路之間的聯(lián)絡開關，再斷開該變電站的出線開關，通過另一座變電站的電源帶上2段線路負荷的總過程。這樣帶電的操作減少了電力企業(yè)的電量損失，滿足并實現(xiàn)了電力客戶的不間斷供電。

停電負荷轉移是先拉開主供電源，使需要停電的線路（設備）停電，且與帶電線路有明顯斷開點后，再合上聯(lián)絡（備用）電源，恢復需轉供線路（設備）供電。如圖1 所示。操作過程中會造成10 kV 線路（設備）停電，箱變低壓側裝設了失壓保護裝置，在10 kV 線路恢復供電后，還需要手動恢復低壓用戶供電，對外停電時間較長。

圖1 停電負荷轉移示意圖

合環(huán)操作負荷轉移是先合上備用電源，使主供電源和備用電源環(huán)網(wǎng)運行，再斷開主供電源，如圖2 所示。在操作過程中需轉供的負荷持續(xù)供電，不造成對外停電。

圖2 合環(huán)操作負荷轉移示意圖

2 實施合環(huán)轉電的意義

2.1 用電客戶的實際需要

用電客戶對于供電網(wǎng)絡穩(wěn)定性的需要日益提升，對于可能的停電事故甚至是非常短時段的停電情況都比較關注，某些特定的工業(yè)領域的客戶，如果發(fā)生一次比較短時間的停電事故，將發(fā)生巨大經(jīng)濟損失，如果出現(xiàn)一次30 min 的停電情況將會給用電客戶的生產(chǎn)和生活帶來非常多的麻煩。某些對于供電過程穩(wěn)定性和可靠性要求比較高的重點用戶都需要配備有專線，通常需要具備雙電源系統(tǒng)可供轉供使用，例如薄膜廠及印制版工廠之類的生產(chǎn)企業(yè)，在停電前相關企業(yè)都需要提前若干小時進行有關預備工作，將生產(chǎn)線上的產(chǎn)品及原材料下線，關閉生產(chǎn)線的電源，這樣能夠最大限度地降低損失。恢復供電之后還需要經(jīng)過1 d 左右的生產(chǎn)線的開啟及升溫環(huán)節(jié)才可以恢復正常的生產(chǎn)狀態(tài)，此類用戶對于停電事故非常犯難。因此必須盡最大的可能借助不停電的倒閘操作方式——合環(huán)操作的模式，將用電客戶的停電頻次和停電時間壓縮到最小的限度。這既可以提升用電客戶的用電體驗，又增加了供電企業(yè)供應的電量，在保證供電企業(yè)自身經(jīng)濟收益的情況下，實現(xiàn)了和用電客戶之間的雙贏，有助于樹立供電企業(yè)的社會形象。

2.2 上級電源設備及線路缺陷處治和日常檢修實際需要

由于上一級的變電站的站內設備檢修和線路隱患、缺陷整治需要，部分終端變電站的10 kV 側負荷往往必須較長時間停電或停電后再進行轉移負荷，將會導致較大面積的停電或較大面積的短時間內多次的停電，嚴重影響廣大用戶的工作和生活，同時也妨礙了上一級供電網(wǎng)絡檢修的有序進行。借助不停電的合環(huán)倒閘操作，實現(xiàn)將環(huán)網(wǎng)和聯(lián)絡線的負荷不停電的轉移，有條件的還可通過聯(lián)絡線路反送入變電站的10 kV 母線而轉供該母線所連接的其他單輻射饋線，從而達到不停電或最大限度減少停電對用戶的影響。

2.3 供電網(wǎng)絡運行的實際需要

通常情況下，停電需要提前一星期通知用電客戶，因此供電網(wǎng)絡運行調整的靈活性受到顯著地制約，供電網(wǎng)絡的設備較多，外部運行環(huán)境惡劣，裝置中潛在的缺陷也比較多，如果不能第一時間得到整治，則可能惡化發(fā)展為嚴重的電網(wǎng)事故。通過不停電的合環(huán)操作，將開環(huán)的點位轉移到出現(xiàn)缺陷處設備的兩端，實現(xiàn)有缺陷的部位第一時間隔離并且獲得及時的檢修，這樣就能提早防范線路故障，而且對用電客戶的正常用電沒有影響。同時，當配電網(wǎng)大面積停電進行檢修，停電的用戶小時數(shù)大大增加，供電可靠性指標也將受到極大影響。通過不停電的負荷轉移后，再按照計劃開展線路設備的大型綜合檢修維護，就能最大限度地減少停電的用戶小時數(shù)，提高供電可靠性。

3 合環(huán)操作的基本條件

（1）具備合環(huán)點2 側相位相序相同的條件。合環(huán)的2條配電線路相序相位應正確一致，電壓的差值、相位角的數(shù)值需要滿足規(guī)定的條件，保證合環(huán)內部的潮流變更量不大于供電網(wǎng)絡關于穩(wěn)定狀態(tài)、設備的額定容量等限制，對供電網(wǎng)絡中相對比較復雜的合環(huán)類型操作，首先應進行配電網(wǎng)合環(huán)數(shù)據(jù)的計算或校驗，操作前后電網(wǎng)調控運行部門應與變電運維和供電業(yè)務等部門聯(lián)系。配電網(wǎng)如是首次合環(huán)或對配電網(wǎng)設備檢修后合環(huán)可能引起相位變化的現(xiàn)象，在合環(huán)前需要核定供電網(wǎng)絡合環(huán)操作的相關數(shù)據(jù)，保證合環(huán)點2 側電源的相位相同。如果是電磁類型的環(huán)網(wǎng)環(huán)境，就要確保供電網(wǎng)絡內環(huán)網(wǎng)變壓器裝置的接線組別的差值為零，通過驗算，保證繼電保護裝置不能出現(xiàn)誤動作，供電網(wǎng)絡的環(huán)路沒有過載現(xiàn)象，變壓器的接線差數(shù)值允許在不大于30度就能夠實施相應的合環(huán)的操作。

（2）具備配電網(wǎng)合環(huán)運行的技術條件。配電網(wǎng)合環(huán)要注重并觀察合環(huán)內各配電設備不超過負荷，配電網(wǎng)各節(jié)點電壓數(shù)值不應該大于規(guī)定的數(shù)值，繼電保護裝置和安全裝置需要符合環(huán)網(wǎng)運行的條件，環(huán)網(wǎng)運行的穩(wěn)定性符合配電網(wǎng)穩(wěn)定性條件規(guī)定。

（3）具備合環(huán)運行的標準額定數(shù)值，各母線的電壓不應超過規(guī)定的額定電壓值。

（4）通常情況下應該選擇在負載較輕的情況下實施合環(huán)操作，此時的環(huán)流比較小。

（5）合環(huán)持續(xù)的時間應盡可能縮短。

4 合環(huán)操作風險研究

合環(huán)操作過程將會導致供電網(wǎng)絡結構發(fā)生臨時性改變，在系統(tǒng)回路中出現(xiàn)了比較復雜的環(huán)網(wǎng)，生成了不能控制的環(huán)流網(wǎng)絡；同時，操作過程可能由于狀態(tài)的差異，導致出現(xiàn)安全后果。一般主要有如下問題。

（1）出現(xiàn)非同期的合閘情況。電網(wǎng)系統(tǒng)中的110 kV和環(huán)網(wǎng)相關的開關裝置通常設置同期的合閘設備，配電網(wǎng)絡系統(tǒng)中全部的10 kV 的開關裝置，主變壓器裝置、配電站及用電客戶環(huán)網(wǎng)的10 kV 開關裝置，均沒有設置同期的合閘開關。如果110 kV 的網(wǎng)絡處在雙電源裝置供電并且開環(huán)工作的情況下，10 kV 開關裝置的工作過程必須考慮非同期類型的合閘情況。假如處于單電源進行供電的情況，則不需要考慮該因素。

（2）相序及相位差導致合環(huán)操作不成功。相序及相位保持一致是同一個電源的2 路出線或環(huán)網(wǎng)之間的進行合環(huán)的必備條件之一。如果沒有經(jīng)過相應的相序及相位的校核過程，就實施合環(huán)操作，將會為供電網(wǎng)絡系統(tǒng)造成比較巨大的沖擊和影響。配電網(wǎng)內運行的所有10 kV開關裝置的聯(lián)絡點，均需要執(zhí)行相序以及相位的校核，確保開環(huán)點位2 端電源裝置的各個相的相序方向相互對應，并且參與合環(huán)操作的變壓器裝置的連接組別也應相同。此類過程僅僅是在新啟動投入使用配電線路，或者大修改造過的回路中實施，對此前進行過合環(huán)操作并且相序及相位滿足未發(fā)生變動的2 條不同電源，不必再次進行相序校驗。

（3）裝置過荷。線路進行合環(huán)操作使網(wǎng)絡的拓撲結構發(fā)生了變化，造成了比較復雜的電磁環(huán)網(wǎng)，出現(xiàn)了循環(huán)潮流的情況。電氣環(huán)網(wǎng)進行合環(huán)操作之后潮流分布的狀態(tài)主要由網(wǎng)絡的分流系數(shù)來決定，潮流的分布變化之后的循環(huán)功率數(shù)值很難把控，可能明顯大于環(huán)路設備的允許電流，嚴重威脅設備的安全。

（4）沖擊電流造成的繼電保護裝置跳閘。如果合環(huán)前后回路中的電流出現(xiàn)波動變化，合環(huán)系統(tǒng)中會產(chǎn)生電磁暫態(tài)過程，形成較大的合環(huán)沖擊電流，雖然環(huán)網(wǎng)后穩(wěn)態(tài)電流能躲過過流速斷保護的整定電流，但瞬時的合環(huán)沖擊電流仍有可能引起電流速斷保護的動作，使得合環(huán)操作失敗。

5 合環(huán)轉電風險辨識與管控

5.1 風險識別

按照調度執(zhí)行的不同環(huán)節(jié)進行風險識別，常采用以下10 種方式進行風險控制。

（1）要求各合解環(huán)點操作人員保持在崗，一般應安排2 組進行，一組合環(huán)另一組解環(huán)，以縮短2 條線路合環(huán)時間。

（2）合解環(huán)操作應在天氣晴好條件下進行。

（3）操作涉及線路、設備相設備的穩(wěn)定運行，確保無缺陷、無隱患。

（4）精確計算線路合環(huán)潮流，避免出現(xiàn)過載現(xiàn)象。

（5）做好繼電保護裝置的確認核對工作，嚴格控制參數(shù)變更過程。

（6）合解環(huán)點應使用斷路器操作，操作前應核對相應斷路器的遮斷容量，確保遮斷容量滿足要求。

（7）要確認當前的合環(huán)線路母線電壓、主網(wǎng)方式是否滿足操作要求。

（8）在合環(huán)操作之前，確認變電站兩側是否能夠做到可靠保護。

（9）做好操作前的審核工作，對調度操作進行擬寫和審核，待符合要求后再進行相應操作。

（10）密切監(jiān)控設備的運行實時狀況，要求操作和調控人員加強監(jiān)視，防止出現(xiàn)線路過載等情況，遇有任何異常，立即停止操作并及時處理。

5.2 風險控制

在完成了調控環(huán)節(jié)的風險辨識工作之后，就需要著手對可能存在的風險問題采取措施進行控制。具體來說，主要從以下幾個方面進行考慮。

首先需要配網(wǎng)調度人員根據(jù)線路故障情況、停電計劃等為依據(jù)，對操作內容進行再次審核確認。在滿足了操作要求的前提下，調度員還需根據(jù)當前運行方式擬寫調度操作指令票，而后進行相應的調控工作。然后是在執(zhí)行合環(huán)操作之前，需向主網(wǎng)調度員提出合環(huán)申請，主網(wǎng)調度員根據(jù)實際運行情況對操作條件進行分析確認，待滿足條件后向配網(wǎng)調度員申請許可操作，配網(wǎng)調度員在得到操作許可后，與現(xiàn)場操作運維人員進行聯(lián)系，在滿足操作條件后由現(xiàn)場操作人員執(zhí)行相應操作。需要特別注意的是，在合環(huán)操作過程中，配網(wǎng)調度員申請需做好后臺監(jiān)測監(jiān)控工作，防止出現(xiàn)過載、跳閘等異常情況。

6 影響合環(huán)轉電的因素

6.1 線路分布與網(wǎng)架結構不合理

由于我國供電配網(wǎng)改造建設分為多個階段，在每個階段的建設過程中，受到當時電網(wǎng)規(guī)劃、社會經(jīng)濟及建設技術等多方面的影響，而且在實際建設的過程中采用的規(guī)范標準也存在差異。但是，隨著社會的發(fā)展和科技進步，當前的用電需求發(fā)生了明顯的變化，對于供電要求變得更高，以往所建成的供電線路、配網(wǎng)結構等越來越難以滿足實際需求。10 kV 配電網(wǎng)運行管理中，分支較多，設備復雜，用戶用電負荷分散，部分配網(wǎng)單輻射線路數(shù)量超出了規(guī)定范圍，一些線路聯(lián)絡點較少，甚至沒有聯(lián)絡點，無法獲取各節(jié)點負荷，同時單輻射線數(shù)量也超多等，嚴重影響了10 kV 配電網(wǎng)供電率。

6.2 線路長度，供電半徑不合理

通常來說，10 kV 配電網(wǎng)的最佳工作半徑在15 km以內，在這個工作半徑內，能較為有效地進行線路維護，進而能夠有效控制線損率；同時還能避免因線路過長而造成線路尾部電壓降低而引發(fā)的一系列問題。線路供電半徑過大，勢必會升高線損率或者導致線路末端電壓急劇下降。供電范圍正在持續(xù)擴展，隨著供電范圍的擴大，變電站的負荷也隨之增加，對電站造成了巨大運行壓力。在日常供電過程中，線路的高負荷運轉逐漸成為常態(tài)，甚至還可能出現(xiàn)超負荷運行的情況，直接影響了合環(huán)轉供電的正常運轉。

6.3 聯(lián)絡點設置不合理

對于配網(wǎng)來說，轉供聯(lián)絡點的設置、定位等均會直接影響到整個配電網(wǎng)系統(tǒng)能否健康穩(wěn)定地運行。對轉供電點的科學合理設計，是配電網(wǎng)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的前提。對于以往的配網(wǎng)系統(tǒng)來說，轉供電點的選擇位置常設置在支路，而支路的線徑較窄、截面較小，限制了其所能承受的電荷沖擊強度，進而降低了轉供電率。如果將轉供電點設置在支線前端，則會因與后端負荷的不均衡，影響到供電效率，甚至造成故障停電面積的擴大。

7 提高合環(huán)操作成功率的措施

（1）線路檢修或者改造后需及時核相。配網(wǎng)線路設備繁多復雜，10 kV 線路系統(tǒng)的檢修及設備異動的情況隨時發(fā)生，需要及時校核相位及相序。相位保持一致是合環(huán)操作的必要條件，合環(huán)操作的時候假如相位不一致，則類似于發(fā)生相間短路故障，導致配電線路發(fā)生故障跳閘，甚至可能出現(xiàn)越級跳閘的情況，造成大面積停電事件。

（2）合環(huán)操作之前需要進行合環(huán)潮流電流數(shù)值計算。電力系統(tǒng)中的潮流與供電系統(tǒng)接線的形式、電壓數(shù)值和負載均有直接的關聯(lián)，如果相關的參數(shù)出現(xiàn)顯著的變化，有可能出現(xiàn)線路過載的情況，因此在合環(huán)操作之前需要進行潮流電流的核算，保證合環(huán)操作的時候系統(tǒng)不會出現(xiàn)過載的情況。

（3）完善供電網(wǎng)絡的基礎性參數(shù)指標。因為供電網(wǎng)絡的復雜特性，某些潮流電流的計算和校核過程需要的參數(shù)和信息不全或者記錄不準確，導致潮流電流的計算結果和實際情況相差巨大，需要強化網(wǎng)絡設備的管理工作，完善供電網(wǎng)絡設備相關參數(shù)的數(shù)據(jù)。

（4）制定環(huán)網(wǎng)操作相關的制度。10 kV 線路合環(huán)操作尚處于初級階段，經(jīng)驗比較缺乏，運維過程的經(jīng)驗不足，需要制定切實可行的操作細則，用于指導現(xiàn)場操作。

（5）不斷完善電網(wǎng)架構，合理設置10 kV 線路分段、聯(lián)絡開關。部分10 kV 線路為單輻射結構，或者雖存在聯(lián)絡，但使用隔離刀閘或跌落式熔斷器進行聯(lián)絡，或存在“卡脖子”現(xiàn)象，導致不能進行合解環(huán)操作，限制了合環(huán)操作的推廣。應在電網(wǎng)規(guī)劃建設時，進一步優(yōu)化完善配電網(wǎng)結構，更大范圍實現(xiàn)合環(huán)操作。

8 結束語

10 kV 配電網(wǎng)合環(huán)操作是確保配電網(wǎng)可靠、持續(xù)供電的一大保障，合環(huán)操作能夠降低用電客戶的停電頻率和時長，易于供電網(wǎng)絡的檢修及運行方式變更。為了提高轉供電率，就必須積極探索提高供電可靠性的舉措，如加強停電計劃管理、研究制約配網(wǎng)故障快速復電的措施及強化電網(wǎng)風險預控，加強設備缺陷管理，大力開展帶電作業(yè)等，顯著提升線路合環(huán)操作的效率。