10kV配电网合环操作的探讨

10kV配电网合环操作的探讨

梁升洪

（广东电网肇庆供电局广东肇庆526060）

摘要：配电网在设备检修、负荷调整时如果采取合环转电，将可以减少用户短时停电，提高供电可靠性。因此，有效评估配电网合环操作条件，提供合环操作的原则，对指导运行人员安全开展合环操作具有重要意义。本文结合肇庆地区配网的情况，简单介绍了配网合环操作的理论基础和操作原则。

关键词：配电网合环操作

【前言】

配电网一般采用闭环设计、开环运行的供电方式。在这种供电方式下每一个负荷都是由单一的母线供电，不同母线所带的负荷区域用联络开关隔离，形成供电负荷岛，正常情况下联络开关开断运行。在配网检修、负荷调整时如果采取合环转电，可以减少用户停电，提高供电可靠性。但受系统运行状况和电网参数影响，合环时可能使设备过载、继电保护误动等风险。因此，有必要对10kV电网电磁合环稳态电流和冲击电流进行详细的分析，并提出合环操作的基本原则。

【正文】

1、合环方式分类

10kV配网电磁合环转电的方式主要有以下8种：

方式1：不同220kV片网，110kV主变10kV馈线与220kV主变10kV馈线之间的联络，如图1所示。

图1不同片网，110kV主变与220kV主变各自的10kV侧馈线联络图

方式2：不同220kV片网的110kV线路分区之间的馈线联络，如图2所示。

图2不同片网馈线联络图

方式3：相同220kV片网，不同110kV线路分区的馈线联络，如图3所示。

图3片网内不同110kV线路馈线联络图

方式4：相同220kV片网，相同110kV线路分区，不同主变之间的馈线联络，如图4所示。

图4相同110kV线路不同主变馈线联络图

方式5：相同主变，不同馈线之间的联络，如图5所示。

图5相同110kV主变不同馈线联络图

方式6：相同馈线，不同支线之间的联络，如图6所示。

图6相同馈线不同支线联络图

方式7：相同片网，110kV主变10kV馈线与220kV主变10kV馈线之间的联络，如图7所示。

图7110kV主变与220kV主变各自的10kV侧馈线联络图

方式8：220kV主变10kV馈线之间的联络，如图8所示。

图8220kV主变10kV馈线之间的联络

从这八种合环方式来看，方式1、方式2涉及两个不同220kV片网的联络，10kV母线的电压幅值相角差异会比较大。方式4、方式5、方式6均是同一个110kV变电站引出的馈线的联络，其10kV母线电气量差异较小。方式1、方式7、方式8涉及220kV主变的低压侧10kV母线。

2合环网络等值分析

2.1稳态潮流分析

其中

合环两侧电压差异引起的环流

馈线1初始电流为

馈线2初始电流为

合环后流经馈线1的电流

合环后流经馈线2的电流

图9合环等值电路

2.2冲击电流分析

在配电网实际合环转电时，我们不仅需要分析合环后稳态潮流对电网安全稳定运行的影响，而且需要考虑合环瞬时的冲击电流对电网运行的影响。合环电流最大可能的瞬时值称为合环冲击电流，冲击电流通常幅值较高而持续时间较短。计算合环暂态冲击电流单相等值电路如图10所示。

图10冲击电流单相等值电路

A相激励电压，电路的非齐次微分方程为，合环电流完全表达式为

从式（3）可知，合环电流由两部分叠加组成，一部分为周期分量，另一部分为非周期分量。当电路参数已知时，合环电流周期分量的幅值是一定的，而非周期分量则是按指数规律单调衰减的直流。当合环时直流分量刚好为0时，即合环时没有冲击电流立即进入稳态；合环冲击电流的最大瞬时值与非周期分量的初始值及其衰减速度有关，而非周期分量的初始值又与合环时等值电动势的初相角有关，衰减速度则与电路中R/L比值有关。因此，合环冲击电流的最大瞬时值由电路中R/L比值和合环时等值电势的初相角共同决定。

保护定值采用有效值，冲击电流最大有效值一般取为合环稳态电流有效值的某一倍数。根据理论分析，当冲击系数=1.9时，=1.62；当=1.8时，=1.51。由于配网合环时难以估计合环点电压差和相角，因此按严重情况考虑。通常，冲击电流的表达式为

其中为冲击电流最大有效值；为合环稳态电流的幅值。

结论：通过合环的稳态电流和冲击电流计算可见，影响合环稳态电流和冲击电流的因素包括合环两馈线所在的10kV母线的电压幅值差和相角差，合环回路的总阻抗以及馈线的初始负荷电流。

3继电保护分析

3.110kV馈线保护整定原则

根据相关资料，肇庆地区10kV馈线保护的整定计算原则设定为(In为TA二次侧额定电流)：

⑴相间电流保护

限时速断保护电流定值：一次值1200A时限0.3S

定时限过流保护电流定值：1.3In时限0.5S

⑵过负荷保护

发信：0.9In时限5S

3.2合环对馈线保护的影响分析

下文将基于10kV电磁合环等值分析计算结果，针对合环过程中的冲击电流或稳态电流可能造成保护元件误动作的影响，以及保护元件对合环中或合环后故障的灵敏度等问题进行分析。

（1）合环冲击电流对保护的影响

根据前文冲击电流分析和配网合环潮流计算结果(有效值)，在最严重的情况下(冲击系数取1.9)，合环冲击电流。

在遵循控制馈线合环后合环冲击电流不超过1200A的情况下，则：

为合环稳态电流的有效值

（2）合环稳态电流对保护的影响

若要合环稳态电流不会造成限时速断保护电流定值误动作，则需满足：

为馈线TA一次侧额定电流

（3）合环故障时保护元件灵敏度

若发生短路故障，近故障点侧开关故障电流与正常运行方式下相同，保护元件的灵敏度不会发生变化；而远故障点侧开关故障电流较之正常运行方式下减小，保护元件的灵敏度降低，需要核算原定值是否满足灵敏度要求。

3.3合环后解环运行对保护的影响

合环后解环运行，对于10kV馈线保护的影响主要是：线路距离增大，末端故障时灵敏度下降；馈线负荷增加，可能造成过负荷保护动作。

合环后，若在B站10kV馈线开关处解环，即由A站供整段馈线负荷，则在B站原10kV馈线发生故障时，故障电流由A站提供，与合环过程中B站10kV馈线故障情况相同，其等值网络如图11所示。

图11合环中/合环后B侧故障的等值网络

若在A站10kV馈线开关处解环，即由B站供整段馈线负荷，则在A站原10kV馈线发生故障时，故障电流由B站提供，与合环过程中A站10kV馈线故障情况相同，其等值网络如图12所示。

图12合环中/合环后A侧故障的等值网络

合环后解环运行，在A/B站供整段馈线时发生故障，则A/B站馈线开关处测量的故障电流较之正常运行方式下减小，限时速断保护的保护范围缩小，定时限过流保护的灵敏度降低，因此，需要计算转供线路末端故障时是否能满足整定原则中关于灵敏度系数的要求（Ksen>1.2）。

根据规程，需用小方式下金属性相间短路故障校验相间电流保护的灵敏度，即：

而金属性三相短路电流：

由上式可知，等效电势参数已知，还需要获取系统阻抗和馈线阻抗参数，即可校核保护灵敏度。

4合环操作研究结论

（1）一般情况下，合环线路两侧10kV母线电压幅值差和相角差应控制到尽量小，不同220kV片区馈线合环时电气联系比较薄弱的两个10kV母线电压相角差比较大，使得合环稳态电流超出馈线的载流量的要求，从而造成合环不成功。

（2）对于彼此电气联系比较紧密的变电站，特别是有直接功率传送关系的两个220kV片网之间联络，则其10kV母线电压相角差不会太大，对合环影响较小。

（3）两侧馈线的初始负荷之和大于任一侧馈线载流量的不应合环。

【参考文献】

［1］龙娓莉.配电网合环操作的研究以及决策软件的开发[D].华北电力大学硕士学位论文.2006.

［2］邓哲林.复杂配电网合环电流计算机控制策略研究[D].华北电力大学硕士学位论文.2012.

［3］陈霄，王磊，李扬.配电网络合环冲击电流的分析[J].电力自动化，2002.25（4）：40－42

［4］邹惠．配电网合环操作的研究及决策软件的开发[D]．四川大学学报，2006：20－26