陽 麗

(廣西電網(wǎng)有限責任公司來賓供電局， 廣西 來賓 546100)

0 引 言

配電網(wǎng)一般采用開環(huán)運行，當線路停電時或負荷重過載時通過合環(huán)操作來轉(zhuǎn)移負荷，保證對用戶的連續(xù)供電。某網(wǎng)區(qū)10 kV線路共458條，具備轉(zhuǎn)供電的10 kV線路共317條，但由于在實際合環(huán)操作中，多次出現(xiàn)電流異常升高導致變電站出線開關(guān)跳閘現(xiàn)象，以致不少線路在合環(huán)轉(zhuǎn)供電時采取先停電后轉(zhuǎn)供的方式，實際能夠不停電轉(zhuǎn)供電的10 kV線路只有215條，不停電轉(zhuǎn)供電率為68%。因此有必要對配網(wǎng)合環(huán)轉(zhuǎn)供電進行分析研究，盡量減少合環(huán)操作的停電次數(shù)。

1 合環(huán)電流

環(huán)流由合環(huán)點兩側(cè)的電壓差或短路阻抗不同產(chǎn)生[1]，其大小是影響合環(huán)安全性的關(guān)鍵因素[2]。文獻[3-4]計算了合環(huán)時穩(wěn)態(tài)電流，但沒有考慮暫態(tài)電流的影響。實際合環(huán)時電流由合環(huán)前的穩(wěn)態(tài)電流和合環(huán)后的暫態(tài)電流疊加而成。

1.1 穩(wěn)態(tài)電流計算

如圖1所示，系統(tǒng)認為是無窮大系統(tǒng)，由電路原理可知從系統(tǒng)1到維林站10 kV母線壓降ΔU1與系統(tǒng)2到立新站10 kV母線壓降ΔU2應相等，即ΔU1=ΔU2。

根據(jù)圖1,由電路原理可列式為

(R1+R2)(I+I1)+(R3+R4)(I+I2)+

R5(I+I3)+R10(I-I6)=(R6+R7)(I4-I)+

(R8+R9)(I5-I)

由上式可推算穩(wěn)態(tài)電流為

I=[(R6+R7)I4+(R8+R9)I5+R10I6-

(R1+R2)I1-(R3+R4)I2-R5I3]/(R1+

R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8+R9+R10)

式中：I1-I6為流過設備的電流,可從調(diào)度自動化系統(tǒng)中獲取;R1-R10為電力系統(tǒng)設備的電阻,均為已知值。

從圖1可看出，穩(wěn)態(tài)電流由負荷電流與合環(huán)電流疊加產(chǎn)生，并與環(huán)路中的阻抗值有關(guān)。

1.2 暫態(tài)電流計算

暫態(tài)電流，也叫沖擊電流，其幅值高、持續(xù)時間短。它導致繼電保護動作或設備損壞,其形成原因為合環(huán)點兩側(cè)存在電壓差。如圖2所示為沖擊電流計算模型。

圖2 沖擊電流計算模型

計算模型中的激勵為A相相電壓為

合環(huán)回路呈感性,從合環(huán)至穩(wěn)態(tài)是振蕩衰減，電路的非齊次微分方程為

式中：ω為系統(tǒng)角頻率；α為合環(huán)時刻t=0時初始相角，由合環(huán)點兩側(cè)電壓的相角差決定。求解該微分方程，可得合環(huán)全過程沖擊電流的瞬時值表達式為

非周期分量使暫態(tài)過程環(huán)流出現(xiàn)較高的峰值。當α-φ=90°時，則在合環(huán)后半個工頻周期(即0.01 s)達到最大瞬時值：

如果沖擊電流過大，會造成保護動作，根據(jù)文獻[5]合環(huán)沖擊電流的最大有效值為

It,max=0.805Im

2 合環(huán)轉(zhuǎn)供電基本原則及計算校核流程

2.1 合環(huán)轉(zhuǎn)供電基本原則

1)相位、相序正確。

2)合環(huán)時母線電壓差ΔU≤10%Un，相角差δ≤20°。

3)解、合環(huán)操作必須確保潮流、電壓在正常范圍，繼電保護和安全自動裝置不誤動。

4)合環(huán)電流(沖擊電流和穩(wěn)態(tài)電流之和)的有效值能躲過環(huán)網(wǎng)中各元件過流I段和過流II段的電流定值，避免引起保護誤動。

5)合環(huán)電流產(chǎn)生的沖擊和擾動不得破壞電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，不得引起系統(tǒng)電壓長時間、大幅度振蕩，不得超過合環(huán)點附近發(fā)電機組的承受能力。

6)電磁環(huán)網(wǎng)包含的電壓等級不宜超過3級，即涉及合環(huán)線路屬于同一220 kV網(wǎng)絡時，可合環(huán)操作。

2.2 合環(huán)轉(zhuǎn)供電計算校核流程

上述基本原則中，2)～5)可以通過仿真計算來判斷，其余原則為直接判斷和準備工作。合環(huán)轉(zhuǎn)供電計算校核流程如圖3所示。

圖3 合環(huán)轉(zhuǎn)供電計算校核流程圖

為了判斷合環(huán)點是否安全，需要進行合環(huán)前的穩(wěn)態(tài)潮流計算、合環(huán)后潮流穩(wěn)定計算、暫態(tài)穩(wěn)定計算。

3 實際算例

采用中國電力科學研究院開發(fā)的PSD-BPA潮流程序進行仿真計算，為了提高收斂性，其算法是先采用P-Q分解法進行初始迭代，然后再轉(zhuǎn)入牛頓-拉夫遜法求解潮流。按照上述計算流程，以某網(wǎng)區(qū)110 kV立新站10 kV高鐵I線、110 kV維林站10 kV維古I線在聯(lián)絡開關(guān)合環(huán)運行為例，建立了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)模型，對開環(huán)點進行了兩次潮流計算和一次暫態(tài)穩(wěn)定計算，得到合環(huán)前穩(wěn)態(tài)潮流圖(如圖4所示)、合環(huán)后穩(wěn)態(tài)潮流結(jié)果(如圖5所示)、暫態(tài)過程仿真結(jié)果圖，其中暫態(tài)過程仿真設定在2 s開始。兩條線路的導線型號為LGJ-240，過流I段、II段、III段、過負荷保護定值分別為3 000 A、1 200 A、600 A、540 A。

從圖4中可以得到合環(huán)前的潮流分布，10 kV維古I線和10 kV高鐵I線聯(lián)絡開關(guān)兩側(cè)的電壓和相位。從圖5中可以得到合環(huán)后的潮流分布，線路的潮流方向為10 kV維古I線流向10 kV高鐵I線，并且維林站10 kV維古I線的負荷增加、立新站10 kV高鐵I線的負荷減少，同時可以判斷合環(huán)線路元件沒有過載、電壓差在合格范圍內(nèi)。圖6為合環(huán)暫態(tài)過程電壓曲線仿真結(jié)果。

圖5 合環(huán)后穩(wěn)態(tài)潮流圖

圖6 合環(huán)暫態(tài)過程電壓曲線

從圖6可以看出，由于合環(huán)后維林站10 kV維古I線的負荷增加、立新站10 kV高鐵I線的負荷減少，造成維林站10 kV I段母線電壓下降、立新站10 kV I段母線電壓上升，電壓合格；10 kV維古I線聯(lián)絡開關(guān)電壓下降、10 kV高鐵I線聯(lián)絡開關(guān)，合環(huán)后聯(lián)絡開關(guān)兩側(cè)電壓達到一致，為10.3 kV。

圖7為合環(huán)暫態(tài)過程電流曲線仿真結(jié)果。

圖7 合環(huán)暫態(tài)過程電流曲線

暫態(tài)過程仿真設定在2 s開始，從圖7可以看出，合環(huán)后將會產(chǎn)生沖擊電流，其中維林站10 kV維古I線963開關(guān)沖擊電流最大值為516 A，聯(lián)絡開關(guān)沖擊電流最大值為321 A，立新站10 kV高鐵I線962開關(guān)由于負荷減少，電流下降。沖擊電流最大的地方為維林站10 kV維古I線963開關(guān)516 A，維林站10 kV維古I線963開關(guān)合環(huán)前穩(wěn)態(tài)潮流電流為228 A、合環(huán)后穩(wěn)態(tài)潮流電流為495 A。

為了判斷合環(huán)點是否安全，需要進行合環(huán)操作安全性校核，表1為合環(huán)操作安全性校核表。

表1 合環(huán)操作安全性校核表

表1中，校核2.1中合環(huán)轉(zhuǎn)供電基本原則2)～5)，具體內(nèi)容如下：

1)由表1知，合環(huán)時母線電壓差ΔU=0.3 kV≤10%×10.5 kV，相角差δ=6.6°≤20°，滿足判據(jù)要求。

2)由圖4～6可知，解、合環(huán)后潮流、負荷、電壓均在正常范圍內(nèi)。

3)由圖7可知，合環(huán)后穩(wěn)態(tài)和沖擊電流之和的最大電流有效值512 A，未超過過負荷定值540 A，未超過過流I段定值3 000 A，未超過過流II段定值1 200 A，不會引起保護誤動。

4)合環(huán)電流產(chǎn)生的沖擊和擾動未破壞電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，未引起系統(tǒng)電壓長時間、大幅度振蕩，未超過合環(huán)點附近發(fā)電機組的承受能力。

仿真結(jié)果表明，該網(wǎng)區(qū)110 kV立新站10 kV高鐵I線、110 kV維林站10 kV維古I線可在聯(lián)絡開關(guān)處進行合環(huán)操作。

4 結(jié) 語

從穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩個方面對合環(huán)電流進行了分析，提出了合環(huán)轉(zhuǎn)供電的基本原則以及計算校核流程圖，通過實際算例對合環(huán)轉(zhuǎn)供電進行了安全性校核。實際工作中，如果校核發(fā)現(xiàn)最大電流有效值不能躲過電流I段或電流II段的保護定值，則要求保護裝置適當提高電流值并作為合環(huán)操作的臨時定值，合環(huán)操作前將保護定值切至臨時定值來滿足合環(huán)操作安全要求；部分不能合環(huán)的線路，因受TA變比不滿足或?qū)Ь€線徑小影響，只能通過基建或技改項目來解決。

實踐證明，該合環(huán)轉(zhuǎn)供電基本原則及計算校核方法有效地指導了某網(wǎng)區(qū)配電網(wǎng)合環(huán)操作，實現(xiàn)不停電轉(zhuǎn)供電的10 kV線路由215條提高到288條，不停電轉(zhuǎn)供電率由68%提高到91%，大幅提高了供電可靠性，防止合環(huán)操作時的保護誤動，增強了電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。