配電網(wǎng)合環(huán)操作實(shí)用化研究

胡建忠, 段 智, 鮑士龍, 王 實(shí)

(國網(wǎng)合肥供電公司, 安徽 合肥 230000)

0 引言

隨著城市的發(fā)展，以及居民、企業(yè)等對供電可靠性需求的提高，雙電源、多電源供電已經(jīng)成為目前大部分配電網(wǎng)用戶的標(biāo)準(zhǔn)配置，并且一般采用合環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行[1]。一般情況下，在線路進(jìn)行計(jì)劃檢修或者消缺時(shí)，往往會將部分負(fù)荷提前倒走，達(dá)到盡可能減少停電范圍的目的。倒負(fù)荷分兩種形式：一種是“熱倒”，也叫合環(huán)倒電，即在倒負(fù)荷過程中不對用戶進(jìn)行停電，只更改供電電源；另一種是“冷倒”，即在倒負(fù)荷過程中，用戶存在短時(shí)停電情況。對于重要用戶，如政府、醫(yī)院、學(xué)校等場所，尤其是一些重要或高危負(fù)荷，即使是短時(shí)停電，也可能會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失或不良的社會影響。另外優(yōu)質(zhì)供電服務(wù)也要求不間斷供電，這一切決定了要大力推廣合環(huán)倒電技術(shù)。

在合環(huán)操作時(shí)，由于合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓、相角存在差異，導(dǎo)致合環(huán)瞬間會產(chǎn)生較大的沖擊電流，穩(wěn)態(tài)時(shí)可能會產(chǎn)生較大的環(huán)流，這些因素都會影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[2,3]，因此研究合環(huán)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

目前調(diào)度部門通常依據(jù)規(guī)程規(guī)定，進(jìn)行合解環(huán)操作：考慮繼電保護(hù)、電網(wǎng)穩(wěn)定和設(shè)備容量等方面的限額，電壓差一般允許在20%以內(nèi)，相角差一般允許在20度以內(nèi)。對于比較復(fù)雜環(huán)網(wǎng)的合環(huán)操作應(yīng)事先進(jìn)行計(jì)算試驗(yàn)[4-6]，雖然部分研究者已經(jīng)開始研究并試點(diǎn)驗(yàn)證配電網(wǎng)30度相角差線路不停電轉(zhuǎn)供[7,8]，但是需要配置一套合解環(huán)裝置，并提前進(jìn)行分析計(jì)算，距廣泛推廣仍需要一段時(shí)間。

在研究合環(huán)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)上，考慮合環(huán)前電網(wǎng)處于正常運(yùn)行情況，從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)出電壓差與相角差的關(guān)系，為電壓差快速計(jì)算提供理論基礎(chǔ)，更好地指導(dǎo)配電網(wǎng)開展合解環(huán)操作。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 合環(huán)電流的計(jì)算

配電網(wǎng)合環(huán)前，合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的系統(tǒng)均處于正常運(yùn)行狀態(tài)，且運(yùn)行于同一基礎(chǔ)電壓等級，假定三相系統(tǒng)對稱，R、L為合環(huán)環(huán)路的電阻、電抗，以A相為例，計(jì)算合環(huán)簡化電路圖(如圖1)中的合環(huán)電流i。合環(huán)前合環(huán)支路是斷開的，因此合環(huán)支路初始電流i(0-)=0。

圖1 合環(huán)簡化的模型圖

初始條件：合環(huán)前合環(huán)支路電流i(0-)=0。

其中ΔU為合環(huán)前兩側(cè)的電壓差，α為合環(huán)前兩側(cè)電壓差的初始相角，得：

1.2 合環(huán)電流分析

交流部分：iac=-Imcos(ωt+α+φ)

假定合環(huán)初相角為0，電阻遠(yuǎn)小于電抗，合環(huán)電流最大值出現(xiàn)在合環(huán)后半個(gè)周波，與合環(huán)電壓差大小成線性正比例關(guān)系[3]。

2 合環(huán)電壓差分析

環(huán)內(nèi)阻抗由環(huán)確定，通過環(huán)內(nèi)線路參數(shù)可以進(jìn)行計(jì)算。ΔU為合環(huán)前兩側(cè)的電壓差，由合環(huán)電流的直流分量、交流分量、最大值可知，均與合環(huán)電壓差大小成正比。

考慮到合環(huán)前電網(wǎng)均處于正常運(yùn)行狀態(tài)，合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓均處于正常電壓范圍內(nèi)，因此可以假定合環(huán)前兩側(cè)電壓幅值是相同的，等于額定電壓，即令U=UA1=UA2，如圖2所示。

圖2 合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)及兩側(cè)電壓差簡化圖

可以看出，在合環(huán)兩側(cè)電壓幅值相近、相角差較大時(shí)，電壓差要小于兩側(cè)電壓幅值與兩側(cè)電壓相角乘積。

綜上可以看出，在合環(huán)兩側(cè)電網(wǎng)運(yùn)行正常，電壓幅值相近(標(biāo)幺值約接近1)，當(dāng)相角差不大時(shí)，兩側(cè)電壓差與兩側(cè)電壓幅值、兩側(cè)電壓相角成正比；當(dāng)相角差比較大時(shí)，可以用兩側(cè)電壓幅值、兩側(cè)電壓相角的乘積測算電壓差大小。

表1為額定電壓相角不同情況下，電壓實(shí)際差與近似算法計(jì)算的電壓差以及誤差值，圖3為表1對應(yīng)的電壓差曲線及誤差曲線，從表和圖可以看出：合環(huán)前電網(wǎng)均處于正常運(yùn)行狀態(tài)，可以用兩側(cè)電壓幅值、兩側(cè)電壓相角的乘積(Uθ)估算合環(huán)兩側(cè)的電壓差。由于U的標(biāo)幺值可以按1來估算，通過相角差θ就能估算電壓差。

圖3 不同相角差下簡單電壓差與實(shí)際電壓差的絕對值和誤差曲線圖

表1 不同相角差下簡單電壓差與實(shí)際電壓差絕對值、誤差值表

3 合環(huán)原則及管理要求

為保證日常合環(huán)倒電的順利快速進(jìn)行，結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行特性，在考慮一定裕度的基礎(chǔ)上，一般情況下基本原則及管理要求如下。

3.1基本原則

1)合環(huán)操作前應(yīng)考慮合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的相角差和電壓差，相角差在20度以內(nèi)，電壓差在0.2千伏以內(nèi)。操作時(shí)，必須保證合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)相序相位相同。

2)配電網(wǎng)的合解環(huán)操作，應(yīng)使用斷路器或能開斷負(fù)荷電流的負(fù)荷開關(guān)等進(jìn)行，嚴(yán)禁用刀閘進(jìn)行合解環(huán)操作，操作時(shí)應(yīng)保證操作地點(diǎn)和配調(diào)臺之間的通訊暢通。

3)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，不允許帶接地故障進(jìn)行合環(huán)倒負(fù)荷。

3.2 管理要求

1)合解環(huán)操作前，配調(diào)地調(diào)應(yīng)緊密配合，確認(rèn)合解環(huán)操作涉及線路是否在同一分區(qū)，不在同一分區(qū)的不允許合解環(huán)操作。

2)35千伏變電站10(20)千伏線路與220千伏、110千伏變電站10(20)千伏線路可能存在相位差，不滿足合環(huán)條件時(shí)，不允許合環(huán)。

3)合解環(huán)操作應(yīng)盡量選擇負(fù)荷較輕時(shí)段。合解環(huán)操作涉及的任意一臺主變的負(fù)載大于其限額的70%時(shí)，不允許合環(huán)；涉及的兩條線路電流相加大于任意一條線路限額時(shí)，不允許合環(huán)。

4)每次進(jìn)行兩條線路合環(huán)操作的時(shí)間應(yīng)盡量縮短，最長不得超過15分鐘。操作人員應(yīng)安排兩組進(jìn)行，一組合環(huán)，一組解環(huán)，以縮短兩條線路合環(huán)時(shí)間。

5)合解環(huán)操作時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視兩條10(20)千伏線路所在的變電站10(20)千伏母線電壓、負(fù)荷及線路電流情況。

4 結(jié)論

配電網(wǎng)“合環(huán)倒電”的合解環(huán)操作是配電網(wǎng)檢修、故障處理中經(jīng)常用到的技術(shù)，有利于減少用戶停電時(shí)間和停電次數(shù)，有利于電網(wǎng)運(yùn)行方式的靈活變化。文章在分析常規(guī)合環(huán)電流的基礎(chǔ)上，從數(shù)學(xué)極限角度出發(fā)，推導(dǎo)出合環(huán)電壓差與相角差的關(guān)系，得到利用相角差快速估算電壓差的方法，為合環(huán)操作快速開展提供指導(dǎo)。