10 kV配電網(wǎng)合環(huán)電流實(shí)用計算方法研究

賈體康， 王 靜， 李繼新， 徐學(xué)英

(國網(wǎng)河南省電力公司 濟(jì)源供電公司電力調(diào)度控制中心，河南 濟(jì)源 459000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，電力用戶對供電可靠性的要求越來越高。地區(qū)配電線路多采取雙向供電或雙電源供電方式，其主要運(yùn)行特點(diǎn)為“閉環(huán)設(shè)計，開環(huán)運(yùn)行”[1,2]。由于線路檢修或轉(zhuǎn)移負(fù)荷等原因，當(dāng)采用“先斷后通”的傳統(tǒng)操作方式時，會引起部分負(fù)荷停電。因此，目前“先通后斷”的合環(huán)操作方式在配電網(wǎng)中普遍采用。合環(huán)操作在帶來連續(xù)供電優(yōu)點(diǎn)的同時也存在著較大的安全隱患，在合環(huán)瞬間存在沖擊電流，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段也可能存在較大的環(huán)路電流，有可能引起電力設(shè)備過載、繼電保護(hù)誤動作等后果，甚至電磁環(huán)網(wǎng)導(dǎo)致擴(kuò)大事故范圍[3～5]，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度人員在進(jìn)行電網(wǎng)合環(huán)操作時多依靠經(jīng)驗，缺少一套簡單可行的合環(huán)電流實(shí)用計算方法[6,7]。本文結(jié)合濟(jì)源地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際，理論分析影響合環(huán)電流的因素并提出一種實(shí)用計算方法，對指導(dǎo)電網(wǎng)合環(huán)操作具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義。

1 配電網(wǎng)合環(huán)簡介

目前在正常運(yùn)行方式下，地區(qū)220 kV主網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行[8,9]，110 kV及以下各輸配電網(wǎng)絡(luò)為開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)。220 kV環(huán)網(wǎng)狀態(tài)為更低電壓等級的線路合環(huán)提供了便利，10 kV配電網(wǎng)根據(jù)接線方式的不同，合環(huán)轉(zhuǎn)電的方式主要有7種[10]。

根據(jù)對電磁環(huán)網(wǎng)的電壓等級分析，這7種合環(huán)接線方式本質(zhì)上可以分為三大類。第一類電磁環(huán)網(wǎng)電壓等級為220 kV，第二類電磁環(huán)網(wǎng)電壓等級為110 kV，第三類電磁環(huán)網(wǎng)電壓等級為10 kV。其中電磁環(huán)網(wǎng)電壓等級為10 kV時，即為一段母線所連接的不同饋線接線方式或相同饋線不同支線接線方式，結(jié)構(gòu)較為簡單，屬于負(fù)荷重新分配問題，一般滿足合環(huán)條件。其他兩類合環(huán)接線方式的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)絡(luò)合環(huán)示意圖

圖1中，高壓側(cè)母線電壓等級可以兩段均為110 kV或220 kV，也可以一段為110 kV，另一段為220 kV。

2 合環(huán)電流計算理論分析

2.1 合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流計算

對圖1結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行拓?fù)浞治觯?0 kV母線經(jīng)饋線至合環(huán)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同。10 kV母線以上部分為環(huán)網(wǎng)的一部分，可以進(jìn)行阻抗等效折算到10 kV母線一側(cè)。因此，通過對10 kV母線以上部分進(jìn)行等效，保留變電站10 kV母線及饋線至合環(huán)點(diǎn)部分后得到配電合環(huán)等值網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖2 配電合環(huán)等值網(wǎng)絡(luò)圖

(1)

(2)

(3)

ZS=R0+jX0+R1+jX1+R2+jX2

(4)

2.2 配電網(wǎng)分支負(fù)荷的影響

10 kV饋電線路呈輻射狀，從變電站母線到合環(huán)點(diǎn)線路上有許多分支線，這些分支線所帶負(fù)荷對饋線末端合環(huán)點(diǎn)電壓有較大影響[8]，因此，計算合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓必須考慮10 kV饋線分支負(fù)荷的影響。

在10 kV配電網(wǎng)絡(luò)中，10 kV饋線的支線分布根據(jù)負(fù)荷需求決定。在實(shí)際配電網(wǎng)中負(fù)荷沿饋線分布多呈均勻性。以下推導(dǎo)饋線負(fù)荷均勻分布時，合環(huán)點(diǎn)電壓的計算公式[8]。圖3為負(fù)荷均勻分布時的饋線模型。

圖3 10 kV饋線負(fù)荷均勻分布模型

由于10 kV饋線負(fù)荷呈均勻分布，因此：

(5)

(6)

DUA1-jdUA1

(7)

式中：DUA0、dUA0為A點(diǎn)之前負(fù)荷在A點(diǎn)引起的電壓降落的縱、橫分量；DUA1、dUA1為A點(diǎn)之后負(fù)荷在A點(diǎn)引起的電壓降落的縱、橫分量。則DUA0、dUA0分別為:

(8)

(9)

DUA0、dUA0分別為:

(10)

(11)

(12)

(13)

2.3 沖擊電流計算

以上分析計算可以看出，影響配網(wǎng)合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流的因素主要有合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓差(受10 kV饋線的負(fù)荷分布影響較大)、環(huán)路總阻抗及饋線的初始負(fù)荷等。在配電網(wǎng)進(jìn)行合環(huán)操作時，合環(huán)瞬間將產(chǎn)生非常大的沖擊電流[10,12]，考慮最不利的情況沖擊電流的最大瞬時值出現(xiàn)在合環(huán)后的半個周期(即0.01 s)，此時沖擊電流最大有效值Ip為[13]：

IP=1.62I

(14)

式中：I為合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流有效值。

2.4 對繼電保護(hù)影響

在進(jìn)行合環(huán)操作前，通過合環(huán)電流計算，首先應(yīng)判斷合環(huán)后是否會引起饋電線路、主變等設(shè)備出現(xiàn)過載現(xiàn)象(一般配電線路過負(fù)荷保護(hù)裝置控制字設(shè)置為0，即只發(fā)過負(fù)荷信號不動作跳閘)，其次還要根據(jù)計算得出的穩(wěn)態(tài)電流、沖擊電流值分析是否會引起線路保護(hù)誤動作，導(dǎo)致不必要的停電[14,15]。

10 kV配電線路保護(hù)主要配置三段式電流保護(hù)?？紤]到?jīng)_擊電流最大值出現(xiàn)在合環(huán)后 0.01 s，所以沖擊電流主要對無時限電流速斷保護(hù)(過流I段)動作有影響。合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流則對限時電流速斷保護(hù)(過流II段)及定時限過電流保護(hù)(過流Ⅲ段)動作有影響。

3 算例分析

本文以濟(jì)源地區(qū)10 kV配電網(wǎng)為例，研究2個具有代表性的合環(huán)線路，計算其合環(huán)電流大小，并與實(shí)際合環(huán)電流值進(jìn)行比較分析。線路合環(huán)示意圖如圖4所示。

圖4 線路合環(huán)示意圖

合環(huán)1兩條10 kV線路為線路1、線路2，合環(huán)2的兩條10 kV線路為線路3、線路4。合環(huán)1與合環(huán)2的兩條10 kV饋線均來自兩座不同的110 kV變電站，合環(huán)1兩個110 kV變電站的電源取自同一個220 kV變電站；合環(huán)2的兩個110 kV變電站電源則來自不同的220 kV變電站。主變、母線及10 kV線路各參數(shù)如表1所示。

根據(jù)上述計算方法，合環(huán)電流計算結(jié)果如表2所示，其中實(shí)測電流值為合環(huán)后從調(diào)度D5000系統(tǒng)讀取的值。

表1 合環(huán)電流計算參數(shù)

從表2計算結(jié)果可以看出，合環(huán)后電流實(shí)測值與計算值接近，滿足工程要求。從表3可以看出，4條合環(huán)線路進(jìn)行合環(huán)操作后均不會引起站內(nèi)開關(guān)保護(hù)誤動作。

表2 合環(huán)電流計算結(jié)果

表3 線路保護(hù)定值設(shè)置

分屬不同220 kV電源的10 kV配電線路均可以得到滿意的結(jié)果。因此根據(jù)疊加定理及考慮饋線負(fù)荷均勻分布計算所得的線路總電流，可以為合環(huán)后電流值是否滿足合環(huán)條件提供依據(jù)。