配网合环1

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配电网合环操作的研究

厦门电业局 龙娓莉 刘文伟 李义民

摘要：在配电网进行线路检修或倒负荷时，通常会进行合环操作，其中判断合环电流是否越限是调度人员的一项

重要任务。本文首先对合环模式的分类做了简单的介绍，之后对合环电流的计算进行了详细的推导，并对合环电流计算影响较大的合环点电压差，等值阻抗的求解及系统等值模型的建立进行了详细的分析，并提出建立合环模版与配网自动化SCADA系统结合而形成合环操作决策系统。

关键词：配电网 合环电流 等值阻抗 配网SCADA

随着国民经济的发展，双向供电成为常用的供电模式。配电网最大的特点即闭环结构，开环运行的供电方式。在正常情况下，为保证配电网的辐射状运行结构，联络开关一般开断运行。在倒负荷或线路检修时，通过合解环操作可以减少停电时间，提高供电可靠性。但合环操作会产生合环电流，如果电流过大会造成保护误动引起事故。因此调度员进行合环操作时通常都是靠经验或大致估算，如果是保守计算可能就会造成本可以安全合环转电而不采用，从而降低供电可靠性并且增加操作人员负担。如果是估算值过小，实际值超过过流或速断保护值时就会造成事故。因此如果能准确的计算出合环电流对调度员判断合环操作的可行性是非常有意义的。

[1]

1 合环模式的分类

配电网合环操作分为以下两种模式，从合环操作点来分有：分为通过母联开关和通过联络开关两种合环模式；从合环点追朔的上游电源（追朔到110kV）是否并列运行可以分为两种，上游电源并列运行和分列运行两种。综合上述两种情况，可以将合环模式总结为以下两种情况：

(1)合环点上游电源分列运行的馈线合环

如图1所示，配网合环点1属于这种情况，母线A和母线B两条母线分列运行并且来自不同的变电站，他们之间直接通过变电站或开关站母联开关或联络开关进行合环操作。

(2)上游电源并列运行的馈线合环

如图1所示，配网合环点2属于这种情况，都是由同一个110KV的母线供电，在进行配网合环操作时利用变电站母联开关或联络开关进行合环操作。

对于这两种合环操作，第一种危险性最大，其上游电源为分列运行，合环点电压差较大。第二种由于其110kV电源为并列运行，其合环点电压差会相对小一些，但是如果合环线路两

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侧负荷较重，也可能造成环流过大，因此也必须经过计算确保合环操作的可行性。

图1 合环模式分类

2合环电流的计算

合环简化模型及等值模型如图2所示，节点2、3可以是同一开关站不同母线通过母联开关合环，也可以是不同开关站通过联络开关进行合环或变电站某两条馈线通过联络开关合环。图2(c)为其等值计算模型。

图2 (a) 合环简化模型 图2 (b) 合环等值模型 图2(c) 合环等值模型

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其中Z11，Z22为节点1、4相对系统的等值阻抗；Z1，Z2分别为节点1、2和节点3、4之间线路阻抗；Z23为节点2、3之间的线路阻抗；Z12?Z11?Z1，Z34?Z22?Z2。S11，S44为变

电站除合环馈线外其他馈线负荷之和，等值为一点负荷，在这其中忽略合环操作对S11,S44的影响，假设它是不变的。事实上我们多次实施合环操作，从操作结果上看开关站的合环操作对变电站母线电压影响是比较小的，因此对其它馈线的负荷影响也较小，假设它为不变，只保留合环馈线，从而得到简化的图2(b)，从而得到计算模型图2(c)。

由图2(c)，令节点1、4的电压相差U1?U4?????dU可以得到如下的回路方程：

?????????dU?z12Ia?z23?Ia?I2??z34?Ia?I2?I3?? (1) ????计及I??S/(3UN)上式可以改写为：

????????3UNdU?z12Sa?z23?Sa?S2??z34?Sa?S2?S3?? (2) ???????由上式可解得流经阻抗Z12的功率Sa、Sb为：

??~?~????z23?z34?S2?z34S3?3UdUSa?????????N? (3)

z12?z23?z34z12?z23?z34~~??~?~????z32?z21?S3?z21S2?3UdUSb?????????N? (4)

z43?z32?z21z21?z32?z43由上(3)(4)式可知，当合环点两端电压不相等时，各线段中流过的功率可以看做是两个功率的叠加，其一为电压相等时的均衡功率，另一个取决于dU和环网总阻抗Z?的功率，以SC表

[2]

?~示循环功率，其值为：SC???~?3UNdU/Z?。其中dU为节点1、4电压差，当U1?U4时，

???dU?U1?U4，反之亦然。

合环电流是指流经合环线路的电流Ia、Ib为： Ia?Sa/(3U1)，Ib?Sb/(3U4)，只要

Ia、Ib的幅值不超过保护动作的范围我们就认为可以安全合环。

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(1)如何求解dU

在配电网进行合环操作时，这个操作的主要审核人是配调的调度员，由于配电网只能得到10KV馈线的电压，电流，有功和无功幅值，而合环点电压的相角差不能得到，因此就没法求得dU，对于dU有两种考虑方法：

方法一：如果合环点上游电源并列运行或来自同一个变电站不同段母线，且两段负荷差别不大，则母线电压相角差不会太大，就可以考虑忽略dU，仅考虑功率的重新分布；

方法二：如果合环点上游电源来自不同变电站，那么必须要考虑到相角差，求得dU得到精确的合环电流值。在这种情况下，我们可以充分的利用地调EMS在线潮流计算软件。因为在系统运行方式没有很大的变动下，各个节点的电压差是基本恒定的，因此我们可以利用EMS潮流计算软件计算出变电站各段母线的电压相角，由地调转发给配调，这样就可以计算出变电站各段母线电压的相角差，如果配网有自己的潮流计算软件，就可以将EMS潮流计算软件的结果作为初始条件开始配电网的潮流计算。这些需要对配电网的自动化要求比较高，因为它需要配电网的状态估计，在线潮流计算等功能。如图2所示，假设节点1、4的电压角度为?1,?4，假设U1??????U4，则

dU?U1??1?U4??4。

(2)计算环网总阻抗Z?

在以往认为环网阻抗可以简化看作变压器阻抗及合环线路阻抗之和，由上边的推导可以知道合环阻抗对合环电流的影响非常大，如果采用这种简单的估算肯定对合环电流的计算精度有影响。我们可以利用地调计算的10kv母线短路容量近似求得10kv母线相对系统的等值阻抗，我们可以选择几种典型运行方式下的系统短路容量，进而求得系统等值阻抗，在我们进行合环操作时可以根据运行方式和负荷情况来选择相应的等值阻抗。这样得到的合环阻抗是相对准确的，利用这种方法计算的合环电流也会相对准确。如图2（b）为例，Z11，Z22为母线1、4相对系统的短路阻抗，假设母线1、4的短路容量分别为S1，S4已知，则有：

?Z11?UN/S1；

2http://www.elecfans.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

Z22?UN/S2；

其中UN为节点1、4的额定电压。

23 与配电SCADA系统结合，建立合环模版

配电网合环操作重要的一点就是进行配电网的潮流计算

[3-7]

，如果在进行合环操作时进行整个

网络的潮流计算，这点实施起来比较困难。首先，现在配电自动化正在发展阶段，还不是特别成熟，并不是每个开关站都可以实现“三遥”，而且配网并没有像主网进行过遥测试验，因此部分遥测数据不准确甚至是没有遥测数据。其次，一些配网线路长度和型号也不是特别准确。这些是进行潮流计算的基础，如果没有这些数据进行整个配网的潮流计算是不可能的。因此进行网络化简是非常有必要的。

针对配网合环操作的特点，我们可以将合环操作简化为一个模版，网络等值模版如图2(a)所示。对图2(a)可以简化变电站10kV母线以上网络，只从合环点追朔到变电站10kV母线为止。其计算模型如图2(c)所示。

在建立合环模版后，我们可以将之应用到现有的配电自动化系统中，我们可以将配网的合环点的模板进行保存并将相关基础数据录入并保存，每次在进行合环操作时载入相关的基础数据，从SCADS系统中读入负荷数据，在界面上点击开关“开关合”就可以触发合环电流的计算。调度员可以根据计算的结果来审核合环操作的可行性，这样可以提高合环电流计算的精度，势必可以减轻调度员的工作任务，也为合环操作提供了理论上的判据，为实际操作起到指导作用。

4结论

本文总结了合环操作的几种模式，并对这两种模式操作中存在的潜在危险进行了分析，因此为了避免这种危险导致事故的发生，本文在简化合环电网模型的基础上推导了合环电流的计算，并对影响合环电流的两个因素“合环点电压差”“合环系统等值阻抗”的计算进行了详细的说明，并提出采用合环模版，并将之应用到配电自动化系统中，采用图形化的人机接口界面，通过点击开关触发合环电流的计算，为合环操作提供理论依据，调度员不再凭经验进行操作，提高了供电可靠性。

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参考文献

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[3] 孙宏斌，张伯明，相年德．发配输全局潮流计算．电网技术，1998(12)：39-46． [4] 索南加乐，李怀强，单亚洲，等．辐射配电网潮流技术在环网中的应用[J]．西安交通大

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[5] 夏翔，熊军，胡列翔．地区电网的合环潮流分析与控制．电网技术．2004.22：77-80 [6] G. X. Luo，A. Semlyen．Eficient Load Flow for Large Weakly Meshed Networks， IEEE

Trans. on Power Systems， Vol. 5(4)，1990，Page(s)：1309-1314． [7] 强兴华．地区电网合环操作的潮流近似计算．江苏机电工程，2002.10：39-40 [8] 钱兵，程浩忠，杨镜非，唐春华，侯妙兴．电网合环辅助决策软件研究．电力自动化设

备，2002.3：8-11．

作者个人简历：

龙娓莉 女 1981年5月59日 2006年参加工作 硕士研究生 毕业于华北电力大学 厦门电业局 助理工程师 从事配网自动化工作

刘文伟 男 1967年09月03日 1987年参加工作 大学毕业、工程硕士 厦门电业局 高级工程师 从事配网管理工作

李义民 男 1972年01月01日 1992年参加工作 大专毕业 厦门电业局 技师 从事于配网调度运行管理工作

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