城市电网合环操作分析系统的研究及运用

城市电网合环操作分析系统的研究及运用

严嘉林

广东电网有限责任公司佛山供电局

摘要：本文从配电网合环操作概念，合环潮流分析以及城市配电网合环操作系统应用进行阐述，进而对城市电网合环操作分析系统的研究及运用进行详细分析，以供同行进行参考。

关键词：城市电网；合环操作；分析系统

1前言

随着人们生活水平的提高，广大用户对供电可靠性的要求越来越高。现阶段城市配电网一般采用的都是“闭环设计，开环运行”。在正常的供电模式下，线路上的联络开关为断开状态；在倒负荷与线路检修的情况下，城市配电网中通过合环操作对负荷进行转移，这能够在合理的范围内，尽可能的减少用户的停电时间，提高配电网络供电的可靠性和灵活性。但在合环操作过程中，合环瞬间会产生较大的冲击电流，在合环结束之后，配电网络中也可能产生较大的环流，这都将直接对电力系统的安全稳定运行造成较大的影响。以往在电力系统中，电网调度人员仅凭经验对配电网络能否合环进行判断，这样的判断较为保守，对电力系统配电网络的供电可靠性和安全性造成了较大的影响。在此背景下开发一套基于潮流运算的合环辅助决策软件，为电力系统调度人员提供对合环冲击电流和稳态电流的判断方法，降低系统合环冲击电流和稳态电流，从而减少配电网络停电造成的损失，具有较高的现实意义。

2配电网合环操作简介

2.1配电网合环的概念

合环操作指的就是：在配电网络中不同变电站低压母线各带一段配电线路，配电线路之间存在隔离开关，在正常的运行状态下，隔离开关处于断开状态，不同变电站母线分别带各自的配电线路；在其中某一个变电站所带的配电线路的出线开关需要检修或有其他突发事件时，将联络开关闭合，并断开故障或需要检修站的出线开关，此时两端的配电网络将由一个站进行供电。

在实际的操作中，配电合环通常有以下三种方式：

（a）同一厂站不同分区馈线之间的合环。

（b）出站相同，馈线区域相同馈线之间的合环。这种情况下一般通过母联开关进行合环，这种情况下出现差错的几率较小，相对而言比较安全。

（c）来自于不同厂站之间的馈线合环。

2.2配电网络合环操作潜在的危险

在配电网络中进行合环操作在提高了供电质量与供电可靠性的同时也为电网的安全运行增加了不确定因素。在实际操作中，在正常的运行条件下，不同母线通过联络开关运行时，不同母线之间的电压差不大，此时进行合环操作，流经联络开关的电流就不大；在系统故障情况时，如系统遭受雷击或者发生短路故障时，此时流经联络开关上的就有可能是经高压侧传送过来的较大潮流，会引起继电保护装置的动作，此时就有可能引起大范围的停电事故。这种情况也就导致了在电力系统中仅仅在系统主干网中采用闭环运行，在电压等级较低的电力网络中均采用辐射运行方式。在联络开关两侧电压差较大的情况下，若电力调度人员判断失误，也会造成停电事故。因此，在配电网中进行合环操作必须小心谨慎。

3合环潮流分析

3.1合环冲击电流产生的原因

进行合环操作的配电网中，合环两端线路的电源一般都是分列运行的，但是在配电网的上一级或者更高一级的网络中两端的线路又是并列运行的，在合环的过程中就会产生环流，产生环流的原因主要有以下几点：

（a）隔离开关两侧的变电站10kV母线由于电压差的不同而产生的环流，此种情况下，若两侧10kV母线短路阻抗差异较小，则合环电流的求取方式为：用两母线的电压差除以合环线路的阻抗就可得到近似值。

（b）合环线路联络开关两侧短路阻抗差别较大，产生合环环流。在这种情况下，即使线路两端10kV母线的电压相同，但是由于系统短路阻抗差异较大就会产生环流，使得合环操作不成功。

3.2合环电流的计算模型

在合环操作过程中涉及的合环电流包括了合环瞬间的冲击电流和合环后的稳态电流。为在合环的过程中最大限度的保护线路和设备，最大程度的降低合环环流，避免电力系保护设备的误动作，分别介绍合环冲击电流和合环稳态电流计算模型。

（a）合环冲击电流计算模型。

合环冲击电流指的是通过并列断路器上主抽头上的电流。在实际的合环过程中，冲击电流一般具有较高的幅值，但是持续的时间较短，在工程计算过程中，合环暂态电流的单相等值电路如图1所示，在配电网络中，线路呈现感性性质，由合环的瞬间到合环完成的整个过程中，系统的合环电流是以震荡的方式衰减的，实时的电流相应以微分方程的形式表达出来。在计算的过程中，计算模型中的A相为激励电压，为：

图1暂态冲击电流计算模型

3.3合环稳态电流的计算模型

在合环稳态电流的计算过程中通常采用前推回代法或牛顿-拉夫逊法。在前推回代法的应用过程中仅仅可用于辐射状网的潮流计算，应用范围具有较大的局限性。分别介绍一下两种合环操作过程中稳态电流的计算法方法。

3.3.1前推回代法计算合环稳态电流

在完成合环操作之后，配电网络中便形成了一个单环。在这个单环中应用戴维南定理对前推回代法进行改进，使得这种方法可适合于弱环网的潮流情况。计算过程为在合环联络开关处将将环网打开，以开环之前的网络功率表或电流对开环前的状态进行模拟。如图2所示。

图3戴维南等效示意图

这种方式具有不改变系统网络拓扑，仅仅对网络合环前后的节点负荷进行了修正，这种基于戴维南定理对Sloop进行求解。图3的辐射状网络可等效为理想的电压源与电阻的串联，如图3所示。图中的Uoc为该等效电路的开路电压，在合环网络中即为合环点两侧的电压之差UM-UN，该电压以合环前的网络潮流计算为基础，Ro为系统中各个支路的总阻抗。

3.3.2牛顿-拉夫逊法计算合环稳态电流

运用该方法计算合环稳态电流的步骤为，在联络开关两侧线路上的负荷相加，联络开关两侧的节点视为同一节点，网络的拓扑随之改变，在经过潮流计算之后，根据网络合环电压和支路阻抗求得合环之后的稳态电流。

4城市配电网合环操作系统应用

为对电网调度人员的业务进行支撑，让电网调度人员更好的完成合环操作。该软件的应用对电网调度人员的工作具有一定的意义。该软件的合环功能部分主要有两大子功能模块，图形处理子模块，该模块完成的主要是配电网络潮流图的绘制，网络拓扑图的生成，数据库的初始化；合环模块主要包括合环冲击电流的计算，合环稳态电流的计算等。整个系统的功能流图如图4所示。

图4系统功能流图

该功能的实现流程为：

（a）选择联络开关，根据实际需要，完成合环线路及合环开关的选择。（b）根据合环开关的选择，形成网络拓扑，并对拓扑的完整性和正确性进行判断，形成系统的基础数据库。（c）相关参数的输入，包括需要合环的联络开关的相关联络线路，变电站，上一电压等级的线路等相关信息。（d）潮流计算，根据系统基础信息库信息和实时采集的潮流信息，计算合环开关两侧的潮流分布。（e）以潮流计算为基础得到系统合环过程中的合环冲击电流和合环稳态电流。（f）校验合环稳态电流和合环冲击电流，若相关电流越限，系统给出终止命令，不进行合环操作.

5结束语

综上所述，在城市电网络中进行合环操作有利于提高供电可靠性，在合环中进行潮流计算，对合环过程进行分析是整个合环过程的基础，在合环的过程总适当的对电力系统的参数和运行方式进行适当的调整，有利于降低合环过程中产生的合环冲击电流和合环稳态电流对电力网络和设备造成的影响。因此，开发具有合环决策辅助功能的软件不仅具有重要的理论意义，而且应在实际的电力系统运行操作中得以应用和推广。

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