谈10kV配网合环操作的条件及其对馈线保护的影响林建文

谈10kV配网合环操作的条件及其对馈线保护的影响林建文

林建文

（广东电网有限责任公司汕头供电局广东汕头515000）

摘要：任何电气或电子控制系统的目标都是测量、监控和控制一个过程，可以通过监控其输出并将其中的一部分，比较实际输出与期望的输出。被测量的输出量称为“反馈信号”，使用反馈信号来控制和调节自身的控制系统的类型称为合环系统。本文对10kV配网合环操作条件及对馈线保护的影响进行了分析。

关键词：10kV配网；合环操作；馈线保护

1.合环控制系统

合环控制系统也称为反馈控制系统，是一种控制系统，它使用开环系统的概念作为其前进路径，但具有一个或多个反馈回路或其输出与其输出之间的路径输入。对“反馈”的引用仅仅意味着输出的一部分“返回”到输入以形成系统激励的一部分。

合环系统设计通过将其与实际情况进行比较来自动实现并保持所需的输出状态。它通过产生一个误差信号来实现这一点，这是输出和参考输入之间的差异。换言之，“合环系统”是一种全自动控制系统，其中其控制行为以某种方式依赖于输出。

图1合环控制系统

然后合环配置的特征是来自系统中的传感器反馈信号。由此产生的误差信号的幅度和极性将直接与所需的参数和实际参数之间的差异有关。

此外，由于合环系统对输出条件有一定了解（通过传感器），因此它可以更好地处理任何系统干扰或条件变化，从而可能降低其完成所需任务的能力。

例如，温度偏差被反馈传感器检测到，并且控制器自动校正误差以在预设值的限制范围内保持恒定的温度。或者可能停止该过程并激活警报以通知操作员。

在一个闭环控制系统中，误差信号是输入信号和反馈信号（可能是输出信号本身或输出信号的一个函数）之间的差值，它被送到控制器以减少系统错误并将系统的输出恢复到期望的值。合环控制意味着使用反馈控制动作以减少系统内的任何误差，并且其“反馈”区分开环系统和闭环系统之间的主要区别。准确性输出因此取决于反馈路径，一般而言，反馈路径可以做得非常准确，并且在电子控制系统和电路内部，反馈控制比开环或前馈控制更常用。

2.合环控制系统的优缺点

合环系统比开环系统有许多优点。合环反馈控制系统的主要优势在于能够降低系统对外部干扰的敏感度，使系统具有更稳健的控制，因为反馈信号的任何变化都会导致补偿控制器。

因此，可以将闭环控制的主要特征定义为：通过自动调整系统输入来减少错误；提高不稳定系统的稳定性；增加或减少系统敏感度；增强对过程外部干扰的稳健性；产生可靠和可重复的性能。

虽然良好的合环系统可以比开环控制系统具有许多优点，但其主要缺点是为了提供所需的控制量，合环系统必须通过具有一个或多个反馈路径。另外，如果控制器的增益对其输入命令或信号的变化过于敏感，则它可能变得不稳定，并且随着控制器试图过度纠正自身而开始振荡，并且最终会破坏。所以需要“告诉”系统如何让它在某些预先定义的范围内行为。

3.10kV配网的合环操作

3.1合环求和点

采用一个合环反馈系统来调节任何控制信号，必须首先确定实际输出和所需输出之间的误差。这是利用反馈回路和系统输入之间的求和点（也称为比较元件）来实现的。这些求和点将系统设定点与实际值进行比较，并产生控制器响应的正或负误差信号。其中：错误=设定点-实际。求和点可以有多个信号作为输入或者加法或者减法，但是只有一个输出是输入的代数和。箭头也表示信号的方向。求和点可以级联在一起以允许在给定点处求和更多的输入变量。

3.2合环系统传递函数

任何电气或电子控制系统的传递函数都是系统输入和输出之间的数学关系，因此描述了系统的行为。还要注意，特定设备的输出与其输入的比率代表其增益。输出总是系统的传递函数乘以输入。

4.10kV配合合环操作的条件

10kV配合合环操作由自动调整测量过程变量（PV）的值以等于期望设定点（SP）的值所需的所有物理组件和控制功能组成。它包括过程传感器，控制器功能和最终控制元件（FCE），这些都是自动控制所必需的。

制输出调节最终控制元件（FCE）的动作以更改受控变量（MV）的值控制器功能可以是分立控制器，也可以是计算机控制系统（如分布式控制系统或可编程逻辑控制器）中的功能块。在所有情况下，控制回路图都是表示控制功能及其与控制中心的交互。在过程控制层面的实践中，通常使用管道和仪表图中的标准符号缩写控制回路，显示基于过程流程图的过程测量和控制的所有元素。

在微观层面上，创建控制回路连接图以显示电气和气动连接。这大大有助于提升诊断和修复的效率，因为单个控制功能的所有连接都在一个图上。为了简化设备的识别，每个回路及其元件都通过“标签”系统进行识别，每个元件都有唯一的标签识别。

根据标准ANSI/ISAS5.1和ISO14617-6，标识由最多5个字母组成。

第一个识别字母是测量值，第二个是修饰符，第三个是被动/读出功能，第四个是活动/输出功能，第五个是功能修改器。随后是循环编号，该编号对于该循环是唯一的。

合环操作主要有三种模式：（1）在不同类型的220kV电网系统中，10kV合环操作一般需要在不同类型的10kV变电站中进行；（2）在同一220kV电网系统，需要在不同110kV变电站中开展10kV合环操作；（3）在同一110kV变电站中，开展不同的10kV合环操作。

汕头供电局配电网中的10kV正厦线和10kV正金线，这两条线的电源均来自同一个220kV正阳变电站，针对不同的10kV母线分段选择了与之相对应的合环操作，主要包括以下几个环节：（1）将监管员或配网调度员结合在一起组成调度中心，对合环操作前的各项工作进行评估，并对合环的稳态和暂态电流、线路的潮流方向等给予重点分析，以了解和掌握线路是否可以满足合环操作要求。（2）运行方式的合理选择，同时还需要在在指令票中详细描述运行方式的改变方案；（3）操作人员需要以指令票为依据，来对操作票进行详细的填写，并对线路开展分部的合环操作；（4）由2个操作人员组成一个小组，1个为监护人、1个为操作人，在开始操作之前，需要对两端电压差和两条线路的相序进行检测，从而保证其满足合环条件，随后才允许将600开关合上。同时，每组人员还需要对现场环境给予熟悉，并提前准备好操作过程中所需要的各项工具，以确保后续操作的顺利进行；（5）调度人员需要根据规定来通知操作人员进行合环操作，并做好各个环节工作的监督与管理，有效提高系统的运行效率。

5.10kV配网合环操作对馈线保护的影响

具有一个或多个反馈路径的电子控制系统被称为合环系统。合环控制系统也被称为“反馈控制系统”，在过程控制和电子控制系统中非常普遍。反馈系统将其部分输出信号“反馈”到输入端，以便与所需的设定点条件进行比较。反馈信号的类型可能导致正反馈或负反馈。

在合环系统中，使用控制器将系统输出与所需条件进行比较，并使系统输出回到期望响应的控制操作。然后合环控制系统使用反馈来确定系统的实际输入，并可以有多个反馈回路。

当系统的输出作为输入形成电路或回路的关系链时，反馈发生。有两种类型的反馈：正面反馈和负面反馈。误差信号是由速度计测量的速度与目标速度（设定点）的偏差。这个测量的误差被控制器解释为调节加速器，命令能量流向发动机（效应器）。由此产生的发动机扭矩变化即反馈与由变化的道路坡度施加的扭矩相结合，以减小速度误差，从而将干扰降至最低。

虽然简单的系统有时可以被描述为一种类型，但是许多带有反馈环路的系统不能简单地被指定为简单的正反馈或负反馈，当存在多个环路时尤其如此。

控制回路是测量和调整控制单个过程变量的硬件组件和软件控制功能的系统。合环控制系统可实现多种工业和环境设置的自动化，并对工业控制系统（ICS）中的过程（如监控和数据采集（SCADA）和分布式控制系统（DCS））进行调节。

合环控制系统比开环系统有许多优点。一个优点是使用反馈使得系统响应对外部干扰和系统参数（如温度）的内部变化相对不敏感。因此可以使用相对不准确且便宜的部件来获得给定过程或精确控制。然而，系统稳定性可能是一个主要问题，特别是在设计不良的闭环系统中，因为它们可能会尝试过度纠正任何可能导致系统失去控制和振荡的错误。

与开环控制系统或可切换控制回路不同，合环不接受来自操作员的输入。这意味着除了通过控制系统进行调节之外，它们自动且独立地运行。在合环控制中，动作完全依赖于过程变量。在10kV配网中，合环可能会将线路中的电流保持为设定值，当电流低于设定值时自动开启。相比之下，合环控制系统能给对馈线进行更加高效、安全的保护。

通常情况下，配网合环后再解环时，将会扩大线路的距离，导致故障状态下反应比较迟缓，馈线负荷升高，最终诱发超负荷保护动作。在进行合环操作时，有可能导致电流负荷发生偏移性流动。例如：如果电流彻底流到A站，将会引发B站10kV馈线解环，导致A站肩负着故障电流的供应。反之，合环操作后，会导致电流负荷逐渐加载到B站，引发A站10kV馈线解环，导致B站肩负着故障电流的供应。假设存在意外情况，合环以后再解环，将会导致A站与B站同时发生馈线故障状态，此时两站电流值低于常规状态下的电流，其不仅意味着馈线保护无法发挥保护功能，而且也意味着无法发生灵敏反应，从而获得馈线保护的灵敏度系数Kscn>1.5。

通过对表1进行分析和观察后，就可以发现在小方式下，如果110kV主变电站的阻抗低于0.4Ω，此时所对应的220kV主变电站等效阻抗低于0.5。

6.结语

合环操作是10kV配网运行和管理中重要的方式。与开环控制相比，合环控制具有多项优势，如控制更加精准、减少人工操作等，更重要的是，它能为馈线提供更加有效的保护。因此，合环操作在10kV配网中具有广泛的应用。

参考文献：

[1]邹俊雄，徐强，付柯，刘洋.IOkV配网合环转电对继电保护的影响分析[[J].机电工程技术，2012（9）：63-65.

[2]丁雄.IOkV配网合环转供电的若干问题[J].科技风，2014（20）：5-10.