合环操作

合环操作（精选6篇）

合环操作 篇1

1 前言

配网不停电转供电是提高用户供电可靠率的重要技术措施之一。目前国内在进行合环操作的风险分析计算时, 电网的实时数据不能从能量管理系统中在线获得, 必须根据电网的运行情况手动的建立等值模型, 进行离线近似计算, 其过程十分繁琐且无法保证其近似模型是否能够完整准确的表述电网当前运行情况, 影响了计算分析的数据基础。以下对配网合环操作的在线风险评估进行研究。

2 评估系统的进程管理

配网合环风险评估系统分析模块采用服务器、客户端的消息机制, 基于SCADA通用关系表数据库系统和层次库结构。使用人员在客户端侧进行操作, 主进程在服务器侧进行分析和计算, 结果写入相应的数据库, 整个过程由消息报文进行控制。

在服务器端, 随调度员潮流应用启动合环风险分析主进程, 此进程为常驻进程。当在客户端进行操作时, 由客户端发送相应的报文至服务器侧, 由服务器侧的主进程进行解析, 根据报文中的信息进行分析和计算, 之后将结果写入数据库并给客户端返回结果报文, 整个流程见图1。

配网合环风险分析模块嵌入在SCADA系统应用软件的调度员潮流模块中, 共享调度员潮流的数据, 可以同时由不同的使用者在不同的研究模式下进行操作。

2 算法理论

2.1 线路合环稳态电流计算

将线路合环运行等效为开环运行方式与合环点两侧具有附加电压源作用的结果, 合环的稳态电流等于开环方式下的负荷电流与合环点两侧电压差引起的环流的叠加, 其计算步骤为:

1) 对合环前的配电网进行潮流计算, 得到合环点两侧的电压矢量差。

2) 计算等值后的环网总阻抗。

3) 计算开环方式下的负荷电流。

4) 计算合环点两侧电压差引起的环流。

5) 将开环方式下的负荷电流与合环点两侧电压差引起的环流叠加。

2.2 合环冲击电流计算

由于电力系统三相对称, 所以取其中的一相来研究。环网阻抗可简化为电阻R、电抗L的串联网络。

电路的非齐次微分方程为.undefined

合环电流完全表达式为

上式中Um为理想电源的幅值;φu为合环时电源电压的初相角, 它取决合环的时刻, 所以可以称作接入相位角;ω为角速度, t为时间;

由式 (2) 可见, 合环电流由前半部的强制分量和后半部分的自由分量组成, 其状态与合环时电源电压的初相角有关, 当时undefined, 后半部自由分量为0, 即合环后直接进入稳态状态。设undefined, 当时undefined, 有:

undefined

从式 (3) 可以明显地看出, undefined越大, 自由分量的衰减越慢。大约经过半个周期的时间, 冲击电流几乎为稳态电流的最大值的2倍。

3风险评估流程

3.1数据断面的获取

系统可根据调度人员分析计算需要分三种不同方式获取电网数据断面。

一是取在线实时断面。调度人员可以随时从SCADA系统中获取在线的数据断面;

二是从历史库中手动或自动宝村的状态估计断面及潮流断面。

三是在取出的断面上进行方式设置, 进行特定状态下的合环分析。

3.2参数设置

在获取电网数据断面后, 根据实际情况选取相关的10kV出线作为合环设备。并将10kV合环线路的相关电缆长度、电缆型号等设备参数录入系统, 系统将自动显示基态潮流下合环线路所在10kV母线的电压。

3.3合理性检验与环路搜索

根据获得的合环信息, 结合电网运行方式, 进行搜索, 得到合环环路的拓扑信息;利用广度优先算法对合环路径进行搜索, 之后对环路所经过的电压等级、路径上变压器的接线方式进行校验。检验的主要内容是检查设置的合环点能否形成环路, 以及环路相位是否一致。当检验完成时, 则会返回提示消息告诉使用者是否能够通过环路搜索检验。对跨越500kV大区的合环操作, 系统会给出告警消息。在搜索和检验中如果存在错误, 系统给出提示。

3.4合环信息计算

根据之前的信息和分析结果, 系统进行合环端口阻抗和合环潮流计算。

在计算端口阻抗方面系统采取了基于在线全网导纳阵部分求逆的方法, 使得端口阻抗的计算结果更加准确;在合环潮流计算方面, 建立一阶RL电网络, 用待定常数法求取合环电流的强制分量和自由分量, 从而得到合环电流的时域特性, 得到了冲击电流的最大冲击值和稳态值, 进一步得到了两端10kV出线配电线路在合环后的电流变化。并给出合环电流特性图和合环路径图, 如图2。

3.5配网合环风险评估

通过上述的合环潮流计算后, 将计算结果综合考虑以下的因素对配网合环潮流进行风险评估:

1) 判断合环电流是否会导致合环开关的过流保护或速断保护误动作进。

2) 考虑合环稳态电流是否超过10kV合环线路的限流值。

3) 考虑合环操作是否会导致上级系统设备的越限。

4) 结合电网实际运行经验, 对跨220kV、500kV片网的10kV线路合环操作做风险提醒。

综合上述因素, 对配网合环操作进行风险评估, 得出评估结果, 并给予提示。

4 结束语

基于SCADA系统的实时配网合环操作风险评估系统能够基于SCADA系统的实时数据在线分析, 更加准确的计算合环电流, 更为直观的展现合环风险信息;同时, 通过对不同数据断面的计算和分析, 为制定合环操作规程提供了数据基础, 有很好的帮助意义, 对电网运行管理起到很好的辅助分析作用。

摘要：提出并实现了针对配网合环操作的风险评估系统, 该系统以能量管理 (SCADA) 系统为平台, 实时、在线对配网合环操作进行合环潮流校核、风险评估等, 为开展配网合环操作提供指导。

关键词：SCADA系统,实时配网,线路合环

参考文献

[1]杨志栋, 刘一, 张建华, 等.北京10 kV配网合环试验与分析[J].中国电力, 2006, 39 (3) :66?69.

[2]Sluis Lou vander.电力系统暂态[M].王一宇, 周于邦译.北京:中国电力出版社, 2003.

合环操作 篇2

两端供电结构的网络参数及潮流变化较为复杂, 合环操作可能产生较大的环流, 如果环流过大, 或与继电保护整定不配合等引起保护动作跳闸, 这将直接影响到电网的安全稳定运行。因此, 通过配电网潮流计算对合环路径进行分析, 并结合实际案例进行分析。

1 10k V配电网合环潮流分析

1.1 两端供电网络合环潮流分析

对于配网合环操作所造成的弱电磁环网, 可等效成两端电压大小不等、相位不同的两端供电网络。合环计算模型包含高压侧母线、变电所变压器、低压侧母线、合环线路及联络开关的典型合环情况。

U1、U2:合环的两条母线电压;

L1、L2:合环线路负荷;

S1、S2:其他线路负荷;

K:联络开关 (合环点) 。

两端电压不相等的两端供电网络中, 各线段中流通的功率可看作是两个功率分量的叠加:一部分是合环之前各支路的初始潮流;另一部分是由合环环路中变压器变比不同引起的均衡潮流在网络中的分布。

根据潮流公式可以看出, 合环电流与以下因素有关:

1) 合环开关两侧变电站10k V母线电压差。合环两侧的电压幅值和相角差以及合环瞬间电压的初相角等都会影响到合环电流的暂态值。在最恶劣的情况下暂态电流最大值可达到稳态电流的1.8倍以上, 但暂态电流的特点是持续时间较短, 一般在合环后0.4~0.6S内就可降至一个较稳定的水平。2) 合环开关两侧变电站母线对系统短路阻抗不同产生环流。如合环开关两侧变电站母线电压相同, 但整个电磁环网较大时, 即对系统的短路阻抗较大时, 也将产生较大环流。

1.2 配电网合环方式

根据110k V、220k V地区电网实际接线方式的不同, 10k V配电网的合环潮流会有较大变化。根据上级电源运行情况的不同, 将配电网合环分为以下三种, 即分别在A、B、C点合环:

A:不同220k V系统下的两条线路进行合环操作。虽然不同的220k V系统之间有联络, 但在220k V联络线上原本就存在潮流交换。此时合环操作, 环网较大, 不同220KV系统间潮流交换也会反映倒10k V侧。1、2号母线电压差较大, 有时也较难调整到近似, 同时对系统的短路阻抗较大, 合环电流较大, 有时甚至会超过保护动作定值, 使保护动作开关跳闸。

B:同一220KV系统下的不同母线上的两条线路进行合环操作。合环操作时, 2、3号母线电压会略有不同, 但基于220k V为一个主电源, 2、3号母线电压可调整到近似, 合环电流较小。

C:同一段母线上的两条线路进行合环操作。此时合环, 无母线电压差, 环网最小, d U=0, 合环电流由合环线路的负荷和阻抗决定, 合环电流最小。

2 实例分析

2.1 故障现象

2011年8月6日, 110k V常府街变 (上级为220k V大行宫变电源) 分别与110k V洪武变 (上级为220k V安品街变电源) 、110k V大光路变 (上级为220k V钟山变电源) 在10k V柱上开关合环操作时, 造成多台柱上开关搭线头烧断, 变电站开关跳闸。经检查, 合环操作时, 线路相位一致, 电压差也在规定范围内。

2.2 合环实测

2.2.1 常府街变10k V党校线与洪武变10k V广艺线合环

10k V合环前, 洪武变:10k VⅠ段母线电压, U=10.37k V, UA=6k V, UB=5.97k V, UC=5.98k V, 广艺线111开关电流146A。常府街变:10k VⅠA段母线电压, U=10.39k V, UA=UB=5.99k V, UC=6.06k V。

10k V合环 (通过4048柱开) 后, 两侧母线电压无太大变化, 洪武变广艺线111开关电流为291A, 常府街变党校线111开关电流为451A。此时广艺线有功负荷为负数, 即有功方向留进洪武变10k VⅠ段母线, 表明党校线不仅供广艺线本身负荷, 而且还供进洪武变10k VⅠ段母线部分负荷, 潮流方向与110k V合环模拟计算完全一致。

2.2.2 常府街变10k V党校线与大光路变10k V尚府#2线合环

常府街变上级电源为220k V大行宫变, 大光路变上级电源220k V钟山变。

合环前, 大光路变:尚府#2线235开关电流为3A, Ⅰ段母线电压为U=10.3k V, UA=UB=UC=5.9k V。常府街变:党校线111开关电流为90A, ⅠA段母线电压U=10.35k V, UA=5.94k V, UB=5.96k V, UC=6.05k V。

合环 (合上4192柱开) 后, 大光路变尚府#2线235开关电流为258A。常府街变党校线111开关电流为330A。潮流方向仍然为钟山变流向大行宫变, 与220k V潮流方向 (钟山变供大行宫变) 一致, 因二者电气距离较近, 故合环时的环流相对前者较小。

3 预防措施

通过以上分析, 由于合环点两侧存在电压差或两侧短路阻抗不同, 合环操作后会出现环流, 环流较大时可能引起继电器动作开关跳闸。为使合环操作能够顺利进行, 合环时需采取以下措施:

1) 保证合环线路的相序和相位相同。每次新出线路及线路检修后都应在合环点核对相序相位。

2) 合环前检查合环点两侧的电压值, 并尽可能调整到合理范围内。可以通过调节变压器分接头位置、投退电容器等无功补偿装置等方法调整电压。

3) 改变运行方式, 减小两侧变电站10k V母线对系统短路阻抗的差值。

4) 确保合环两侧的负荷之和符合开关的额定载流规定。

5) 必要情况下, 对保护进行调整, 如退出线路重合闸保护、退出线路后加速保护等, 确保合环时保护躲过过大的环流。

参考文献

[1]李江华.浅析10KV配网合环产生环流的原因及预防措施[J].2006.

[2]胡宏波, 孟清谱, 刘高飞, 邵腾飞, 赵小迪.一起10 k V配电网合环倒电引起线路跳闸的事故分析[J].2011.

合环操作 篇3

针对吉林市地区配电网供电量大、高压用户多、停电切换负荷操作频繁、停电操作时间较多的情况,开发了吉林市地区配电网合环操作决策系统(以下简称决策系统),目的是使调度人员在进行合环操作前,决策系统进行相应的潮流计算,以利用潮流计算结果与自身运行经验相结合,判断合环后电流是否越限,并快速、准确地找出最佳合环路径,从而可以避免误合闸、漏合闸。对于不能合环的情况,也提供辅助措施给调度人员参考。

1 决策系统的结构

1.1 总体结构

遵照面向对象的设计思想,根据现场实际运行情况,决策系统采用了实用性强、使用方便的总体结构,如图1所示。

1.2 网络结构

为遵循实用性、可靠性原则,决策系统采用客户端/服务器模式,该模式具有数据处理能力强、交互性好、安全性高的优点,通过采用Serv-U FTP 服务器软件,在互联网上共享文件,实现客户端直接从安全监控与数据采集(SCADA)系统接口读取远动数据。软件设置简单、功能强大、性能稳定。

1.3 逻辑结构

决策系统的逻辑结构由系统维护与管理、合环计算分析两个子系统组成。

1) 系统维护与管理子系统。

该子系统提供有绘制电力系统主接线图的工具元件,如母线、计算支路、隔离开关、断路器、变压器等;可选择吉林市地区配电网络中具有双端供电或多端供电模式的21个变电站,以此绘制吉林市地区系统接线图。在图形维护模式下,可根据实际电网,输入相应线路的名称、导线型号、长度;在系统管理模式下,可对操作人员、维护人员进行详细的分工。

2) 合环计算分析子系统。

该子系统首先通过读取远动SCADA实时监测数据,包括线路的有功与无功功率、线路电流、母线电压、线路上端变压器的有功与无功功率。然后,在合环潮流模式下,根据所选的合环线路进行潮流计算;在误差分析模式下,将合环计算结果分别与线路的过流保护定值进行比较分析,以辅助调度人员对于能否进行合环操作作出决策。

1.4 开发平台

开发平台由服务器、终端、数据库组成。

1) 服务器采用Windows Server2003的操作系统,具有高可靠性、实用性、可伸缩性和安全性。

2) 终端采用可视化的面向对象编程语言Visual Basic6.0,其编程简单、方便、功能强大,具有方便灵活的集成开发环境,支持面向对象技术、组件技术,便于系统的扩展、维护。

3) 数据库采用SQL Server2000关系型数据库管理系统,具有存储量大、使用方便、安全性高、可读性强的特点;加密管理能满足对数据中心信息的更强安全性需求;程序代码与数据库的相互独立,便于数据移植和程序维护。

2 合环潮流计算的配电网接线与计算方法

配电网潮流计算是配电网合环操作决策的基础,它根据给定的运行参数和系统的接线情况确定整个配电网的电压、电流、功率,即潮流的分布。配电网合环电流计算接线如图2所示,联络断路器(合环断路器)合闸即构成合环操作。当合环断路器合环前两侧电压之差太大时,合环后将引起较大合环电流,可能会引起10 kV变电站出线过流保护动作,导致非故障原因停电。采用了决策系统,则在进行合环操作前,用变阻抗迭代法等值10 kV以上电网,通过两阶段法计算出合环潮流及两个10 kV变电站出线的合环电流范围,以判断是否能进行安全的合环操作,而且在环流过大时提出减小环流的方法。

1) 10 kV母线通过上级电网相互紧密联系,而上级电网的运行方式相当复杂,涉及到从66 kV至220 kV电压等级的结构关系,决策系统针对计算接线中2个10 kV变电站出线与上级电网形成环网特点,将10 kV变电站的2个母线作为边界母线来处理,整个10 kV母线以上的电网等值为1个上级电网,其等值阻抗Zeq,采用变阻抗迭代等值方法求得,就是使两母线的电压与SCADA系统测得的数据相同,并且使上级电网向两个母线注入功率与实际运行状态相匹配来求出。

2) 10 kV配电网合环潮流计算时采用两阶段法。第一阶段,将合环后环状配电网转化为纯辐射状配电网,用基于支路电流的前推回代法对纯辐射状配电网进行潮流计算,从而得到合环断路器两侧电压差(Uab);第二阶段,根据戴维南等值电路(见图3)计算出合环稳态环流,再运用叠加原理,将合环稳态环流与合环前馈线电流进行叠加,得到馈线合环稳态电流。

3) 实际配电网中负荷节点多,往往呈树状结构,而且一般无法量测各节点实时负荷,所以在计算时对馈线上分布的负荷可有3种方式处理:①负荷均匀分布在馈线上;②合环两侧中,母线电压值较高的那侧,负荷被置于馈线首端,母线电压值较低的另一侧,负荷被置于馈线末端;③合环两侧中,母线电压值较高的那侧,负荷被置于馈线末端,母线电压值较低的另一侧,负荷被置于馈线首端[6]。

3 算例分析

对于如图2所示的实例,已知参数如表1所示。

将稳态合环电流与两馈线合环前电流叠加,可算得晖春线、德胜线的合环稳态电流,与现场实测结果(见表2)比较接近。一般认为合环稳态电流低于过电流保护整定值20%以上就可以进行安全合环。现已知晖春线、德胜线的过电流保护整定值分别为720 A与900 A,由此,决策系统作出可以安全合环的决策。

对算例的计算结果如表2所示。

通过对算例的计算分析可看出,合环操作时产生环流是由于合环时,合环断路器两侧的电压差引起的。要降低合环操作时的环流,就要减小合环时合环断路器两侧的电压差,为此可从以下3个方面加以考虑。

1) 通过投切电容器或调整主变压器分接开关的分接位置,保证合环断路器两侧10 kV母线电压差在0.2 kV以内。

2) 尽量保证两个合环10 kV的上级变换电压(本算例为110 kV)来自同一个变压器的绕组,两侧相角差在3°以内。

3) 两个合环10 kV母线所带负荷不宜相差过大。另外,在负荷小的时候进行合环操作,环流较小[7]。

4 误差分析

由于实际配电网自身原因造成采用决策系统进行合环潮流计算的误差主要出于以下几个方面。

1) 潮流计算时需用变阻抗迭代法求出上级电网的等值阻抗。由于配电调度很难获取上级电网的实时运行数据和网络结构,所以求得的等值阻抗存在一定的误差,由此造成潮流计算的误差。

2) 在实际运行时,由于配电网测得的是电流值,不是P、Q值,这就需要根据电流值和功率因数推算出P、Q值,而功率因数也非实测值,所以功率因数的准确与否,对合环潮流计算的误差有一定影响。

3) 实际配电网中馈线上负荷的分布情况无法获得,这对合环潮流计算也带来一定的误差。

5 结语

配电网合环操作决策支持系统采用面向对象技术,使用方便、实用性强;根据网络实时运行状态建立合环分析计算图,维护方便;应用了数据库存储技术,具有较强的可扩展性;实现了与SCADA系统进行交互,采集SCADA实时数据用于合环分析计算,从潮流的角度给调度人员进行合环操作提供决策支持。

参考文献

[1]叶青华,唐国庆,王磊,等.配电网合环操作环流分析系统的开发和应用[J].电力系统自动化,2002,26(22):66-69.

[2]陈霄,王磊,李扬.配电网合环冲击电流的分析[J].电力自动化设备,2005,25(4):40-42.

[3]钱兵,程浩忠,杨镜非,等.电网合环辅助决策软件研究[J].电力自动化设备,2002,3(22):8-11.

[4]葛少云,李晓明.基于戴维南等值的配电网合环冲击电流计算[J].电力系统及其自动化学报,2007,6(19):124-127.

[5]王伟灿,周昱甬.电力系统合环电流的分析及控制对策[J].供用电,2002,19(4):26-28.

[6]余娟,颜伟,李文沅,等.配电网合环网络模型及其馈线电流的计算[J].中国电机工程学报,2005,25(25):76-81.

配网合环失败原因分析 篇4

关键词：配网,合环,稳态潮流

0 引言

现有配网多采用环网结构、开环运行的供电方式,新建10kV公用线路根据负荷多配置分段、联络开关,联络线路通过互供负荷可提高供电可靠性。但在“先通后断”合环操作时,常因合环线路潮流变化而发生设备过载甚至开关跳闸。即使曾合环成功的线路由于合环母线负荷、电压的不同也可能造成合环失败,使调度人员误判为故障,因而导致再次合环失败,对设备造成冲击,影响供电。因此,需要对合环操作前后线路的功率分布进行分析、计算,以判断能否合环。

调度规程通常只对合环两侧的压差和合环电源(一般要求上级电源为同一母线或并列运行母线)作出规定,但事实上,能否合环操作还与当时的系统电压、负荷、环路阻抗等有关,因此在合环操作前应综合考虑这些因素的影响。

1 10kV合环系统基本情况

110kV澳头站、响水河站通过1条10kV专用联络线联络(澳头站侧为F15,响水河站侧为F22),合环前两站均为单台主变运行。澳头站#2变带全站负荷S3,共(7.5-j0.4)MW,档位在2档(变比为10.875),10kV母线电压为10.21kV,联络线开关F15热备用;响水河站#2变带全站负荷S4,共(42-j0.3)MW,档位在6档(变比为10.869),10kV母线电压为10.18kV,联络线开关F22运行,联络线未带负荷。两站运行方式及潮流分布如图1所示。

图1中各设备参数:澳头站10kV母线至风田站110kV母线的阻抗为(2.025+j33.11)Ω,响水河站10kV母线至风田站110kV母线的阻抗为(1.542+j37.94)Ω,合环10kV电缆线路的阻抗为(71.4+j69)Ω(归算至110kV侧)。

2 合环失败分析

当澳头站操作F15开关合环后,响水河站F22保护过流Ⅲ段动作(澳头站F15过流III段定值大,未达到F15过流Ⅲ段动作值),开关跳闸,合环失败。

对于图1所示的单一环网,合环后合环线路功率计算过程如下。

(1)设全网电压为额定电压,忽略损耗,计算初步功率分布。110kV线路L1上的初步功率为:

式中,Sn为各节点功率;为从节点n到节点0的逆时针阻抗共轭;为整个环网环路阻抗共轭;、分别为线路L1、L2、L3阻抗共轭;分别为变压器T1、T2阻抗共轭。合环线路L3上的初步功率为:

将式(1)代入式(2)，可得：

(2)压差引起的循环功率为:

式中,UN为电网额定电压;du为变比不匹配引起的压差。

(3)计算计及损耗的功率分布。线路L3上损耗的功率为:

因此,线路L3首端功率S'L3为:

又因为相邻两站实行联络时,10kV线路多为几公里,考虑互带负荷需要,通常采用截面大的联络线路,其损耗率低,所以相对于SL3+ΔS,可忽略ΔSL,故:

由式(5)可知,合环功率由初步功率和循环功率组成。

对于上级电源为同一110kV母线的2条10kV母线,其至电源点的阻抗通常较接近(相对110kV主变,110kV线路阻抗小,近似等于变压器阻抗),即式(5)中的与较接近。因此,合环的2条母线负荷差影响合环线路的初步功率,尤其在两站合环母线10kV负荷相差大,且负荷轻的10kV母线至供电的110kV母线阻抗小时,影响更大,即负荷轻的10kV母线所带合环线路在合环后支援负荷重的10kV母线。故两站负荷和阻抗的对称性对初步功率有显著影响,负荷和阻抗越对称则合环线路上初步功率越小;而循环功率与压差、环路阻抗有关,一般环路阻抗是确定的,因此循环功率只与压差有关。

将设备及负荷参数代入式(3)可知,合环后联络线初步功率SL3为(7.6-j3.75)MW,再代入式(4)可得压差引起的循环功率ΔS为-(0.018 3+j0.034)MW,联络线总功率S'L3为(7.58-j3.78)MW,此时10kV系统电压为10.2kV。由此可得合环时联络线电流为480A,而响水河站录得的F22开关保护动作电流为6.19A(TA变比400/5,归算至一次为495A),即计算结果近似于实际值。又由于响水河站F22过流III段保护动作值整定为440A,因此合环电流大于动作值,F22保护动作,开关跳闸,合环失败。

3 改进措施

断开响水河站512开关,将响水河站#1、#2主变改为分列运行,由#1主变带10kVⅡ、Ⅲ母负荷38.4MW后合环成功。此时联络线路功率为—(0.53+j0.54) MW,电流为43A,显然不会造成线路过载。从以上分析可知,造成此次合环失败的主要原因在于两站合环母线负荷不对称(响水河站为澳头站的5.6倍),而合环压差影响小。

4 结束语

通过该案例可知,10kV线路合环后线路的功率分布不仅与合环压差有关,还与合环两站各电压等级负荷及负荷与电源间阻抗的对称性有关。调度员通常只关注合环压差的影响,较少关注负荷分布对合环线路功率分布的影响。由于合环母线压差幅值通常远小于10%,易满足合环要求,而与合环功率有关的环路阻抗和电压相角难以控制,因此合环的重点在于控制合环压差幅值和合环母线功率分布。

(1)压差控制:调整两站主变分接头,使两站间压差尽量小,以减少循环功率。

(2)合环母线功率分布控制:合环操作时应避免一条母线负荷重,另一条母线负荷轻。对于负荷重的母线(如1台主变带全站负荷),可将变压器改为分列运行,将部分负荷由另外母线带。

综上所述,在配电网合环操作时,不仅要考虑上级电源是否来自同一系统,相位、相序是否相同,压差是否过大,还要考虑负荷分布是否合适。当不能合环时,应采取措施,如调整主变分接头或母线负荷,将合环电流限制在允许范围内,从而不中断供电,提高供电可靠性。

参考文献

[1]陈珩．电力系统稳态分析[M]．第2版．北京：中国电力出版社，1995

[2]陈宵，王磊，李扬．配电网络合环冲击电流的分析[J]．电力自动化设备，2()05，25(4)：40～42

[3]王维俭．电气主设备继电保护原理和应用[M]．北京：中国电力出版社，1996

[4]许正亚．电力系统安全自动装置[M]．北京：中国水利水电出版社，2006

[5]任元会．工业与民用配电设计手册[M]．北京：中国电力出版社，2005

[6]邹森元．电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点[M]．北京：中国电力出版社，2005

合环潮流的暂态过程分析 篇5

城市电网普遍采用环网设计、开环运行模式,正常运行时,通过选择适当的供电路径进行合环与解环操作,能提高电网供电模式的灵活性,降低网络损耗。当系统中存在故障或检修时,可通过倒闸操作,将故障处负荷进行转移,减少停电时间和范围,提高供电的可靠性。但是合环操作常会引起较大的合环潮流,造成线路或设备过载。目前,配电网中的合环操作主要凭借操作人员的工作经验决定是否进行合环;有时还采用先断电再合环的保守操作方式,降低了电网供电的可靠性。针对合环潮流稳态值的计算研究已有很多[1,2,3],而合环潮流的暂态过程研究很少。合环后冲击电流[4,5]过大会使线路或设备承受巨大的电动力冲击,致使导线变形,电气设备损坏;衰减时间常数过大将不能躲过保护的动作时间,导致合环操作失败;深入研究合环潮流的暂态变化过程是有必要的。

本研究拟通过推导合环网络中环流的数学表达式,对各环流分量进行详细讨论,并得出影响合环潮流大小的主要因素。

1 合环潮流的暂态过程分析

典型的合环网络结构如图1(a)所示,简化的等值电路如图1(b)所示。为简化分析,采用恒电流负荷模型,电网电压取额定值,负载沿支路产生的电压降视为恒定值,这样仅需考虑合环开关两侧电势差对合环潮流的影响。此时电网等值电路如图1(c)所示。

设合环后t时刻,环路上环流值为i,i分别在Z13、Z14、Zc上产生压降,母线3、4上电压将下降为:

$U^{\prime }{}_3=U{}_{3m}\cos (\omega t+\theta {}_3)-R{}_{13}i-L{}_{13}\frac{\text{d}i}{\text{d}t}$;

$U^{\prime }{}_4=U{}_{4m}\cos (\omega t+\theta {}_4)+R{}_{14}i+L{}_{14}\frac{\text{d}i}{\text{d}t}$;

Zc上产生的压降为$R{}_{c}i+L{}_c\frac{\text{d}i}{\text{d}t}$。对于支路3-4有:

$U^{\prime }{}_3-U^{\prime }{}_4=R{}_{c}i+L{}_c\frac{\text{d}i}{\text{d}t}(1)$

令R=R13+R14+Rc,L=L13+L14+Lc,R、L是环路上总电阻和总电感。化简可得如下微分方程式:

$U{}_{3m}\cos (\omega t+\theta {}_3)-U{}_{4m}\cos (\omega t+\theta {}_4)=Ri+L\frac{\text{d}i}{\text{d}t}(2)$

解微分方程得到:

$i={\rm I}(t)+{\rm I}{}_{m0}\text{e}{}^{-\frac{R}{L}t}(3)$

其中:

$\begin{array}{l}{\rm I}(t)=\frac{RU{}_{3m}\cos (\omega t+\theta {}_3)+\omega LU{}_{3m}\sin (\omega t+\theta {}_3)}{R{}^2+(\omega L){}^2}-\frac{RU{}_{4m}\cos (\omega t+\theta {}_4)\omega LU{}_{4m}\sin (\omega t+\theta {}_4)}{R{}^2+(\omega L){}^2}\\ {\rm I}{}_{m0}=\frac{RU{}_{4m}\cos \theta {}_4+\omega LU{}_{4m}\sin \theta {}_4}{R{}^2+(\omega L){}^2}-\\ \frac{RU{}_{3m}\cos \theta {}_3+\omega LU{}_{3m}\sin \theta {}_3}{R{}^2+(\omega L){}^2}\end{array}$

取i的正弦分量项I(t)化简可得:

$\begin{array}{l}{\rm I}(t)=\mathrm{Re}\left(\frac{U{}_3\overline{{\rm Z}}}{{\rm Z}\overline{{\rm Z}}}\right)-\mathrm{Re}\left(\frac{U{}_4\overline{{\rm Z}}}{{\rm Z}\overline{{\rm Z}}}\right)\\ =\mathrm{Re}\end{array}$

$\left(\frac{U{}_3-U{}_4}{{\rm Z}}\right)=\mathrm{Re}$$(\frac{\text{d}U{}_{34}}{{\rm Z}})(4)$

其中:${\rm Z}=R+\text{j}\omega L‚\overline{{\rm Z}}$是Z的共轭复数,U3=U3mcos (ωt+θ3)+jU3msin (ωt+θ3),U4=U4mcos (ωt+θ4)+jU4msin (ωt+θ4)。

I(t)正是合环潮流的稳态环流分量,对应的合环潮流的稳态值主要由合环开关两侧的电势差、合环路径所经过的阻抗、合环开关所处的电压等级决定。因此,工程上主要通过控制合环两侧的电势差来减小合环潮流。文献[6]就提出了根据设备限额求解功角闭锁量来判断合环操作可行性的方法。

${\rm I}{}_{m0}e{}^{-\frac{R}{L}t}$是一个系数为Im0的指数函数,是合环潮流中的直流衰减分量。Im0的大小由合环时的初始状态决定,衰减时间常数由环网阻抗值决定。

对Im0进行化简可以得到与I(t)相似的公式:${\rm I}{}_{m0}=\mathrm{Re}\left(\frac{U^{\prime }{}_4-U^{\prime }{}_3}{{\rm Z}}\right)=\mathrm{Re}$(Iz),其中U′3、U′4是电势U3、U4在合环时的向量值,Z是环路阻抗值,因此Im0是一个电流量,其大小将直接影响着环流中直流衰减分量的大小。设Z的功率因数角为φ,可以作出t=0时直流衰减分量中Im0的向量图如图2所示。

在向量图中,IZ在时间轴t上的投影即为Im0,U′3与U′4的初相角将影响Im0的大小。因此在合环时,即使保证相角差不变,不同的θ3、θ4也将影响着Im0的大小。因此,当考虑暂态过程时,合环潮流的大小不仅与合环时开关两侧电压U、相角差δ有关,还与两侧电压的瞬时相位θ有关。当IZ与时间轴t平行时,Im0将取到最大值,环流中将出现较大的冲击电流[7,8]。当IZ与时间轴t反向时,Im0将出现最大负值,此时直流衰减分量对环流起到抑制作用,环流i将平缓地过渡到稳态值,因此是理想的合环条件。监视合环两侧电压幅值和相角的变化,当IZ满足在时间轴t上的投影为负方向的时刻进行合环操作,将会有效地减小合环时产生的冲击电流[9]。

2 暂态仿真

在上述讨论中,采用了恒电流负载模型,电网电压取额定值,将电流量与潮流值等价,忽略了电网电压波动对合环潮流的影响。为验证分析结果的正确性,使用PSS/E软件、以IEEE14节点电网模型为研究对象,进行了合环暂态过程仿真(对电网模型进行了适当修改以满足开环运行的初始条件)。

在系统稳定运行0.1 s后将开关K闭合。开关闭合时,开关两侧电压分别为U13=103.49<-1.07°,U14=94.212<-11.42°,开关两侧存在较大的电势差。线路13-14上的视在功率波形如图3所示。可以看出,在合环后存在合环潮流峰值,出现在合环后的第一个周波内。峰值与稳态值之比达到kc=16.349/11.675=1.400 3。波形基本上由稳态量和直流衰减量两部分组成,与推导结果相符。由于系统较小,在发电机励磁与调速装置的调节控制下,功率经过振荡过程趋于稳态值,使得直流衰减过程不明显。

3 结束语

在实际工程中,通常只考虑合环潮流稳态值,而忽略了其暂态值对电网安全的影响。本研究分析了合环潮流的暂态过程,得出较准确的合环潮流瞬时值表达式,不仅与合环两侧的电压幅值和相角差有关,还与合环瞬间电压的初相角有密切关系。初相角的位置将影响合环潮流的暂态值,恶劣的合环角度将引起较大的电流冲击。对简单的环网进行了合环暂态仿真,仿真实验验证了分析结果的合理性,为减小合环潮流提供了依据。

参考文献

[1]OKADAN.Autonomous loop power flowcontrol for distribu-tion system[J].IEEE Trans.AC-DC Power Transmis-sion,2001,28(30):150-155.

[2]MITANI Y,MATSUHIRO G,TSUJI K.Loop power flowcontrol to minimize power losses and augment voltage stabili-ty[J].Power Engineering Society 1999 Winter Meeting,1999,1(31):719-724.

[3]叶清华,唐国庆,王磊.配电网合环操作环流分析系统的开发和应用[J].电力系统自动化,2002,26(22):66-69.

[4]李江华.浅析10 kV配电网合环产生环流的原因及预防措施[J].电网技术,2006,30(S1):199-201.

[5]于建辉,周浩,陆华.杭州10 kV配电网合环问题的研究[J].机电工程,2007,24(10):54-57.

[6]夏翔,熊军,胡列翔.地区电网的合环潮流分析与控制[J].电网技术,2004,28(22):76-80.

[7]陈霄,王磊,李扬.配电网络合环冲击电流的分析[J].电力自动化设备,2005,25(4):40-42.

[8]葛少云,李晓明.基于戴维南等值的配电网合环冲击电流计算[J].电力系统及其自动化学报,2007,19(6):124-127.

中压配电网带电合环的初步探讨 篇6

1 存在的问题

结合现代电网的不断发展,城区和对乡镇的供电网络也在随着其不断的完善开始在不断的变化,由此为其技术的实现提供了可能。当前,我局整体安装合环的线路总共为10对,其中主要包括2座110KV和6座35KV的变电站。而由于在最开始的时候缺乏合环产生的电流大小的分析,因此,到现在我们还在通过先停电后在合上开关的方式对设备进行检修。因此,为保证对这类用户的供电,需要考虑采用带电合环方法。(图1)

操作的开关的两侧的电源在通常情况下是处于分开运行的状态,而这样也使得其上级或者是上上级其也是应该为并列的。产生环流的原因通常可以分为以下的集中 :

第一,合环开关的两侧当中,变电站的10kv的母线其产生了电压的环流。在运行的过程当中,如果其母线的短路的阻抗比较靠近的话,则针对这个环流其通常可采用10kv的母线的电压差再来除以热到线路的感抗的方式,从而计算出其近似的值。这种方法其得到的误差通常在20%内。

第二,10k V母线对系统的短路阻抗出现不同从而造成环流。合环在操作的时候其热倒的开关两侧的10kv的母线电压值和短路阻抗出现较大的差异的时候则会造成。而这也是其主要的原因。

第三,即便电压相等或者是其系统的阻抗比较相似,淡水其负荷相差太大也可能会产生较大的环流。

第四,合环时,两侧变电站变压器变比不等也将产生环流。

2 带电合环的条件

首先其必须要保证其中的两个变电站的相位和其相序要相同 ;其次则是尽量要保障其两侧的电压是相同的 ;再次则是系统的综合的阻抗不能相差太大 ;第四则是适当的对合环地点的两侧的负荷和功率因素进行调整 ;第五则是合环两侧间的符合其不能够超过额定的符合。

而配电当中实行带点合环其主要需要解决两个问题 :

第一则是保持良好的线路性能 ;第二则是避免环流过大引起的开关跳闸。

两端互感器计量、保护变比情况,应装设分别计量送、受电的有功电能和无功电能,并带有止逆装置。导线和设备应满足转移负荷的要求,最终使每条线路的负荷电流控制在350A以下。在采用这种接线的模式当中,其中线路的备用的容量则通常在50%,即便在其正常运行的情况之下,其每条线路的尽在载流量的1/2。而如果系统当中的任何一个线路存在故障,则另一条线则通过闭合满载运行。

3 带电合环操作时采取的预防措施

合环操作时应避免两端变电站开关跳闸,主要考虑几点措施 :

第一,当其10k V母线对系统的阻抗的值在不大的时候进行热倒操作,则只需要调整其两侧变电站当中10kv的点压寨,使得其电压值的差距在10%,而2公里范围内的短路的线路则为小于5% 即可。

第二,针对不同的变压器,如110k V 35k V 10k V变压器与35k V 10k V变压器、110k V 35k V 10k V变压器与110k V 10k V、35k V 10k V与110k V 10k V变压器在进行10k V侧合环操作时会产生较大的环流,有时足以引起过电流动作造成开关跳闸。对此,针对此类则必须采取以下的操作的方式 :

首先,必须要保障参与合环的变电站10KV母线其出现的相位以及相序是相同的。

其次,要尽量的满足两侧的电压相同,如不同则可采用无功补偿装置和调整变压器分接头来实现。

再次,通过改变运行的方式,从而减小两侧变电站10k V母线对系统短路阻抗的差值,或者是通过提高某一端的系统阻抗等方式,以此来降低其两端的电压的差值。

第四,通过调整负荷或者是功率因素的方式,从而使得其相差不会出现太大。

第五,在实践中,通常退出在系统中对其短路的阻抗比较小的那一侧的变电站10k V的线路当中重合闸,同时必须要充分的确保其在操作不失误的情况之下不会出现任何的断电的情况。而这一点对我们来讲也是最为重要的一个步骤,都则则会因为过电流的保护造成开关重复开关或者是多级跳闸的情况。

第六,在对合环电力电流比较大的线路当中,在进行热倒操作的时候最好安排相关的操作人员在现场,从而尽可能的缩短其合环所耗费的时间。

4 总结

总之,提高配网自身运行的可靠性和经济性,才能更好的促进电力企业对电量的销量,减少其中所带来的电量的损失,同时减少设备的损坏和其维护的成本,从而更好地保障电力设施的安全、可靠、有效的运行,最终实现经济和社会效益的双重丰收。

摘要：随着电网的不断壮大,人们对电网稳定性及设备可靠性的要求越来越高,怎样在现有设备情况下通过技术手段满足N-1准则,满足客户用电需求,确保电网的供电可靠性,提高电网持续供电能力就成为一个急需解决的问题。本文对中压配电网带电合环进行了初步探讨。