一起10 kV配電網合環倒電引起線路跳閘的事故分析

胡宏波，孟清譜，劉高飛，邵騰飛，趙小迪

(1.徐州供電公司，江蘇徐州221005；2.國華徐州發電有限公司，江蘇徐州221135)

當前配電網多采用雙向供電和多電源供電模式，當停電檢修或者故障時，通過合環操作，實現不停電轉移負荷，提高了供電可靠性和配網運行的經濟性，而合環倒電也是配網調度正常操作和事故處理中最為關鍵的環節之一。合環過程中會產生合環電流，如果電流過大會造成保護誤動引起事故。

1 事故經過

正常運行方式下，110 kV石橋變1號、2號主變分別由秦石725線、賀石715線供電，35 kV，10 kV均分列運行。220 kV賀村變10 kV分列運行，如圖1所示。

圖1 石橋變和賀村變主接線

2010年3月17 日，賀村1號主變檢修，負荷均由2號主變供電 （10 kV母聯100開關運行，101開關冷備用）。運方安排石橋35 kV負荷全部倒由2主變供電，10 kV負荷全部倒由1號主變供電（300和100開關運行，301和102開關熱備用）。15日晚23:48，地調告知賀村2號主變有失電可能，要求做好賀村10 kV負荷全部倒出準備。配調按照《市區電網檢修及異常運行方式安排》，由石橋10 kV賀橋線返送賀村10 kV母線。具體操作過程如下：00:44停用賀村賀橋線104開關重合閘；00:47合上賀橋線14開關；00:48石橋128開關過流三段保護動作跳閘，重合閘不成功；00:54配調下令拉開賀村賀橋線104開關；00:56石橋試送128開關，成功。

詢問現場得知石橋變128開關故障電流為960 A，超過其過流三段保護定值900 A，因此導致128開關跳閘。

2 配電網合環倒電分析

所謂配電網合環倒電，就是通過操作相應的聯絡開關（如變電所10 kV出線開關或線路柱上開關、開閉所、環網柜開關等），實現將1條或幾條線路負荷由另1條線路不停電帶供的方式。在合環過程中，配電網中可能產生極大的環流，下面對影響環流大小的因素進行分析。簡化的合環計算模型[1]如圖2所示，該模型將參與合環的變電所簡化為高壓側母線、變電所主變壓器、低壓側母線、合環線路及聯絡開關的典型合環情況，分析中的公式推導均為復數運算。

圖2 合環計算模型

圖中，U1，U2為參與合環的兩母線電壓；L1，L2為合環線路負荷（這里將合環線路上的所有負荷集中到一點）；S1，S2為其他線路負荷；K為聯絡開關（合環點）。

圖2可看作一兩端電壓大小不等、相位不同的兩端供電網絡，如圖3所示。此網絡又可等值于回路電壓不為零的單一環網，如圖4所示。

圖3 兩端供電網絡等值電路

圖4 等值環式網絡等值電路

此回路電壓不為零的單一環網中功率分布為[2]：

其中，UN為系統額定電壓?？梢?，兩端電壓不等的供電網絡中，各線段中流通的功率可看作是2個功率分量的疊加，其一為兩端電壓相等時的功率，即dU=0時的功率，由表達式可知，此功率與環網的對稱性有關。由單一環網功率分布的計算過程可知，其中不僅進行了一系列簡化，而且涉及等值電源功率、等值負荷功率等概念，因此，此功率值的大小還與系統電源點與合環點構成的網絡結構，即合環開關兩側變電站10 kV母線對系統的短路阻抗有關。另一功率則取決于兩端電壓差值和環路總阻抗ZΣ=Z13+Z34+Z24，此功率稱為循環功率，如圖4以表示。的方向與的取向有關，若取，則c由節點1流向節點2時為正；反之，若取，則c由節點2流向節點1時為正。以上求出的環網中流通的功率，除以環網阻抗，即可以得到環網中流過的電流。

綜上所述，10 kV配電網合環電流與下列因素有關：

（1）合環開關兩側變電站10 kV母線電壓差。如果兩側變電站10 kV母線對系統短路阻抗差別不大，且兩側10 kV母線所帶負荷相當，該環流可用兩變電站10 kV母線電壓差除以合環線路阻抗得出近似值[3]。

（2）合環開關兩側變電站10 kV母線對系統短路阻抗不同產生環流。配網合環與輸電網絡密切相關，即使合環開關兩側變電站10 kV母線電壓相同，整個電磁環網較大時也將產生較大環流。

（3）環網的對稱性。由環網功率表達式中第一項可知，該值與合環開關兩側變電站10 kV母線所帶負荷、合環線路阻抗的對稱性有關。

3 徐州市區配電網合環倒電分析

配電網進行合環操作時，合環線路的兩側電源一般處于分列運行狀態，但其上一級電源（或者更上級電源）一定是并列運行的。徐州地區220 kV變電站都是并列運行的。

3.1 配電網合環方式

一般地，配電網合環的方式可分為如下3種，如圖5所示，圖中A，B，C分別為合環點。

圖5 配網合環方式

A：不同變電站10 kV母線出線間合環，且上級電源分屬于2個220 kV站，即1號、2號主變220 kV 1個系統。這種情況下環網較大，此時即使參與合環的10 kV母線電壓相等，合環電流也較大。

B：不同變電站10 kV母線出線間合環，但其上級電源為同一220 kV變電站出線，即2號、3號主變220 kV 1個電源，此種情況環網較小，2號、3號段母線電壓差較小時，合環電流也較小。

C：同一母線出線間合環，此時環網最小，相同條件下合環電流也最小。

徐州地區任莊、三堡2個500 kV變電站將地區電網分為兩大區，220 kV吳橋變投運后，將上述2個區域電網連接起來，至此整個徐州地區的220 kV站成為1個系統。

3.2 配電網合環規定

徐州市區配網調度規程中關于10 kV線路合環的規定如下。

（1）參與合環的線路必須相位相同，操作前應考慮合環點兩側的電壓差和相角差，必須確保合環后各環路潮流的變化不超過繼電保護、系統穩定和設備容量等方面的限額。

（2）同一220 kV變電站 （220 kV母聯開關運行或主變由同一母線供電）所供110 kV變10 kV出線進行合環倒電操作時可不作特殊調整。

（3）其他情況10 kV線路進行合環倒電前，應停用線路一側開關重合閘：

①線路首端（末端）停電時，宜停用停電線路側開關重合閘；

②線路中間段停電時，應優先考慮停用操作方便端開關重合閘（如有人值守或操作班駐守變電站、具備重合閘遠程投切功能的變電站）；

③優先考慮停用系統短路阻抗較小一側開關重合閘。

因此，合環前，不僅要通過SCADA系統比較兩母線電壓值是否在合環允許范圍內，還要和地區調度聯系，詢問上級電源是否為1個系統或1個電源，然后采取相應措施。

4 事故分析及實例驗證

4.1 事故分析

正常運行方式下，石橋2號主變由賀石715線路供電，與賀村2號主變同屬于220 kV賀村變電源，故石橋賀橋線與賀村賀橋線合環倒電時，環網較小，也即兩合環線路所在母線對系統短路阻抗差別較小，由上述理論分析可知，此時合環電流也較小。

上述事故前系統運行方式下，石橋1號主變由秦石725線路供電，而220 kV秦洪變與賀村變分屬于2個220 kV系統，僅在500 kV網絡中屬于1個系統，此時，石橋賀橋線與賀村賀橋線合環網絡較大，其所在母線對系統短路阻抗相差較大，這就使得合環電流增大，從而導致開關跳閘事故。

4.2 實例驗證

4.2.1 系統短路阻抗不同

從以上分析可知，此事故因合環線路所在母線對系統短路阻抗相差過大而導致。同樣地，110 kV花園變進線電源分別為110 kV九花739線、秦花728線，而220 kV九里山變、秦洪變分屬于不同區域，即花園變2臺主變500 kV 1個系統，此站10 kV兩母線出線進行合環時，即使兩母線電壓相等，合環電流也很大，也曾出現過開關跳閘的案例。為此，可通過改變系統運行方式來減小合環電流，即先將10 kV方式改為并列運行后，再進行兩段母線出線間的合環操作，因環網變小，合環瞬間電流也減小。

110 kV彭場變2臺主變500 kV 1個系統，兩段10 kV母線出線間合環倒電時，電流也較大。目前220 kV吳橋變投運后，上述問題已不復存在。不同環網情況下，110 kV彭場變兩段10 kV母線出線合環時電流的變化情況如表1所示。可以看出，合環線路所在母線電壓差值相差較小的情況下，環網較大時合環電流也較大。這就說明，10 kV配電網合環與輸電網的結構密切相關，在實際工作中，不僅要熟悉配電網絡，對整個地區電網的結構也需明確。

表1 系統短路阻抗相差較大時合環電流變化

4.2.2 電壓差不同

環網大小不變、所在母線電壓差不同的情況下，10 kV吳農線與西段一線合環的情況如表2所示。可見，220 kV同一系統的條件下，同樣的2條線路合環，當合環線路所在母線電壓相差較大時，合環電流也較大。

表2 電壓差不同情況下的合環

應當注意的是，合環線路所在母線的相序和相位相同是合環的必要條件。220 kV九里山變電站10 kV母線相序與其他變電站相差達30°，盡管其10 kV出線與其他變電站有聯絡關系，也只能進行停電倒電。

5 預防措施

為避免合環操作時出現過大電流，導致環路繼電器動作跳閘，在實際工作中可采取以下措施：

（1）保證參與合環的變電站10 kV母線相序和相位相同；

（2）盡量滿足合環點兩側電壓值相同，可通過投退無功補償裝置或調解主變分接頭等來實現；

（3）參與合環的兩變電站10 kV母線對系統短路阻抗相差不宜過大，采用改變運行方式來實現；

（4）合環兩側負荷之和不能超過兩側開關額定負荷，否則即使條件滿足也不能互相替代；

（5）停用一側線路重合閘；

（6）對合環電流較大的線路進行操作時，需待有關操作人員到現場后才可操作。

6 結束語

通過一起配電網合環倒電引起線路跳閘事故，分析研究了影響配電網合環電流大小的因素，并通過實例進行驗證。下一步工作是充分利用Open3000強大的數據實時顯示、分析、計算功能，將其與配網PMIS相結合，開發研究配電網合環電流在線計算軟件，這將對配網安全可靠運行發揮更大的作用。

[1]葉清華.配電網合環操作的研究及專家系統的應用[D].南京：東南大學，2003.

[2]陳 珩.電力系統穩態分析[M].北京：中國電力出版社，1995.

[3]李江華.淺析10 kV配網合環產生環流的原因及預防措施[J].電網技術，2006，30（8）：199-201.