中山電網10 kV線路合環轉供電操作原則研究

歐昌岑

(中山供電局，廣東中山 528400)

0 引言

隨著國民經濟的發展，配電網一般采用閉環設計、開環運行的供電方式，不同片區間的10 kV線路合環操作普遍采用“先斷后通”方式，操作過程中需短時停電，降低了供電連續性。若采用合環轉電方式，合環時的電網潮流分布受系統運行影響較大，目前調度人員進行合環轉供電操作時，只能依靠以往經驗，沒有系統的操作原則，調度人員難把握，存在操作風險。一般進行合環操作時，受電網運行方式和電網參數影響，將可能出現因合環潮流過大而引起設備過載、繼電保護誤動、電磁環網引起事故擴大等風險，影響電網安全。

1 國內外現狀

國外對配電網合環轉供電研究較早，理論也較成熟，在配電網規劃、建設時也按配電網合環轉供電要求來規劃、建設。因此在實際運行中，配電網合環轉供電操作較順利，整個配電網供電可靠性很高。早在1998年，英國的中壓配電網供電可靠性已達99.988%，美國達99.984%，法國達99.991%，日本東京電力公司達 99.999%。

中國原有電力設施建設落后，但近幾十年各級電網建設都取得了長足的進步。配電網合環轉供電研究也在近10年如火如荼地開展，部分地區供電局已逐步實施了10 kV合環轉供電，但仍沒有明確的配電網合環操作原則。隨著配電網規劃、建設的發展及進一步提高供電可靠性的要求，制訂并明確10 kV線路合環轉供電操作原則日益迫切。

2 合環操作的相關規定

根據《廣東電網電力系統調度規程》的有關規定:合環操作必須相位相同，應保證合環后各環節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。合環前應將合環點兩端電壓幅值差調整至最小，220 kV系統一般允許在20%，最大不超過30%，負荷相角差一般不超過30°，500 kV系統一般不超過10%，最大不超過20%，負荷相角差不超過20°。

核相工作是中山供電局(中山局，下同)10 kV線路形成環網的必備條件，目前中山局在運的10 kV環網相位正確率為100%。上述規程沒有明確10 kV系統合環允許的電壓差及相角差，而且對于配電網10 kV系統，合環點(包括變電站內的10 kV饋線開關、線路上負荷開關)單側或兩側沒有安裝TV、TA，規程上允許同期合環的電壓差、相角差無法實時直觀獲得。而且10 kV合環的開關沒有安裝同期合閘保護檢測，在不考慮合環后電流增大可能引起過流保護動作的情況下，電壓差、相角差不影響10 kV開關成功合環。

表1 幾種典型網絡接線下的計算數據與實測數據對比

但合環開關兩側的電壓差、相角差會產生環流，環流與線路上的負荷電流疊加后所產生的暫態沖擊電流及穩態電流有可能造成10 kV過流Ⅰ段或Ⅱ段動作而導致變電站的10 kV饋線開關跳閘。

因此，10 kV線路合環轉供電成功的關鍵在于合環后的沖擊電流及穩態電流值是否能躲過變電站10 kV饋線過流Ⅰ段及過流Ⅱ段的定值。

3 合環操作原則分析

按目前中山電網繼保整定原則，以TA為600/1的10kV饋線開關為例，合環瞬間如沖擊電流達到2 160 A時，將會造成10 kV饋線過流I段動作跳閘;穩態電流如達到780 A，持續時間超過0.5 s，過流Ⅱ段將會動作跳閘。

按目前中山電網10 kV過流Ⅰ段最小動作定值2 160 A整定及取可靠系數1.3倍考慮，中山局明確10 kV線路合環后的沖擊電流須不得超過1 600 A。

按目前中山電網10 kV過流Ⅱ段最小動作定值780 A整定及取可靠系數1.3倍考慮，合環后的穩態電流實測值不得大于660 A。同時根據《廣東電網公司12 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備選型標準》文件要求(10 kV開關柜合環運行開關電流不得大于630 A)，中山局明確合環后的穩態電流實測值不得大于630 A。

也就是說，實際操作時暫態沖擊電流及穩態電流數值如果滿足上述條件可確保10 kV線路合環成功。

4 利用合環輔助決策支持系統對合環操作仿真

在明確了10 kV線路合環的原則后，下一步的關鍵在于需對合環工作進行風險預控。為此，中山局與南瑞科技在配電網自動化系統(OPEN3200)上開發了配電網合環輔助決策支持系統。通過實時讀取網絡和狀態數據，識別網絡環路狀態，分析當前合環操作的安全性，對合環后產生的沖擊電流及穩態電流進行預判，嚴格按照“先計算，再合環”方法，若具備合環條件時，10 kV環網線路轉供電可采用不停電的方式進行。

鑒于目前該模塊的誤差，結合中山局開展配電網合環課題研究以來的理論計算值與實測值的經驗，中山局明確了10 kV線路允許合環的穩態電流理論計算值不得大于450 A，暫態沖擊電流理論計算值不得大于1 400 A。

5 實踐校驗

中山局自2010年開展10 kV線路合環轉供電課題研究，根據上述合環原則，共開展1 800次合環轉供電工作，成功1 800次，失敗0次，表1為幾種典型網絡接線下的計算數據與實測數據對比。

根據表1數據，中山局總結10 kV線路合環轉供電規律如下。

(1)涉及合環線路如屬于同一220 kV網絡(如圖1)，理論計算穩態電流值均小于450 A，沖擊電流均小于1 600 A，實測電流均小于630 A，合環操作全部成功。

(2)涉及合環線路如屬于不同500 kV電源(如圖2)，理論計算穩態電流值超過450 A，實測電流將會超過630 A，有可能造成10 kV饋線開關保護動作跳閘，不建議進行合環操作。

圖1 合環線路屬于同一220 kV網絡

(3)涉及合環線路如屬于同一500 kV電源，不同220 kV網絡(如圖3)，理論計算穩態電流值有可能大于450 A，也有可能小于450 A。應嚴格執行“先計算，再合環”規定，只允許合環穩態電流理論計算小于450 A的線路進行合環。

圖2 合環線路屬于不同500 kV電源

圖3 合環線路屬于同一500 kV電源，不同220 kV網絡

6 結語

10 kV線路合環轉供電操作原則有效指導了中山局配電網合環工作，減少了停電次數，提高了供電的延續性，不僅給居民帶來了生活上的方便，也使工廠企業避免了因停電中斷而帶來的或多或少的經濟損失，更重要地也使供電企業得到了實際的經濟收益和社會效益，自2010年開始共進行合環轉供電1 200條次，每條次線路合環減少停電時間15 min、每條線路平均負荷3 MW計算，這些合環直接產生的電量就是90 000 kWh。

希望所做的研究及分析能對國內其他地市局開展10 kV線路合環課題研究提供新的參考與指引。