淺談合環操作在10kV配網應用

江 霖

（廣東電網公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

1 引言

城市建設在快速發展的同時遇到了諸多問題，例如城市用電負荷增長得比較快，因此，城市建設對供電的品質和可靠性的要求也逐漸提升。 配電網一般采用閉環設計、開環運行的供電方式。珠海市斗門區配電線路主要以單輻射狀態運行。隨著斗門配網的發展，逐漸形成電纜、架空線混合，以環網柜為主體結構的“手拉手”環行供電網絡。而在日后的配電網絡中，電纜率與環網率將更大。 由于變電站定期的檢修、 對配電網絡進行必要的改造、線路的故障搶修等需要，每年都需進行大量的轉供電工作。在負荷轉移的過程中只有通過合環操作才可以選擇正確的供電路徑來轉移負荷。 在負荷轉移中所運用的合環操作可以提升電壓質量以及減少網損，同時還能保證城市用戶供電的連續性，在一定程度上提升了供電企業的經濟效益以及社會效益。 在負荷轉移中運用合環操作可以實現不停電轉電，提高供電可靠性，它的優點已經逐漸得到人們的重視。

2 合環的優點

隨著時間的推移以及現代社會的不斷發展，人們對供電的可靠性要求逐漸提升， 不論是城市居民還是農村居民都對停電以及短時停電反應非常強烈，這容易造成巨大的損失。 但10kV配網復雜，停電檢修頻率高。 在10kv 配網中進行中壓用戶接入、設備檢修維護工作、缺陷處理、事故處理以及上級電網檢修等工作時，通常會使用先停電后倒電或者是停整條支線的方式，造成停電次數過多、時間較長等。 停電會嚴重影響用戶的正常生產，同時，還給人們的生活帶來嚴重的不便，供電企業也會因為停電次數比較多導致售電量減少， 從而造成供電企業經濟方面的損失，嚴重的還會影響供電企業的企業形象。如果能采取措施通過10kv 線路先合環再斷開對應的斷路器，可以縮小停電的范圍，有效地提升供電的可靠性。為了減少用戶的停電次數和停電時間，合環操作成為電力系統運行操作中的重要環節。

3 合環操作的理論分析

從上述描寫中可以發現合環操作可以有效地提升供電企業配電網的供電可靠性，但是，進行合環操作時必須具備必要的條件，同時合環操作具備一定的危險性，具體分析如下。

3.1 合環的方式分析

合環可以按照接線方式進行分類，不同的合環方式具有不同的網絡特點，合環操作的安全性水平也不同。斗門供電局設計的配電網合環操作主要分有兩種劃分方式。 一種是根據合環操作點，分為通過母聯開關和通過聯絡開關兩種合環模式；一種是根據合環點追溯的上游電源（追朔到110kV）是否并行，分為上游電源并列運行和分列運行兩種。

（1）合環點上有電源并列運行的饋線合環

配合網環點1 屬于這種情況，如圖1 所示。 從圖中得出母線A 以及母線B 這兩條母線分列運行，而且母線A 和母線B 來自兩個不同的變電站， 這兩者通過變電站或開關站母聯開關或聯絡開關進行合環操作。

（2）上游電源并列運行的饋線合環

配網合環點2 屬于這種情況，如圖1 所示，由同一個母線供電，在進行配網合環操作時，運用變電站母聯開關和網絡開關進行合環操作。

上述說的兩種合環操作模式中，第一種合環操作的危險性比較大，主要是因為上游電源是分列運行的，因此，合環點的電壓比較大。 第二種合環操作危險性比較小，主要是因為110kv 電源是并列運行的，因此，合環點電壓差也比較小。 可是如果合環線路兩側的負荷較大，可能出現環流過大的現象，所以，在操作中必須要進行計算保證合環操作的可行性。 斗門供電局在設計初期便對各環網點進行了計算，對環網線路進行了合理分配，均已具備初步的合環條件。

圖1 合環模式分類

3.2 合環的影響分析

合環是有利有弊的。 一方面，合環可以減少用戶的停電，理論上提高供電可靠性，有利于電網的日常維護和設備的更換，并對日后實現配網自動化起到關鍵作用。 另一方面，合環操作使電網存在以下潛在風險：

（1）合環電流。 合環線路兩側的電源通常情況下是分列運行，合環線路上級電網應該是并列運行的。 配電網絡進行合環的過程中，因為合環線路兩側的母線之間存在壓差（相位差、數值差）產生的環流，就算合環開關和合環線路兩側的母線的數值和相位差相同， 兩者之間也會因為合環母線處對系統的短路阻抗不同而產生環流。

（2）合環沖擊電流。 中壓配電網進行合環的過程中，因為負荷開關閉合前，合環兩側的電壓差＞0，如果負荷開關閉合，合環兩端的電壓差會發生巨變，負荷開關兩側電壓就會變成一致的，相角差為0，會有暫停的階段。 暫停階段的電流會引起合環兩端線路中每個節點電壓和角度產生變化， 鏈接環上電勢和角度也會隨之改變。通過一個搖擺的過程值才會穩定，當開口電壓的頻率不一致時，線路合環也會發生變化，會產生合環沖擊電流。

（3）短路電流。 合環運行會讓系統綜合阻力降低，短路電流就會提升，太大的短路電流會導致變電站內部繼電保護的誤動；系統中出線比較多而且電源出線集中的地方， 母線短路的容量就會提升，嚴重的會產生電力系統事故。

（4）潮流問題。 在電網合環的過程中電網出現故障，如短路問題時，合環線路就會產生不平衡的運行狀態，尤其是上級電網中的其中一條線路出現跳閘而被迫退出運行的過程中， 在聯絡開關的地方就會通過高壓側傳輸較大的潮流。 合環潮流的產生會讓電力設備過載，或者是開關跳閘，進行繼電保護動作，造成停電，造成嚴重的社會損失和經濟損失。 合環操作分析系統中合環潮流計算模塊的核心部分是合環潮流計算的主要方法。 合環潮流和輸電網不同，輸電網的計算方法是用傳統的牛頓-拉夫遜法（N-R）、PQ 分解法等方法計算，它的程序收斂性不夠理想。 所以，合環潮流計算非常重要。

3.3 合環的條件

環網合環操作主要是在停電檢修工作中進行，主要是為了提升系統供電的可靠性，但是，電網在運行中會受到合環操作以及解環操作中產生的電流的影響。 因此，電網的合環操作在必須具備相應的條件下進行。

電網短時合環操作的條件：（1）互供線路兩側主變電源應是由同一個220 千伏系統供電。 （2）合環點相位應一致，否則合環會造成相間短路。 如首次合環或檢修后，必須測定相位，證明合環點兩側相位一致。（3）兩側頻率應相等。（4）電壓差應盡量降低。 如果電壓幅值差和相角差差距以及系統短路阻抗相差比較大，合環沖擊電流就會較大，就會引起保護誤動，產生故障。互供線路兩側10 千伏母線電壓差允許不大于5%（按變壓器并列條件的規定）。（5）線路以及各設備負載能力要符合設計要求。合環后環網內各元件不致過載。（6）各母線電壓不應超過規定值。（7）繼電保護與安全自動裝置應適應環網運行方式。 （8）電網穩定，符合規定的要求。

4 合環的管理

自2002年開始，斗門供電局在斗門區內全面開展10 千伏線路不停電轉電工作，堅持執行帶電合環操作。 但是，合環操作牽涉到電網的并列和負荷轉移， 稍有不慎， 極易造成誤操作事故，如果合環失敗還可能會造成整個變電站、用戶全部停電的惡性后果。 因此，有必要對合環操作進行嚴格控制，弄清容易出錯的問題和環節，采取措施加以防范，保證合環操作的安全和對用戶的連續可靠供電。

斗門供電局多年來不斷經驗總結，在合環轉供電工作中最為關鍵的相序、相位核對工作方面已經形成一套工作規范，設備采購回來后，初次試驗就要核對一二次接線是否準確對應。 送電之后，施工必須在設備合環前進行核相，具備可以合環條件方可允許合環操作，并對線路的架設方式、電纜的標識都做了嚴格的規定，并要求設計、施工單位嚴格執行，確保我局管轄范圍內所有的合環操作點均具備合環轉供條件。 同時，為確保10 千伏互供線路合環點兩側相位相同，保證10 千伏互供線路合環操作無差錯，我局編制了《斗門配網10 千伏互供線路運行操作規定》，嚴格控制、管理合環操作。

5 10kV 線路合環操作實施案例

下面以斗門配網10kV 樂業線和10kV 埔青乙線為例。兩條10kV 線路上級電源為同一220kV 變電站， 對不同10kV 母線分段運行的配網線路的合環操作進行分析，圖2 為接線示意圖。

圖2 “2-1”環網一次接線圖

（1）以配網調度員或者配網監管員的調度為中心，在合環操作前進行合理的評估， 并分析線路潮流方向以及合環的暫態電流和穩態電流、線路的符合情況等。 判斷線路是否具備合環的必要條件。

（2）配網調度員結合工作的需要，選擇最佳運行方式，并下發調度指令票，闡述改變運行方式的步驟。

（3）運行人員根據調度指令票填寫操作票，分部進行合環操作。

（4）將合環操作的工作人員進行分組。 分為兩組或三組，每組由操作監護人和操作人組成。 操作前核對10kV 樂業線與10kV 埔青甲線相序、兩端壓差等是否符合條件。 一切符合條件后，方可準備合上600 開關。 每組人員應該熟悉操作票后依次到達合環操作現場， 主要是了解合環操作現場的環境以及準備的操作工具等，如檢查具備操作的條件后，電話通知配網調度人員操作任務已經準備就緒。

（5）配網調度員了解各組人員準備操作就緒后，依據轉供電操作計劃按一定的順序通知各組人員進行操作， 并實時跟蹤操作情況，查看高壓線路是否成功轉供電。

6 結語

應該對已經具備合理條件的配電網環網線路進行合理的校對、驗算和校核，在這一基礎上進行合環運行操作，只有在一前提下進行操作才會幫助減少用電客戶的停電次數以及停電的時間，同時，還有利于電網計劃檢修工作的進行，提升電網運行的靈活性，還可以提升供電企業的經濟效益和整體形象。 環網率的不斷提高，也將為日后的配網饋線自動化打下堅實的基礎。 因此， 合環具有很強的現實意義，10kV 配網合環操作極具推廣與應用價值。

[1]陳堅.關于環網供電的探討[J].福建電力與電工，2002（2）：18-26.

[2]高頌九環網供電中存在的問題及解決辦法[J].電力系統裝備，2002（1）：135-138.