配電網(wǎng)閉環(huán)運行模式分析

姚德泉(國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106)

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配電網(wǎng)閉環(huán)運行模式分析

姚德泉
(國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106)

摘要：國內配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設計，開環(huán)運行的供電方式，城市10 kV配電網(wǎng)絡已形成了"手拉手"的環(huán)行供電網(wǎng)絡，通過解合環(huán)操作可減少停電時間，供電可靠性也得到一定的提高，但依然存在短時停電問題，隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，負荷需求增長迅速，尤其是重要敏感用戶對供電可靠性的要求越來越高，迫切需要進一步提供配網(wǎng)供電可靠性。文中對10 kV配電網(wǎng)閉環(huán)運行模式進行研究分析，并提出一種可行的網(wǎng)架結構優(yōu)化方案。

關鍵詞：配電網(wǎng)；供電可靠性；閉環(huán)設計；開環(huán)運行；網(wǎng)架優(yōu)化

供電可靠性是指供電系統(tǒng)對用戶持續(xù)供電的能力，配電網(wǎng)可靠性則是配電網(wǎng)絡對配電對象持續(xù)供電的能力。供電可靠性直接反映了供電系統(tǒng)對用戶的供電能力和服務質量，而配電網(wǎng)絡作為供電系統(tǒng)實現(xiàn)對用戶供電中極其重要和復雜的一環(huán)，是目前提高供電系統(tǒng)可靠性最關鍵的環(huán)節(jié)，正受到更多的重視。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對電網(wǎng)高可靠性的要求越來越高，而配電網(wǎng)一次網(wǎng)架對可靠性影響占到很大的比重，本文通過對國內和新加坡的配電網(wǎng)進行分析比較，提出改進配網(wǎng)一次網(wǎng)架的方案，并對其影響進行研究分析。

1　國內外現(xiàn)狀分析

1.1新加坡配電網(wǎng)現(xiàn)狀

1.1.1網(wǎng)架結構

新加坡的配網(wǎng)以22 kV網(wǎng)架為主，分布在城市各分區(qū)，以閉環(huán)“N-2”規(guī)則運行。變電站每兩回22 kV饋線構成環(huán)網(wǎng)形成花瓣結構稱之為梅花狀供電模型[1]。新加坡的“梅花”接線如圖1所示。不同電源變電站的每2個環(huán)網(wǎng)中間又相互連接，組成花瓣式相切的形狀，其網(wǎng)絡接線實際上是由變電站間單聯(lián)絡和變電站內單聯(lián)絡組合而成，2個環(huán)網(wǎng)之間的聯(lián)絡處為最重要的負荷所在。由一個變電站的一段母線引出的一條出線環(huán)接多個配電站后，再回到本站的另一條母線，由此構成一個花瓣，多條出線便構成多個花瓣，多個花瓣構成以變電站為中心的一朵花，每個變電站就是一朵梅花。原則上不跨區(qū)供電，通過花瓣相切的方式滿足故障時的負荷轉供，構成多朵梅花供電的城市整體網(wǎng)架，顯示了良好的可擴展性。

1.1.2運行方式

正常運行時，環(huán)網(wǎng)線路中站間聯(lián)絡線路以開環(huán)運行為主，站內聯(lián)絡部分采用閉環(huán)運行方式。故障情況時，對于主干線路采用縱差保護實現(xiàn)故障快速隔離，可靠性高，能夠實現(xiàn)單一線路故障時不停電。

圖1　新加坡的“梅花”接線

饋線自動化方面采用縱差保護的FA與主站集中的FA相結合，基于建模式和規(guī)則式2種混合型的診斷原理對電網(wǎng)拓撲結構和故障警告信息進行分析，獲得故障原因，事故定位以及恢復供電的一系列開關倒閘操作報告。

1.1.3監(jiān)控系統(tǒng)

為達到高可靠性高質量供電的配網(wǎng)建設目標，新加坡能源公司現(xiàn)以大規(guī)模建設使用的有2套自動化系統(tǒng)，分別是配網(wǎng)SCADA和電能質量監(jiān)測系統(tǒng)（PQMS）。

新加坡從1987年到1989年建設并投運22 kV配網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，同時從2007年開始拓廣到6.6 kV共建設有主控中心和副控中心2套主站系統(tǒng)。3個區(qū)域中心（中部區(qū)域中心，北部區(qū)域中心，東部區(qū)域中心，南部區(qū)域中心以及西部區(qū)域中心）和1個應急指揮中心。主副控制中心以及區(qū)域中心之間的數(shù)據(jù)交換全部采用廣域網(wǎng)（WAN）來進行。

1.2國內配電網(wǎng)現(xiàn)狀

1.2.1網(wǎng)架結構

國內配網(wǎng)以10 kV網(wǎng)架為主，采用閉環(huán)設計、開環(huán)運行方式。環(huán)網(wǎng)接線大多是由不同變電站或同一變電站不同母線出線組成。國內大部分城市配網(wǎng)電纜線路接線方式以單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)為主，如圖2所示。

1.2.2運行方式

正常運行時，聯(lián)絡線路以閉環(huán)設計、開環(huán)運行為主。線路故障情況時，由變電站出線開關保護動作，實現(xiàn)故障的隔離，但停電范圍較大，無法精確隔離故障點，造成非故障區(qū)域設備停電。

圖2　電纜雙環(huán)網(wǎng)接線示意圖

在配電自動化已實施的地區(qū)，饋線自動化方面采用主要采用主站集中式FA，基于建模式的診斷原理對電網(wǎng)拓撲結構和故障警告信息進行分析，獲得故障原因，事故定位以及恢復供電的一系列開關刀倒閘操作報告。

1.2.3監(jiān)控系統(tǒng)

為了提高配電網(wǎng)供電可靠性，國內從2009年開始實施配電自動化建設。目前針對配電網(wǎng)的自動化系統(tǒng)，分別有EMS，DMS和用電信息采集系統(tǒng)（含配變監(jiān)測）。EMS系統(tǒng)主要實現(xiàn)35 kV及以上變電站設備的信息采集和監(jiān)視。DMS具備了配網(wǎng)設備運行監(jiān)控、饋線自動化（FA）、高級應用等功能，能夠實施監(jiān)控配電設備運行情況，實現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)恢復供電，從而提高故障預防和快速恢復能力。

1.3分析與結論

經(jīng)對比分析新加坡和國內配電網(wǎng)，可以得出以下結論：

（1）電氣一次網(wǎng)架的接線方式不同，配網(wǎng)網(wǎng)架結構可靠性與新加坡存在差距。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)。目前國內配電自動化系統(tǒng)投入運行時間較短，且終端的覆蓋范圍較小[2]，還無法像新加坡那樣實時全面掌握配網(wǎng)的運行情況。

（3）運行方式不同。國內配電網(wǎng)采用閉環(huán)設計、開環(huán)運行方式；在保護配置方面，只能依靠變電站10 kV出線保護切除線路故障，停電范圍大，造成非故障區(qū)域短時停電。

因此，為提升整個配電網(wǎng)的供電可靠性，需從以上3個方面進行改善。目前國內城市配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結構合理，自動化系統(tǒng)已投入使用，只需做少量的改造就可以接近新加坡電網(wǎng)的結構。所以改造配電網(wǎng)網(wǎng)架，調整運行方式，由開環(huán)運行轉變?yōu)殚]環(huán)運行方式是提高城市配網(wǎng)供電可靠性的主要途徑。

2　閉環(huán)運行模式的研究

結合國內城市配電網(wǎng)現(xiàn)狀，本文選取由雙側220 kV變電站單鏈供電、站內使用內橋接線方式的雙主變110 kV變電站為研究分析對象。合環(huán)運行的兩回配網(wǎng)線路可以選擇不同變電站、同一變電站2臺變壓器及同一變壓器供電的線路。下面將結合2種不同電網(wǎng)結構情況分別研究2種合環(huán)運行方式下的優(yōu)缺點。

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2.1同一變電站不同母線的10 kV線路

同一變電站不同母線運行方式接線如圖3所示。

圖3　同一變電站不同母線運行方式接線圖

此種方式下，為避免出現(xiàn)220 kV-110 kV-10 kV的“電磁環(huán)網(wǎng)”，需將運行方式作如下調整：

（1）合上110 kV母聯(lián)開關，斷開一回110 kV線路，用另一回110 kV電源線路對整個變電站供電，變電站需改為進線備投方式；

（2）變電站內的110 kV，10 kV母聯(lián)開關均合上，2臺變壓器并列運行，出現(xiàn)110 kV-10 kV電磁環(huán)網(wǎng)；

（3）變壓器并列運行應考慮各類參數(shù)配合。

2.2運行方式調整帶來的影響

（2）主變故障分析。內橋接線方式的變電站，供電線路側的變壓器故障會導致全站停電，單母線分段接線方式不存在此問題。新加坡66 kV側電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)運行方式，不存在此類問題。主變N-1時，合環(huán)線路不失電，供電可靠性有所提高。

（3）10 kV母線故障分析。10 kV母線故障時，2臺主變低后備Ⅰ時段同時動作跳10 kV母聯(lián)開關，合環(huán)線路需加裝方向過流保護來隔離故障點，增加了故障存在的時間，存在設備風險。

（4）10 kV備自投調整。當1臺變壓器失電時，10 kV母線不停電，合環(huán)線路不失電，10 kV備自投且無需調整。

（5）合環(huán)線路保護方式。主干線需按分段裝設光纖差動及后備保護，實現(xiàn)故障點的精確隔離。饋線裝設過流保護。

2.3同一變電站同主變雙分支不同10 kV線路

同一變電站同主變雙分支運行方式接線圖如圖4所示。

圖4　同一變電站同主變雙分支運行方式接線圖

（1）對110 kV電網(wǎng)的影響。選擇1臺變壓器所帶兩段分支母線上的兩回線路進行合環(huán)，無需進行高壓側運方調整，不會出現(xiàn)電磁環(huán)網(wǎng)，不需要考慮變壓器之間的參數(shù)配合。110 kV進線負荷較均衡。

（2）主變故障分析。供電變壓器故障情況下，需依靠10 kV備自投動作實現(xiàn)繼續(xù)供電，如變電站存在3臺變壓器情況下可能將兩段由同一臺變壓器供電10 kV母線改為不同電源，因此備自投動作時需跳開相應母線上合環(huán)線路開關，同時兩側備自投需進行配合。

（3）10 kV母線故障分析。10 kV母線故障時，相應主變低后備跳開主變低壓側開關時應聯(lián)跳合環(huán)線路開關，保證合環(huán)線路解環(huán)仍可繼續(xù)運行。

（4）10 kV備自投調整。雙主變變電站無需調整10 kV備自投。

（5）合環(huán)線路保護方式。主干線需按分段裝設光纖差動及后備保護，實現(xiàn)故障點的精確隔離。饋線裝設過流保護。

2.4分析比較

對2種閉環(huán)運行供電模式，具體比較情況如表1所示。

經(jīng)過以上分析比較，同主變雙分支閉環(huán)模式對現(xiàn)有運行方式及保護配置等改造量較小，安全風險低，可靠性高，具備較強的可復制推廣性。

表1　2種閉環(huán)運行模式對比

3　結束語

通過分析可知，除了加大配電自動化的覆蓋范圍外，對于對供電可靠性要求很高的區(qū)域（城市核心區(qū)、高新技術開發(fā)區(qū)等），建議變電站建設時可考慮采用雙主變、雙分支及10 kV母線環(huán)式結構，從同一主變雙分支10 kV配對出線，合環(huán)運行，并與相鄰變電站合環(huán)線路形成梅花相切供電模式。目前此種模式已在江蘇蘇州配網(wǎng)得到試點應用，據(jù)測算其供電可靠率可達99.999 5%以上，真正實現(xiàn)不間斷供電。

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姚德泉（1982），男，江蘇連云港人，工程師，從事國內外配電自動化技術支持工作。

變電運維技術

Analysis on Closed Loop Operation Mode of Distribution Network

YAO Dequan
(NARI Technology Development Co. Ltd., Nanjing 211106, China)

Abstract：The distribution grids in China are commonly in the way of closed-loop design and opened-loop operation. The distribution grids in cities has formed a "hand-in-hand" structure. Through opened/closed loop operation, power supply reliability has been improved. However, customers are still likely to suffer short-time outages. Currently, improving power supply reliability becomes an urgent demand. This paper proposes a solution for grid structure optimization based on the analysis of closed-loop operation mood of 10 kV feeder.

Key words：distribution; power supply reliability; closed-loop design; opened loop-operation; network optimization

作者簡介：

收稿日期：2015-11-10；修回日期：2015-12-25

中圖分類號：TM711

文獻標志碼：A

文章編號：1009-0665（2016）02-0016-03