10 kV配电网合环倒负荷研究

李旭前,石连生,吕泽阳,赵鹏程,赵洪刚,许强

(1.云南电网公司玉溪供电局,云南 玉溪 653100；2.天津天大求实电力新技术股份有限公司,天津 300384)

10 kV配电网合环倒负荷研究

李旭前1,石连生2,吕泽阳2,赵鹏程2,赵洪刚2,许强2

(1.云南电网公司玉溪供电局,云南 玉溪 653100；2.天津天大求实电力新技术股份有限公司,天津 300384)

针对城区10 kV配电网特点,采用合环计算软件,提出了按照供电分区分别建模,并对影响合环操作的单一因素进行量化分析,在此基础上,得出综合因素影响下的允许合环条件。

合环操作；合环电流；供电可靠性；供电分区

1 前言

在城市配电网运行中,为了提高供电可靠性,保证供电连续性,手拉手式双向供电的供电模式日益普遍,负荷通过倒闸操作进行转移供电的情况也更为频繁。不停电转移负荷使合环操作成为配电网运行管理中提高供电可靠性的常用操作手段[1-3],该手段可以减少用户的停电次数与停电时间。然而考虑合环冲击电流等因素的影响,某10 kV配电网一般采用 “闭环设计、开环运行”的供电方式。在该供电方式下每一个负荷都是由单一的母线供电,不同母线所带的负荷区域用联络开关隔离,形成供电负荷岛,正常情况下联络开关开断运行。由于该供电方式在进行配网检修、维护或者工程原因,会因为倒负荷而出现短时的停电。

在10 kV配电网合环操作时,由于在合环开关的两侧母线在合环前存在一定的电压相量差,可能导致合环操作中产生过大的合环电流,引起速断保护或过流保护误动,扩大停电面积[4]。目前,关于合环操作系统的研究相对较少,操作人员只能凭经验决定是否可以进行合环操作,这样会导致合环的操作调度有一定的盲目性,降低了系统供电可靠性。以下结合10 kV配电网实际合环操作的需要,采用10 kV合环计算软件按照供电分区进行理论建模和影响因素的量化试验分析,并通过实例进行合环校验。

2 配电网合环转电与网络等值

为了分析影响10 kV配电网合环操作的因素,根据10 kV配电网设备联络及上级电源情况,将10 kV配电网合环转电方式归纳为以下4种情况。

图1 两个110 kV变电站的10 kV架空线路合环示意图

1)两个110 kV变电站的10 kV架空线路合环,如图1所示。

2)两个110 kV变电站的10 kV电缆线路合环,如图2所示。

图2 两个110 kV变电站的10 kV电缆线路合环示意图

3)两个110 kV变电站的10 kV架空与电缆混合线路合环,如图3所示。

图3 两个110 kV变电站的10 kV架空与电缆混合线路合环示意图

4)一个220 kV变电站与一个110 kV变电站的10 kV电缆线路合环,如图4所示。

图4 一个220 kV变电站与一个110 kV变电站的10 kV电缆线路合环示意图

图1～4中,主变A和B既可是同一个变电站的不同主变,也可以是不同变电站的不同主变,从拓扑结构上看10 kV母线至合环开关的网络结构是基本相同的,不同的是10 kV母线电压和系统等值阻抗不同,因此,建立上述四图相应的等值网络如图5所示。

图5 10 kV馈线合环网络等值图

图5中,Ea和Eb分别为主变A和B低压侧母线电压；ZSa和ZSb分别为主变A和B系统等效阻抗；ZLa和ZLb分别为主变A和B的10 kV馈线阻抗；Za和Zb分别为主变A和B的10 kV馈线对应负荷阻抗。

3 建模与仿真研究

3.1 边界条件

本次研究按照中国南方电网有限责任公司“十二五”110 kV及以下配电网规划编制技术规定中B、C、D三类供电区的标准进行建模,模型示意图如图6、7、8。

图6 B类供电区建模示意图

图7 C类供电区建模示意图

图8 D类供电区建模示意图

模型所需基础参数和边界条件如下：

1)本次合环过程是一个从 “合环 (联络开关)-解环 (出线开关)-再合环 (出线开关)-再解环 (联络开关)”的完整过程,“再合环”点考虑极限情况,即两条线路出线开关作为第二次合环点。

2)110kV变电站上级环网考虑为一个点。

3)B类供电区110 kV变压器采用50 MVA有载调压两卷变、C类为40 MVA有载调压两卷变、D类为40 MVA有载调压三卷变,220 kV变压器采用180 MVA有载调压三卷变。

4)10 kV架空线路采用LGJ-185、电缆采用YJV22-3×300,线路采用三分段,线路负荷沿线路均匀分布,正常运行负载率为50%。

5)考虑10 kV线路及系统运行安全性,联络开关、出线开关的CT变比采用600/5、过流保护电流设定为 900 A,速断保护电流设定为 2400 A。

6)允许合环条件：10 kV线路电压在9.3～10.7 kV之间,线路稳态负载不超过100%,合环稳态电流小于过流保护定值,合环冲击电流小于速断保护定值。

3.2 计算步骤

对配电网进行合环计算的主要步骤为：

1)采用合环计算系统分供电区、分转电方式分别建立合环运行的数学模型,包括电源点、网络、负荷等；

2)选定第一次合环点 (联络开关)进行合环校验,如果通过校验,则进行第3步,否则,不允许合环；

3)选定第二次合环点 (出线开关)进行合环校验,如果通过校验,允许合环,否则,不允许合环。

3.3 单一因素分析

针对影响10 kV合环的因素,本次研究分别从电压的大小和相位、10 kV母线负荷及10 kV线路负荷四个方面分别对B、C、D类供电区的四种转供电方式进行合环分析。

结合10 kV合环计算系统分析结果,得出四种转电方式在单一因素影响下的合环条件如表1所示。

表1 四种方式在单一因素影响下的10 kV配电网合环条件

3.4 综合分析

结合上表数据,考虑综合因素对合环操作产生的影响,对以上三种转电方式进行综合因素影响校验,校验边界条件取各因素影响近似最小值,即电压差约为7.2%,相位差约为4.22°,10 kV线路总负荷为8.26 MW。在此种情况下进行上述四种转供电方式校验。校验结果如下。

当首次合环时,联络开关的合环稳态电流介于100～600 A之间,合环冲击电流介于190～900 A之间；当出线开关进行二次合环时,合环稳态电流介于100～600 A之间,合环冲击电流介于180～910 A之间。在整个合环过程中,10 kV线路负荷及电压偏差均在允许范围内。

3.5 合环条件

结合以上理论研究结果可知,为减少合环电流,原则上要求合环点两侧电压差不大于7.2%,相角差不大于4.22°,10 kV母线和线路负荷尽量相等,10 kV线路负荷较小时,方可进行合环操作。考虑可能存在相角差较大的问题,位于不同220 kV分区的10 kV环网线路不宜进行合环转电,或经合环校验通过后方可进行合环操作。

合环后校验：各处电压均符合限值要求,线路电流均未超出额定电流,各主变均满足负载要求,各过流保护均在限定值内,允许合环。

5 结束语

针对城区10 kV配电网特点,根据不同的合环转供电方式,提出了按照供电分区进行建模,采用合环计算软件,进行了单一因素影响的量化分析,在此基础上,得出综合因素影响下的允许合环条件。通过实例仿真结果表明,综合因素影响下的允许合环条件能够为调度部门合理安排10 kV合环转供电运行方式提供理论指导,具有一定的参考价值。

[1]连鸿波,顾振中,余浩斌,等.10 kV配电网合环倒负荷研究[J].华东电力,2012,40(6)：1045-1049.

[2]洪天炘.10 kV环网合环操作方式的研究 [J].安徽电气工程职业技术学院学报,2004,9(1)：25-29.

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

[4]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.

Research on Yuxi 10 kV Distribution Network Closing Loop Operation

LI Xuqian1,SHI Liansheng2,LV Zeyang2,ZHAO Pengcheng2,ZHAO Honggang2,XU Qiang2
(1.Yuxi electric power supply bureau,Yuxi,Yunnan 653100；2.Tianjin Tianda Qiushi Electric Power High Technology Co.,Ltd,Tianjin 300384)

According to the 10 kV power supply zone,it models and analysis the factors of closed loop operation.On this basis,the comprehensive loop condition is reached.The obtained results demonstrate the comprehensive loop condition can provide important reference for dispatchers to arrange reasonable operation mode.

closing loop operation；loop current；power supply reliability；power supply zone

TM72

B

1006-7345(2014)02-0041-04

2014-01-17

李旭前 (1982),男,硕士,工程师,云南电网公司玉溪供电局,从事电网规划、配网设计工作 (e-mail)12661326@qq.com。

石连生 (1982),男,硕士,工程师,天津天大求实电力新技术股份有限公司,从事电网规划咨询工作 (e-mail)shiliansheng2001@163.com。

吕泽阳 (1987),男,本科,天津天大求实电力新技术股份有限公司,从事电网规划咨询工作 (e-mail)lvzeyang2011@163.com。