城市10 kV配网不停电合环操作的研究与应用

魏天伟 俞晓峰

（1.国网四川省电力公司宜宾供电公司，四川宜宾644000；2.广东电网有限责任公司河源供电局，广东河源517000）

0 引言

过去10 kV配网很多采用单电源馈线结构，当线路发生故障后负荷没有办法进行转移，在故障处理完毕后才能恢复供电，停电范围大，停电时间长。而目前城市电网经过改造和扩建，大多采用了手拉手环网结构，每条配网线路都有两个或两个以上电源，在正常状态下以开环结构运行。当线路发生故障或需要检修维护时，通过实现合环操作能大大提高配网供电可靠性。而采用合环不停电倒负荷，线路不需停电，减少了倒负荷的停电次数，对缩短停电时间具有非常好的效果。但合环不停电倒负荷操作具有较大安全风险，同时对配网设备参数具有一定要求，因此需要对这种合环操作方式进行深入研究。

1 不停电合环操作的风险与条件

1.1 不停电合环操作的风险

10 kV配网不停电合环操作具有很多优点，对提高供电可靠性、缩短用户停电时间具有重要意义。但在实际操作中，不能盲目决定采用这种操作方式，在某些情况下，不停电合环操作不适合当前电网的运行状态，安全风险较高。在配网正常运行状态联络开关断开，配网线路属于开环运行。当合上联络开关后，将形成电磁环网。若联络开关合闸前，其两侧线路具有一定的电压差、相角差或频率差，配电网从开环状态转变为合环状态后会经历一个暂态冲程，电网会产生短时的功率震荡，不停电合环操作时会产生合环电流。当环流幅值过大时，将会导致合环操作失败。当两条线路之间的电压差为零时，若线路电源侧10 kV母线对大系统的短路阻抗不同，在合环时也会产生很大的环流。又比如某一合环网络，计算表明符合合环操作条件，进行不停电合环操作，若此时环网出现接地故障，环网中某开关跳闸导致某段线路停运，电网中潮流分布会发生很大变化，环网可能会增加很多负荷而超过设备稳定极限，当大于保护定值时保护动作跳闸，会导致非故障线路停电，扩大故障范围和经济损失。

1.2 不停电合环操作的条件

由上述分析可知，若合环时联络开关两侧电压幅值差和相角差过大，或者对大系统短路阻抗过大，在进行合环操作时会有很大的冲击电流，可能会引起保护装置动作，使正常运行的线路失电。为保证带电合环操作的安全性，控制冲击电流的大小，不停电合环操作应具备以下几个条件：

第一，合环操作时，配网线路中的相序、相位必须相同，合环点处联络开关两侧电压差必须最小。

第二，合环处到上级变电站的线路的综合阻抗差值应最小。

第三，不停电合环操作时，合环点两侧负荷的负荷大小以及功率因数应尽量接近，

第四，合环时任一开关的额定负荷极限值应大于配网中负荷总和，否则即使满足其他条件也不能进行带电合环操作。

因此，在不停电合环操作之前，必须对合环所产生的稳态电流及冲击电流、合环允许的相位差、电压差进行计算。若配网运行状态不满足不停电合环操作条件，则需调整配网运行方式，以使得合环操作条件得到满足。

2 不停电合环操作实施

考虑到提高供电可靠性，目前城市配网通常采用手拉手方式、N-1方式或N供一备方式等环网接线结构。但考虑到系统短路电流的影响，配网在正常运行状态下一般采取开环运行方式，联络开关两侧线路由不同变电站低压母线各自提供电压，联络开关处于断开位置，如图1所示。

若某条线路需要停电，则先合上联络开关，再将出线开关或分段开关断开，由联络开关另一侧馈线提供不需停电线路的用电负荷。

在不停电合环操作时，按照以下顺序进行：

第一步，在进行不停电合环操作前，首先需对配网线路的相序进行核对。若发现线路相序不对，则不能开展合环操作，同时需安排检修人员制定计划对相序进行调整。

第二步，调整合环点两侧线路电压，使其电压差、相位差、频率差小于调度规程所规定的范围。调整电压主要采用调整有载调压变压器分接头档位、投退电容器两种手段，通过运行人员的操作使得电压达到符合合环条件的范围。

第三步，利用软件进行潮流计算得出合环电流，分析合环电流是否满足条件。若合环操作电流不满足要求，则改变电网运行方式或对负荷进行调整，直到网络满足合环操作要求。

第四步，调度员下令通知运行人员进行合环操作。

第五步，调度员记录合环前、合环时、合环后的潮流分布数据，为进一步研究以及历史数据对比打好基础。

3 结语

以往停电倒负荷往往需要30 min左右，且在线路倒负荷操作时将损失部分供电量。不停电合环操作避免了这部分直接经济损失，同时避免线路停电也将带来良好的社会效益。当电网规模较小时，通过调整方式一般都比较容易达到不停电合环操作的条件。但随着城区的扩大，10 kV配网规模也在扩大，配网网络结构愈加复杂，在进行合环操作时会出现新的挑战，因此需对配网合环操作以及运行工作进行更深入的研究。