10kV配网线路长期合环风险辨识及检测方法

熊吟龙 曾晓丹 彭 程 张文骏

（广东电网有限责任公司佛山供电局）

0 引言

随着社会经济发展， 配电网建设不断深入， 对配网供电可靠性的要求也越来越高。为了提升电能质量和供电灵活性， 我国配电网通常采取“闭环设计， 开环运行”的供电模式， 线路上的众多负荷由单一电源供电， 不同线路由常开的联络开关进行连接， 形成开环运行方式。如图1 所示， BA1、 BB1为A、 B 母线出线开关， BL为联络开关， 其余为线路分段开关。

图1 普通闭环结构示意图

在发生故障或线路检修时， 如果先停电后倒负荷， 会造成停电时间增加， 供电可靠性降低， 现在供电企业大多采用不停电合环的“热倒”方式进行操作。因此需要对合环转供电过程中的风险进行有效辨识和合理管控， 为线路正常稳定运行提供保障。

1 合环转供电风险产生原因

10kⅤ配电线线路拓扑结构多为辐射状， 分支多，线径大， R/X 比值约为1~3， 合环供电时， 配电网运行结构改变， 两条线路电压幅值与相位存在差别， 引起环流。目前， 对合环允许条件的判断大多依靠操作人员的现场经验， 合环存在风险， 究其原因， 可分为几类。

1.1 线路分布与结构设计不合理

我国配网建设时间跨度长， 区域性较明显， 线路网架结构和配置都是根据当时经济发展水平， 按照相关操作标准和规范设计， 部分线路联络点很少甚至没有联络点。随着社会用电需求不断增加， 部分老旧城区配电网络比较薄弱， 设备水平落后， 线路的网架结构负荷及转供能力差， 不再适应发展的需要， 对合环转供电效率也存在较大影响。

1.2 供电半径过大

按照规范， 10kⅤ线路包括支线半径不宜超过15km， 线路过长会使线损率增加， 也会大幅降低末端电压。如今， 城市化进程日益加快， 线路供电半径和供电量不断上升， 随着用户的增加和扩容， 有时直接在电房新增负载， 导部分供电线路长期承载巨大的负荷和压力， 这也会直接影响转供电的合环选择

1.3 联络点设计不合理

配网线路联络点的位置与定位十分重要， 在早期配网线路设计中， 联络点一般设置在支线上， 导线半径短， 荷载小， 无法承受太大转供电流； 部分线路联络点设置在前侧， 导致中后端用户无法兼顾， 转供电复电效果差。

综上， 多种因素导致合环两侧线路存在差异， 合环后产生大小不一的环流。如果长期合环运行， 可能造成设备损坏， 甚至发生电力事故

2 长期合环检测方法

一些复杂的供电线路中， 合环点较多， 当操作复杂且涉及到多起停电时， 很容易在方式倒换过后， 造成线路长时间合环。由于配电网线路复杂、 环网点众多， 依靠人力分析线路是否存在长时间合环运行耗费较大精力， 因此必须提出一种能自动检测线路合环运行的方法及系统。

目前， 变电站设备连接关系存在于EMS 系统中，而一般配网线路连接关系在配网GⅠS 系统进行维护，连接关系分属于两套系统， 因此要建立起两个系统之间设备的连接关系， 需进行主配网连接关系拼接。

现今技术条件下， 主、 配网之间的连接关系拼接一般需要通过专门的画图软件， 由人工将两套系统的电气连接线拼接到一起， 才能建立起对应连接关系。但该方法存在明显缺点： 当配网线路设备因故增加或删除，又或者当变电站10kⅤ馈线负荷侧设备增加或删除时，如果未及时修改相应图源， 则会造成人工维护的连接关系丢失， 导致主配网连接关系拼接失败。

本文提出一种检测方案， 通过建立每条供电线路完整的主配网连接关系拓扑模型， 定期对所有线路进行合环检测， 由系统自动计算配电网线路是否处于合环运行状态， 并自动计算合环持续时间， 对于合环时间过长的线路， 通过调度报警窗向调度员发出告警， 提醒调度员进行评估线路长期合环风险， 及时进行操作处理， 如图2所示。

图2 长期合环检测流程图

2.1 线路参数及连接关系获取

要建立完整的线路拓扑模型， 首先需要分别获取主配网线路参数及电气连接关系。主网电气连接关系从调度自动化EMS 系统中获取， 主要包括变电站名称、10kⅤ母线、 出现开关、 接地刀闸的调度编号、 两端设备ⅠD 等； 配网线路参数从配网自动化系统GⅠS 模型中获取， 为单线图形式， 同样需要获取单线图变电站名称及出线开关调度编号。如果主配网连接关系出现电气孤岛等连接异常， 则需要自动提示主配网主站重新导入数据模型， 检测无误后方能继续。

2.2 全拓扑模型建立

获取主配网线路参数后， 需根据变电站名称及出线开关调度编号进行数据匹配， 建立线路关系对照表， 再将变电站出线开关对应的地刀连接点与GⅠS系统10kⅤ线路的起始端连接点用虚拟连接线连接， 如图3所示。

图3 主配网线路拓扑模型建立

2.3 合环线路追溯

建立全线路拓扑模型后， 通过配网自动化系统GⅠS模型获取单线图所有环网开关清单， 并筛选开关状态闭合的环网开关。

分别从环网开关两侧出发， 搜索其实时电气拓扑连接关系， 若仅有一侧端点能通过全网拓扑连接关系找到变电站10kⅤ母线， 则该环网点开关处于非合环运行状态； 若环网点开关双侧端点出发， 均能通过全网拓扑连接关系找到变电站10kⅤ母线， 则该环网点开关处于合环运行状态。

每天建立一次全网拓扑模型， 每半小时计算一次合环线路清单， 若某条线路连续两次都在清单内， 则通过调度员告警窗， 通知调度员“xx站xx线xx干线xxx环网点开关合环运行时间大于30min”。

3 应用前景

合环转供电得益于愈发先进的配网自动化技术，正逐步成为重要的电网运行方式， 操作过程中的风险控制， 要依托完善的风险评估模型和控制机制。随着系统功能的不断完善和实践经验的充分积累， 必将实现对合环运行风险控制的全面优化， 推动安全经济配电网建设不断向前迈进。

近年来， 广东电网佛供电局大力推广配网自动化建设， 依托配网集约化平台和调度自动化系统， 逐步推广合环转供电方式， 2019 年全年操作达278 次， 故障外复电时间缩短45.36%， 故障点复电时间缩短37.23%， 大幅提升了供电安全性和可靠性。目前， 该检测策略已在该局配网主站部署， 涵盖全局1103条馈线组， 为合环转供电风险闭环管控提供了有力保障，如表1所示。

表1 馈线组投入及拓扑检测情况

4 结束语

本文针对配电网合环转供电操作流程进行了风险辨识， 并提出一种基于全网拓扑模型的长期合环检测方法， 效率和准确度极高， 可有效降低配电线路长时间合环运行的风险， 降低配电网故障跳闸的可能性，提升配电网运行的供电可靠性， 为配电运行管理人员提供系统分析支撑。