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(yùn)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(nèi)配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設(shè)計(jì)，開環(huán)運(yùn)行的供電方式，城市10 kV配電網(wǎng)絡(luò)已形成了"手拉手"的環(huán)行供電網(wǎng)絡(luò)，通過解合環(huán)操作可減少停電時(shí)間，供電可靠性也得到一定的提高，但依然存在短時(shí)停電問題，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，負(fù)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(jìn)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(yùn)行模式進(jìn)行研究分析，并提出一種可行的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；供電可靠性；閉環(huán)設(shè)計(jì)；開環(huán)運(yùn)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(luò)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(wù)質(zhì)量，而配電網(wǎng)絡(luò)作為供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對用戶供電中極其重要和復(fù)雜的一環(huán)，是目前提高供電系統(tǒng)可靠性最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，正受到更多的重視。隨著社會經(jīng)濟(jì)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(nèi)和新加坡的配電網(wǎng)進(jìn)行分析比較，提出改進(jìn)配網(wǎng)一次網(wǎng)架的方案，并對其影響進(jìn)行研究分析。

1　國內(nèi)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(jié)構(gòu)

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(yùn)行。變電站每兩回22 kV饋線構(gòu)成環(huán)網(wǎng)形成花瓣結(jié)構(gòu)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(gè)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(luò)接線實(shí)際上是由變電站間單聯(lián)絡(luò)和變電站內(nèi)單聯(lián)絡(luò)組合而成，2個(gè)環(huán)網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)處為最重要的負(fù)荷所在。由一個(gè)變電站的一段母線引出的一條出線環(huán)接多個(gè)配電站后，再回到本站的另一條母線，由此構(gòu)成一個(gè)花瓣，多條出線便構(gòu)成多個(gè)花瓣，多個(gè)花瓣構(gòu)成以變電站為中心的一朵花，每個(gè)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(shí)的負(fù)荷轉(zhuǎn)供，構(gòu)成多朵梅花供電的城市整體網(wǎng)架，顯示了良好的可擴(kuò)展性。

1.1.2運(yùn)行方式

正常運(yùn)行時(shí)，環(huán)網(wǎng)線路中站間聯(lián)絡(luò)線路以開環(huán)運(yùn)行為主，站內(nèi)聯(lián)絡(luò)部分采用閉環(huán)運(yùn)行方式。故障情況時(shí)，對于主干線路采用縱差保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障快速隔離，可靠性高，能夠?qū)崿F(xiàn)單一線路故障時(shí)不停電。

圖1　新加坡的“梅花”接線

饋線自動(dòng)化方面采用縱差保護(hù)的FA與主站集中的FA相結(jié)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)和故障警告信息進(jìn)行分析，獲得故障原因，事故定位以及恢復(fù)供電的一系列開關(guān)倒閘操作報(bào)告。

1.1.3監(jiān)控系統(tǒng)

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

新加坡從1987年到1989年建設(shè)并投運(yùn)22 kV配網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，同時(shí)從2007年開始拓廣到6.6 kV共建設(shè)有主控中心和副控中心2套主站系統(tǒng)。3個(gè)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(gè)應(yīng)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(jìn)行。

1.2國內(nèi)配電網(wǎng)現(xiàn)狀

1.2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

國內(nèi)配網(wǎng)以10 kV網(wǎng)架為主，采用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)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(nèi)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(yùn)行方式

正常運(yùn)行時(shí)，聯(lián)絡(luò)線路以閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行為主。線路故障情況時(shí)，由變電站出線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)故障的隔離，但停電范圍較大，無法精確隔離故障點(diǎn)，造成非故障區(qū)域設(shè)備停電。

圖2　電纜雙環(huán)網(wǎng)接線示意圖

在配電自動(dòng)化已實(shí)施的地區(qū)，饋線自動(dòng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)和故障警告信息進(jìn)行分析，獲得故障原因，事故定位以及恢復(fù)供電的一系列開關(guān)刀倒閘操作報(bào)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(nèi)從2009年開始實(shí)施配電自動(dòng)化建設(shè)。目前針對配電網(wǎng)的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)35 kV及以上變電站設(shè)備的信息采集和監(jiān)視。DMS具備了配網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、饋線自動(dòng)化（FA）、高級應(yīng)用等功能，能夠?qū)嵤┍O(jiān)控配電設(shè)備運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)恢復(fù)供電，從而提高故障預(yù)防和快速恢復(fù)能力。

1.3分析與結(jié)論

經(jīng)對比分析新加坡和國內(nèi)配電網(wǎng)，可以得出以下結(jié)論：

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

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

（3）運(yùn)行方式不同。國內(nèi)配電網(wǎng)采用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行方式；在保護(hù)配置方面，只能依靠變電站10 kV出線保護(hù)切除線路故障，停電范圍大，造成非故障區(qū)域短時(shí)停電。

因此，為提升整個(gè)配電網(wǎng)的供電可靠性，需從以上3個(gè)方面進(jìn)行改善。目前國內(nèi)城市配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理，自動(dòng)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(jié)構(gòu)。所以改造配電網(wǎng)網(wǎng)架，調(diào)整運(yùn)行方式，由開環(huán)運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)殚]環(huán)運(yùn)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(yùn)行模式的研究

結(jié)合國內(nèi)城市配電網(wǎng)現(xiàn)狀，本文選取由雙側(cè)220 kV變電站單鏈供電、站內(nèi)使用內(nèi)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(yùn)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(jié)合2種不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況分別研究2種合環(huán)運(yùn)行方式下的優(yōu)缺點(diǎn)。

課程教學(xué)的“整體設(shè)計(jì)”是我們按照先進(jìn)職教觀念提出的一個(gè)教學(xué)改革新概念。[1]本文立足于職業(yè)院校室內(nèi)設(shè)計(jì)技術(shù)專業(yè)教學(xué)，結(jié)合《室內(nèi)效果圖設(shè)計(jì)表現(xiàn)》課程對其進(jìn)行教學(xué)整體設(shè)計(jì)。新的課程教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了現(xiàn)代職業(yè)教育的先進(jìn)教學(xué)理念，突出能力目標(biāo)，以實(shí)際崗位中的項(xiàng)目及具體工作任務(wù)為導(dǎo)向，以能力為本位，學(xué)生為主體，對知識理論實(shí)踐一體化，教學(xué)做一體化進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，將“工學(xué)結(jié)合”、“校企合作”等職業(yè)教育原則融合在課程教學(xué)中，充分體現(xiàn)職業(yè)院校教學(xué)特點(diǎn)，符合國家對職業(yè)院校人才培養(yǎng)模式的要求。

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(yùn)行方式接線如圖3所示。

圖3　同一變電站不同母線運(yùn)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(yùn)行方式作如下調(diào)整：

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

（2）變電站內(nèi)的110 kV，10 kV母聯(lián)開關(guān)均合上，2臺變壓器并列運(yùn)行，出現(xiàn)110 kV-10 kV電磁環(huán)網(wǎng)；

（3）變壓器并列運(yùn)行應(yīng)考慮各類參數(shù)配合。

2.2運(yùn)行方式調(diào)整帶來的影響

（2）主變故障分析。內(nèi)橋接線方式的變電站，供電線路側(cè)的變壓器故障會導(dǎo)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(cè)電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式，不存在此類問題。主變N-1時(shí)，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(shí)，2臺主變低后備Ⅰ時(shí)段同時(shí)動(dòng)作跳10 kV母聯(lián)開關(guān)，合環(huán)線路需加裝方向過流保護(hù)來隔離故障點(diǎn)，增加了故障存在的時(shí)間，存在設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。

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

（5）合環(huán)線路保護(hù)方式。主干線需按分段裝設(shè)光纖差動(dòng)及后備保護(hù)，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的精確隔離。饋線裝設(shè)過流保護(hù)。

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(yùn)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(yùn)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(jìn)行合環(huán)，無需進(jìn)行高壓側(cè)運(yùn)方調(diào)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(jìn)線負(fù)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(dòng)作實(shí)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(dòng)作時(shí)需跳開相應(yīng)母線上合環(huán)線路開關(guān)，同時(shí)兩側(cè)備自投需進(jìn)行配合。

（3）10 kV母線故障分析。10 kV母線故障時(shí)，相應(yīng)主變低后備跳開主變低壓側(cè)開關(guān)時(shí)應(yīng)聯(lián)跳合環(huán)線路開關(guān)，保證合環(huán)線路解環(huán)仍可繼續(xù)運(yùn)行。

（4）10 kV備自投調(diào)整。雙主變變電站無需調(diào)整10 kV備自投。

（5）合環(huán)線路保護(hù)方式。主干線需按分段裝設(shè)光纖差動(dòng)及后備保護(hù)，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的精確隔離。饋線裝設(shè)過流保護(hù)。

2.4分析比較

對2種閉環(huán)運(yùn)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(yùn)行方式及保護(hù)配置等改造量較小，安全風(fēng)險(xiǎn)低，可靠性高，具備較強(qiáng)的可復(fù)制推廣性。

表1　2種閉環(huán)運(yùn)行模式對比

3　結(jié)束語

通過分析可知，除了加大配電自動(dòng)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(shù)開發(fā)區(qū)等），建議變電站建設(shè)時(shí)可考慮采用雙主變、雙分支及10 kV母線環(huán)式結(jié)構(gòu)，從同一主變雙分支10 kV配對出線，合環(huán)運(yùn)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(diǎn)應(yīng)用，據(jù)測算其供電可靠率可達(dá)99.999 5%以上，真正實(shí)現(xiàn)不間斷供電。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳涵，林韓，溫步瀛，等.巴黎、新加坡中亞配電網(wǎng)供電模型啟示[J].電力與電工，2010，30(2)：4-7.

[2]閆安心，裴昌盛，查申森，等.江蘇配電自動(dòng)化規(guī)劃分析[J].江蘇電機(jī)工程，2015，34(3)：1-4.

[3]戴暉，孫波.新型實(shí)用合環(huán)潮流算法在配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].江蘇電機(jī)工程，2015，34(1)：47-49.

[4]林裕新.配電網(wǎng)合環(huán)操作中電壓差問題探討[J].農(nóng)村電氣化，2009（11）：44-45.

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

變電運(yùn)維技術(shù)

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(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-0665（2016）02-0016-03