王文林，張 杰，宋德華，李澤辰，黃守華，黃 瑋

（國(guó)網(wǎng)安徽黃山供電公司，安徽 黃山245000）

為減少停電時(shí)間，提高供電可靠性，110 kV及以下配電網(wǎng)主要通過(guò)合環(huán)方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供[1]。隨著供電可靠性要求的升高，有些地區(qū)電網(wǎng)合解環(huán)操作占了調(diào)度日常操作項(xiàng)目的48.1%，但多以兩側(cè)電壓相角一致或相差不大為前提[2-3]。通過(guò)搜索合環(huán)路徑，確定最小路徑環(huán)網(wǎng)，并采用等值網(wǎng)絡(luò)模型以研究合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流與沖擊電流的計(jì)算方法[4]。文獻(xiàn)[5]較全面地分析了不同的合環(huán)方式，論證了配電網(wǎng)合環(huán)電流的衰減非周期分量一般不會(huì)影響合環(huán)判斷及繼電保護(hù)，從而提出了合環(huán)后穩(wěn)態(tài)電流有效值不超過(guò)饋線的最大容許載流量的簡(jiǎn)化合環(huán)判據(jù)。文獻(xiàn)[6]通過(guò)計(jì)算對(duì)比電網(wǎng)主設(shè)備熱效應(yīng)的環(huán)流允許持續(xù)時(shí)間和計(jì)及故障場(chǎng)景且不影響繼電保護(hù)的環(huán)流越限最大持續(xù)時(shí)間得出環(huán)流持續(xù)最大時(shí)間限制，因此提出快速合解環(huán)、以斷路器組順序控制應(yīng)對(duì)斷路器解環(huán)拒動(dòng)問(wèn)題。

黃山電網(wǎng)地處皖南山區(qū)，邊遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)較多，因負(fù)荷小和供電距離遠(yuǎn)易導(dǎo)致供電質(zhì)量差，因此多采用35 kV電壓等級(jí)供電。近年來(lái)，隨著農(nóng)村電網(wǎng)改造，35 kV變電站基本實(shí)現(xiàn)了兩路電源供電，正常運(yùn)行方式下線路一主供一備供，以提高供電可靠性[7]。對(duì)同一變電站，若兩路供電電源分別從220 kV主變、110 kV主變供電，則由于220/110/35 kV、110/35/10 kV的變壓器都采用ynd11接線組別，因此分別以上兩個(gè)變壓器供電的35 kV環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中，電壓相量存在30°電氣角差。本文以實(shí)際網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)搭建模型，對(duì)存在30°相角差的35 kV環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)不停電轉(zhuǎn)供方案進(jìn)行探究，通過(guò)計(jì)算出合環(huán)后環(huán)網(wǎng)最大沖擊電流及電流流向，設(shè)置最優(yōu)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)點(diǎn)和解環(huán)點(diǎn)，并合理設(shè)定相應(yīng)保護(hù)定值區(qū)，試驗(yàn)過(guò)程僅通過(guò)備自投動(dòng)作，在短短幾秒便能實(shí)現(xiàn)不停電負(fù)荷轉(zhuǎn)供，從而為日常工作中設(shè)計(jì)30°相角差的35 kV環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式調(diào)整和不停電合環(huán)倒電提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

1 帶30°角差環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)模型及存在問(wèn)題

1.1 帶30°角差環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)模型

選取黃山電網(wǎng)一存在30°角差的較大環(huán)路電網(wǎng)作為模型進(jìn)行探討，環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)主要包含以下元件：

220 kV韓村變35 kV母線—韓鳧402線—35 kV鳧峰變—流鳧321線—35 kV流口變—溪汪325線—35 kV溪和變—大溪328線（或大溪329線）—110 kV大路口變35/110 kV—110 kV韓大964線—220 kV韓村變#1主變110 kV/35 kV。先把它簡(jiǎn)稱為“韓鳧流溪電磁環(huán)網(wǎng)”，該環(huán)網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)在鳧峰變321開(kāi)關(guān)處開(kāi)口，電網(wǎng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 黃山西部35 kV帶30°角差部分環(huán)網(wǎng)接線圖

1.2 帶30°角差環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)存在問(wèn)題

由于韓村變送出的35 kV線路和大路口變送出的35 kV線路之間存在30°角差，目前存在影響可靠性和安全性的3個(gè)問(wèn)題如下。

當(dāng)線路檢修或復(fù)役須倒電時(shí)，只能采用停電倒電。雖是短時(shí)停電，但增加了用戶的停電次數(shù)。

線路故障時(shí)，也需要人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，增加了用戶停電時(shí)間。

日常操作中存在誤操作（合環(huán)）的可能。

為增加該環(huán)網(wǎng)上3個(gè)35 kV變電站的供電可靠性，提出能否對(duì)該環(huán)網(wǎng)進(jìn)行短時(shí)熱合環(huán)，保證變電站不失負(fù)荷，從而提高電網(wǎng)的可靠性，韓鳧流溪環(huán)網(wǎng)等值電路如圖1所示。

2 帶30°角差環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)合環(huán)電流及自然功率計(jì)算

2.1 帶30°角差環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)環(huán)流計(jì)算

首先計(jì)算該環(huán)網(wǎng)30°角差合環(huán)引起的環(huán)流，取基準(zhǔn)容量SB為1000 MVA，同時(shí)取各電壓等級(jí)的平均電壓為基準(zhǔn)電壓得到基準(zhǔn)值，如表1所示。

表1 計(jì)算需要的基準(zhǔn)值

圖2 韓鳧流溪環(huán)網(wǎng)等值電路圖

根據(jù)以往系統(tǒng)數(shù)據(jù)，韓村站35 kV母線的平均電壓為36.8 kV。

設(shè)韓村站35 kV母線電壓為37 kV∠0°（標(biāo)幺值：1），則韓村站110 kV母線電壓為110 kV∠-30°（標(biāo)幺值：e-j30°）。

不考慮負(fù)荷電流，根據(jù)KCL和KVL有如下方程：

表2 韓鳧流溪大環(huán)網(wǎng)內(nèi)變壓器及線路阻標(biāo)幺值（含變比標(biāo)幺值）

由于：

則環(huán)流有名值：

韓村站402間隔視在功率：

環(huán)流方向?yàn)轫n村站35 kV母線指向韓鳧402線路，如圖3所示。

圖3 環(huán)流電壓電流相量圖

2.2 自然功率分布計(jì)算

經(jīng)查閱歷史數(shù)據(jù)，各線路、變電站負(fù)荷較小，鳧峰站負(fù)荷在2 MW以下；流口站負(fù)荷在4 MW以下；溪和站負(fù)荷在6 MW以下；大路口不含溪和站后的負(fù)荷在15 MW以下。

設(shè)合環(huán)時(shí)，鳧峰站負(fù)荷為S1=2 MW+j0.28 Mvar，流口站負(fù)荷為S2=4 MW+j0.56 Mvar，溪和站負(fù)荷為S3=6 MW+j0.84 Mvar，大路口除溪和站后的負(fù)荷為S4=15 MW+j2.11Mvar。

忽略電壓變比將環(huán)網(wǎng)從韓村#1主變中低壓耦合處撕開(kāi)分成如圖4的等值電路。

圖4 兩端供電網(wǎng)絡(luò)的等值電路圖

查閱線路數(shù)據(jù)可得各段線路阻抗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 環(huán)網(wǎng)各段線路阻抗

由圖4的等值電路圖及表3的各段線路阻抗，可計(jì)算出兩端開(kāi)口處負(fù)荷分別為：

由圖4的等值電路圖及算式（10）、（11）的環(huán)網(wǎng)兩端開(kāi)口處負(fù)荷，可計(jì)算出環(huán)網(wǎng)中各段功率分別為：Sb=6.9861-j0.3602；Sc=2.9861-j0.9202；Sd=3.0139+j1.7602。因此可以判斷，韓鳧流溪電磁環(huán)網(wǎng)的有功功率分點(diǎn)在溪和變。

2.3 帶30°角差環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)不停電合環(huán)分析

韓村變至溪和變之間的電流等于環(huán)流與負(fù)荷電流的相量和，由相量圖得出電流會(huì)增大。

韓村變至大路口之間的電流等于負(fù)荷電流與環(huán)流的相量差，由相量圖得出電流會(huì)略微減小。最差的情況不低于：283.9×sin(17.54°+30°+8°)=233A。

35 kV線路均為L(zhǎng)GJ-150導(dǎo)線，其允許載流量為445 A大于合環(huán)形成的電流。110 kV線路為L(zhǎng)GJ-150導(dǎo)線，其允許載流量也大于合環(huán)形成的電流。因此合環(huán)不會(huì)讓線路失去穩(wěn)定

大路口主變?nèi)萘繛?0 MVA，合環(huán)時(shí)接近滿載，因此允許合環(huán)，合環(huán)時(shí)間應(yīng)盡量短。

合環(huán)時(shí)環(huán)路中電壓最低點(diǎn)為環(huán)路阻抗中點(diǎn)。當(dāng)電源電壓為36.8 kV時(shí)，環(huán)路中最低點(diǎn)的電壓為36.8×cos(15°)=35.55kV，電壓在合格范圍內(nèi)。

綜合計(jì)算和分析結(jié)果，帶30°角差的韓鳧流溪大電磁環(huán)網(wǎng)可以進(jìn)行合環(huán)，且合環(huán)時(shí)不會(huì)引起環(huán)網(wǎng)內(nèi)元件超載，理論上可以進(jìn)行該環(huán)網(wǎng)的不停電合環(huán)倒電，但由于不停電合環(huán)所帶負(fù)荷較大，會(huì)導(dǎo)致主變重載，合環(huán)時(shí)間應(yīng)盡量短。

3 帶30°角差系統(tǒng)不停電倒電試驗(yàn)

3.1 合解環(huán)點(diǎn)確定

在帶30°角差環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)不停電合環(huán)倒電應(yīng)用前，須要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)合環(huán)試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)合環(huán)前后的電流電壓功率進(jìn)行采集，檢驗(yàn)熱合環(huán)是否確實(shí)可行。為此在保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上制定試驗(yàn)方案。確定流口變流鳧321開(kāi)關(guān)為合環(huán)點(diǎn)，流口變溪汪325開(kāi)關(guān)為主解環(huán)點(diǎn)，鳧峰站流鳧321開(kāi)關(guān)為備用解環(huán)點(diǎn)。

3.2 合解環(huán)保護(hù)定值設(shè)定

鳧峰變321、流口變325、溪和變328線路保護(hù)均需要相應(yīng)調(diào)整定值。根據(jù)計(jì)算的環(huán)流大小，提前設(shè)置解環(huán)點(diǎn)保護(hù)裝置的定值，保證環(huán)網(wǎng)合環(huán)后能夠短時(shí)自動(dòng)解環(huán)，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，設(shè)置備用解環(huán)點(diǎn)防止主解環(huán)點(diǎn)保護(hù)裝置或開(kāi)關(guān)拒動(dòng)時(shí)還能夠解環(huán)。

在合環(huán)前將流口變325線路保護(hù)電流ⅠⅠⅠ段定值改為210 A，1.2 s，將鳧峰變流鳧321線路保護(hù)電流ⅠⅠⅠ段定值改為210 A，1.4 s。為了防止理論計(jì)算不準(zhǔn)確實(shí)際環(huán)網(wǎng)電流大于400 A而導(dǎo)致溪和變大溪328線路（或大溪329線路）保護(hù)同跳，特將電流ⅠⅠⅠ段時(shí)間改為1.6 s。環(huán)網(wǎng)合環(huán)后，以上2處解環(huán)點(diǎn)的電流都大于環(huán)流（283.9 A），保護(hù)有足夠的靈敏度（283.9/200=1.42）動(dòng)作解環(huán)。如果平常開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)設(shè)置該定值，開(kāi)口處開(kāi)關(guān)處于熱備用狀態(tài)，即使誤合后也會(huì)自動(dòng)在解環(huán)點(diǎn)解環(huán)。

在2個(gè)解環(huán)點(diǎn)處布置便攜式錄波裝置，用以采集合環(huán)時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

在韓村變韓鳧402線路保護(hù)裝置和韓大964線路保護(hù)裝置處布置便攜式錄波裝置，采集合環(huán)時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

4 試驗(yàn)結(jié)果

第一次合環(huán)時(shí)，流口站溪汪325線路保護(hù)過(guò)流ⅠⅠⅠ動(dòng)作跳開(kāi)325開(kāi)關(guān)解環(huán)。溪汪325開(kāi)關(guān)電流互感器變比為300∶5，動(dòng)作報(bào)告顯示C相電流為4.469 A，可得線路流過(guò)電流為268 A，與自動(dòng)化后臺(tái)采集到的273 A相近。

第二次合環(huán)時(shí)，鳧峰站流鳧321線路保護(hù)過(guò)流ⅠⅠⅠ動(dòng)作跳開(kāi)321開(kāi)關(guān)解環(huán)。流鳧321開(kāi)關(guān)電流互感器變比為600∶5，動(dòng)作報(bào)告顯示C相電流為2.4 A，可得線路流過(guò)電流為288 A，與自動(dòng)化后臺(tái)采集到的274 A相近。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文選取黃山地區(qū)的韓鳧流溪帶30°相角差的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)合環(huán)電流分析計(jì)算，通過(guò)阻抗分析及自然功率計(jì)算確定系統(tǒng)合解環(huán)點(diǎn)及合解環(huán)定值。當(dāng)存在30°角差的系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)阻抗較大，計(jì)算出合環(huán)操作環(huán)路電流不大于線路、主變等設(shè)備最大允許限額，或雖超出允許限額，但經(jīng)計(jì)算環(huán)路電流值小于設(shè)備熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定限額，且可利用繼電保護(hù)自動(dòng)解環(huán)時(shí)，可進(jìn)行不停電合環(huán)倒電操作，以減少對(duì)用戶停電時(shí)間，提高供電可靠性。針對(duì)解環(huán)點(diǎn)熱合環(huán)時(shí)與正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)定值不一至的問(wèn)題，為避免解合環(huán)過(guò)程檢修人員須現(xiàn)場(chǎng)修改臨時(shí)定值，將合環(huán)用到的定值存在固定的一個(gè)定值區(qū)，專門(mén)用于運(yùn)行人員或調(diào)控人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或遙控投停。