配电网合环分析与合环条件判断

配电网合环分析与合环条件判断
【摘要】配电网合环操作可以大幅提高供电可靠性，分析配电网合环的条件，全面归纳出三种典型接线方式变电站低压侧10kV配电网合环计算模型，总结出配电网合环的稳态、暂态计算方法，形成配电网合环的技术原则，对配电网合环具有指导作用。

【关键词】配电网；合环分析；合环条件
1 配电网合环分析
1.1 配电网的合环电流
配电网合环的过程中如果产生了过大的环流，就会产生继电保护动作，这也是造成配电网合环失败的主要原因。

根据叠加定理，合环后的稳态电流是合环之前的馈线电流以及合环环流共同构成。

分别可以用和表示合环前后馈线首端的稳态电流，—合环前稳态电流的有效值；—合环后馈线首端稳态电流的有效值。

—由联络开关两端电压差引起的稳态环流，其有效值用，则如下：
因为要考虑到合环冲击的影响，合环后的馈线首端可能出现的最大冲击电流有效值有：
式中，—最大冲击系数，将其定值为1.62；—馈线的最大容许载流量；—合环前馈线首端电流有效值和其最大容许载流量之间的比例，，则有：
如果将作为馈线的电流保护整定值，那么其必须满足如下条件：
当，合环暂态过程不会产生电流保护动作。

当，合环后稳态电流有效值则不会超过馈线的最大容许载流量。

如果满足上述要求，则可以保证合环的安全性。

1.2 合环对继电保护的影响
设，Ⅱ则为该馈线的首端，也就是变电站出线断路器的电流保护Ⅱ段延时时间的整定值，通常都大于0.2s，则为合环暂态过程中非周期分量的衰减时间，则有：
第一，当，Ⅱ时，合环暂态过程只会对瞬时速断保护有一定影响，这时的就是瞬时电流速断保护整定值。

当瞬时速断保护定值的整定满足：
即：时，就。

在电网实际运行中，电流速断保护整定值大多都能够满足上述要求。

第二，当，合环暂态过程中不仅需要考虑到这些操作对于速断保护的影响，还要考虑到对于过流保护的影响。

这时候就需要对的稳态过程进行实时观测，同时还要对能否合闸进行合理判断。

2 配电网合环的条件分析
2.1 线路相序一致
2.1.1 变电站内
在新设备投产时，通过在变电站TV分别核相以确保合环点相序、相位的正确性，因变电站的相关设备发生异动的可能性很小，因此在合环前不需要再次进行相序确认。

2.1.2 线路待合环负荷开关
在新设备投产、线路（含电缆线路）异动涉及线路相序可能发生变化时，都要求在负荷开关两侧用一次核相仪器核对相序正确，对于不具备核相相序的情况，也要求在用户侧配电间核对相序。

2.1.3 线路待合环开关站断路器
因开关站均为电缆线路进线，开关站断路器均为全封闭组合电器，不具备一次核相条件，对于这种情况可以通过电缆线路变压器核相解决。

2.2 继电保护和重合闸装置的要求
1）对于继电保护，先要经过计算确认定值，使正常定值能满足合环操作的要求。

目前城区范围的10kV线路断路器TA电压比大多为600/5或400/5，主变压器低压侧10kV断路器为3000/5或4000/5，满足合环操作要求。

2）进行合环操作时，重合闸装置考虑不退出运行。

但是在线路合环后，若在用户端发生短路，短路电流会明显增大，对用户的断路器切断故障电流不利。

2.3 设备的要求
1）环网内电气设备无缺陷。

2）进行合环操作的线路、断路器要满足相关技术参数。

3）户外负荷开关（或环网柜开关）进行操作，须经运行单位确认户外负荷开关是否具备合、解环条件。

3 配电网合环的计算分析
3.1 典型接线的计算模型
根据配电网的典型接线模式，建立配电网合环的计算模型，对其典型进行分析。

1）由同一220kV变电站供电的110kV变电站低压侧断路器（或母联断路器）合环，如图1所示。

图1 同一220kV变电站供电的110kV变电站低压侧断路器（或母联断路器）合环计算模型。

2）由同一220kV变电站或110kV变电站供电（同母线）的10kV线路负荷开关（或环网柜开关）合环，如图2所示。

图2 由同一110kV变电站供电（同母线）的10kV线路负荷开关（或环网柜开关）合环计算模型。

3）由同一220kV变电站供电的110kV变电站（不同母线）的10kV线路负荷开关（或环网柜开关）合环，如图3所示。

图3 由同一220kV变电站供电的110kV变电站（不同母线）的10kV线路负荷开关（或环网柜开关）合环计算模型
3.2合环潮流的计算分析
具体计算步骤如下：
1）通过闭式电力网潮流计算的力矩法计算合环时的网络自然功率分布：
（1）
（2）
2）计算开环点两侧的电压差，并用电压差和环路阻抗计算出环路内流过的均衡功率：
3）将各支路的自然功率和环路均衡功率相加即得环路各处的功率分布，并检测各点是否存在过载：
4）由于10kV线路阻抗远远大于变电站10kV母线至系统之间的阻抗，系统阻抗可以忽略不计，近似认为合环线路两侧的10kV母线为等电动势点。

两站系统阻抗值虽较大，但较接近时，依然可近似认为合环线路两侧的10kV母线为等
电动势点。

主变压器容量较小的一侧其阻抗较大，根据上述公式可以得知合环后该侧分得的负荷较小，从而判断会不会引起过载，根据公式计算结果可以判断会不会造成功率分布的大幅变化。

3.3 合环冲击电流的计算分析
如果电力系统环网并列合环操作时形成的冲击电流太大，可能对网络中的发电机和合闸断路器等设备造成冲击甚至损坏。

因此进行并列合环操作时必须预先计算并列合环形成的冲击电流，从而为运行人员采取相应对策提供依据。

由于电力系统三相对称，所以只研究其中的一相，如A相。

系统经过简化，环网阻抗简化为RL串联支路，电压激励E为A相相电压：
以系统平衡点为基准，E超前ΔU角度30°。

电路的非齐次微分方程为：
式中，为合环时刻t=0时E的初始相角。

合环前瞬间电感上没有电流通过，故电感中的初始电流i=0，从而通过计算得出冲击电流的完全表达式为：
上式可以简化成：
式中，为循环电流的幅值；为最大冲击电流；为冲击系数，它和电力系统中短路电路计算取值相似，在电力系统中一般取值。

上述只是由于电压差引起的冲击电流，本文考虑的是流经线路的电流，因此合环冲击电流必须是线路负荷电流与冲击电流的叠加。

4 结束语
总之，对于配电网合环的分析以及对合环条件的准确判断可以有效实现负荷的转供，更好地保障电力设施的安全、稳定运行，从而提高供电的可靠性，缩短用户的停电时间，提升客户满意度，最终实现配电网经济和社会效益的双重丰收。

参考文献：
[1]张忠城.10kV配电网合环操作的环流研究[J].广东输电与变电技术，2010（4）.
[2]谢清锐.深圳供电局10kV配电网合环试验分析[J].广东电力，2010（3）.。