电网合环电流快速计算方法研究

电网合环电流快速计算方法研究

摘要：为提高供电可靠性，尽可能地减少因方式调整造成的短时停电现象，通

常采用合环操作的方式进行负荷转移。开展合环操作需要对合环稳态电流进行计算。该文结合地区电网结构和设备情况，同时考虑调度控制系统高级应用，提出

了配电网合环操作的简化模型，可实现配网合环稳态电流的快速精确计算，具有

一定的理论意义和使用价值。

关键词：配电网；合环操作；稳态电流

1配电网合环稳态电流分析

10kV配电网进行合环操作需要考虑合环操作时的暂态冲击电流及操作后的稳

态电流能否满足稳定要求，即保护是否会动作，馈线电流是否超过最小元件限值。

暂态冲击电流峰值一般出现在半个周波之后，且衰减很快。滨海地区10kV线路保护采用两段式电流保护，其中Ⅰ段保护配0.2秒延时。暂态冲击电流不会引

起电流Ⅰ段保护动作。因此，滨海地区合环操作的关键点就在于合环操的稳态电

流能否满足线路限值和电流Ⅱ段保护的要求。

稳态电流可通过对地区电网建模进行潮流计算求得。天津500kV电网合环运行，220kV电网分区供电，分区内合环运行。220kV枢纽站110kV侧母线通常合

环运行。因此，从10kV馈线合环点向上追溯，总能在高电压等级找到一个并列

运行点。如将其作为平衡节点，向下建模并取合环时刻电网断面数据进行计算，

即可得出10kV配电网合环操作后的潮流分布。

这种方法虽然较为精确，但在实际中，仍存在以下问题。一是10kV电网联络点较多，逐一建立模型较为繁琐；二是地调对上级电网运行方式参数掌握实时程

度不高，计算结果容易出现偏差；三是并列点追溯至500kV电网或220kV两个电

气距离相对较远的220kV站时，电网模型略显复杂，实用程度不高。因此，需要

从滨海地区电网结构特点出发，合理简化计算模型，从而能够更加快速准确的求

得合环稳态电流。

2滨海地区电网特点及合环电流快速计算方法

滨海地区电网结构紧凑，负荷分布较为合理，通过多年的建设，不论是通过

枢纽站PMU装置，还是利用调度控制系统PAS高级应用，均可实现母线节点相

角的可观测。此外，通常认为10kV配电网的方式调整，对220kV变电站母线电

压幅值和相角的影响很小，因此，采取简化的两端模型计算合环稳态电流是可行的。

由10kV向220kV追溯，滨海地区供电电压等级序列主要分为两类：

1.两级电压序列：220/110-110/10kV或220/35-35/10kV；

2.三级电压序列：220/110-110/35-35/10kV。

如图1所示，左侧为两级电压序列模型，右侧为三级电压序列模型。不失一

般性，除35kV变电站外，变压器均采用了三绕组。当变压器为双绕组时，模型

可更加简化。

用叠加法对合环稳态电流进行分析。合环稳态电流等于合环前线路负荷+合环点两侧压

差产生的环流。

将合环点压差解耦分解为横、纵分量和，考虑到电网系统经AVC系统协调控制，不同站

10kV母线电压幅值相差不大，且系统环路阻抗相对较大，对合环电流贡献不多。因此，重点

考虑所产生的合环电流。

主变采用Π型模型，忽略回路电阻，简化非供电路径分支，图1左侧两级电压序列路径

计算模型如图2（a）所示。其中，为主变相应侧的负荷。右侧三级电压序列模型原理类似，

不再赘述。考虑无功分层平衡，且电阻、阻抗相差较大，忽略电阻、无功后，可有如图2（b）所示计算模型。其中，纵向压降计算参见式（1）。

由此可见，影响合环点两侧电压相角差的主要因素是有功潮流分布和环路阻抗。

滨海地区220kV主变压器通常选用三绕组变压器，容量以180MW居多，近年新建站主

变选用240MW容量。110kV主变容量选用50MW，三绕组、双绕组视地区负荷而定。35kV

主变容量一般为16MW或20MW，以20MW居多。变电站从《油浸式电力变压器技术参数

和要求》（GB/T 6451-2015）中可知变压器参数规定如下

3稳态合环电流实际算例4

如图3所示滨海地区某局部电网接线图，220kV甲站，35kV母线负荷9.8MW+j2Mvar，110kV母线负荷6.8MW +j1Mvar。110kV丙站，10kV母线负荷3.5MW +j0.7Mvar，10kV馈线

负荷0.6MW +j0.1Mvar，35kV母线未带负荷。220kV乙站，110kV母线负荷17MW +j2.7Mvar，10kV低压侧接无功补偿，未带负荷。110V丁站，35kV母线负荷2.9MW +j0.6Mvar，10kV母

线负荷5.6MW +j1.8Mvar。35kV戊站，10kV母线负荷5.1MW +j1Mvar，10kV馈线负荷

0.7MW +j0.1Mvar。

110kV丙站与35kV戊站10kV线路之间存在联络。向上追溯至220kV电网，甲站与乙站

之间220kV母线经甲乙双回线相连。

分别用完整模型、两端模型、典型参数三种方式计算合环稳态电流。经查询上级电网状

态估计文件，甲站220kV母线电压相角滞后乙站220kV母线电压4°。计算结果如下。

现场实际操作，丙站10kV线路开关电流317.3A，戊站馈线-223.1A。

通过分析可知，两端模型与完整模型误差约在5%左右。由于地区主变参数与典型参数相

差不大，因此计算结果偏差较小。