章辰铭，杨佳鑫，辛迪
国网上海市电力公司市北供电公司，上海200072
摘要：通过配电网合环操作进行不停电负荷转移，可以保证用户的不间断供电，提高供电可靠性。因合环点两侧系统不对称，环路中会产生环流，当电网结构和电气参数不合理时，较大的环流会导致开关误跳闸，对用户的可靠连续供电造成威胁。本文对一起由10千伏配电网合环操作引起的跳闸事故进行分析，建立了系统的简化合环数学模型，采用叠加定理和戴维南等效原理对环流的稳态分量和暂态分量以及合环潮流进行了理论计算，找到有效减小环流的方法。最后，给出一些预防措施。
关键词：配电网；合环操作；环流；合环冲击电流；跳闸
1. 引言
我国10kV配电网通常采用“闭环设计、开环运行”的供电方式[1]。该种方式下，配电网具有双向供电或多电源供电的能力，通过配置分段开关或联络开关，给出线用户提供更加多样化的供电通道[2-4]。合环倒电操作成为配网调度和运维工作中不可或缺的关键环节之一[5, 6]。在这种“先通后断”的合环操作过程中，因合环开关两侧母线或线路存在电压差和系统阻抗，环路中会产生合环电流，当电网结构和电气参数不合理时，较大的环流会引起线路过载、绝缘破坏等问题，甚至引起过电流保护动作，导致开关误跳闸，对用户的可靠连续供电造成威胁[7]。
针对上述存在问题，许多学者进行了大量的研究，多集中在以下几个方面：合环系统的数学模型和计算方法[8-12]、合环环流产生的原因分析[13]、合环点的选择[14]以及合环决策系统的开发与应用[15]等。文献[11]在解决合环操作冲击电流越限的问题上，采用了一种基于戴维南等值的冲击电流计算方法。文献[16]分析了合解环操作的理论依据、操作规程，并结合合解环操作中出现的具体案例指出了操作过程中容易出现的一些问题并提出了相应的解决方案。文献[14]系统地研究了计及不确定性的配电网合环点安全性与经济性评估问题。以上研究成果为分析合环操作中的过电压、过电流问题，提出科学的合环操作条件奠定了良好的基础。
2. 事故描述
有A站、B站和C站主接线，正常情况下，C站10kV一段母线由35kV A站低压侧10kV某出线供电，而10kV二段母线由35kV B站低压侧10kV某出线供电，两条线路分列运行。
按照检修计划，现需对C站开关K4进行例行检修，为了实现对二段母线下用户的不间断供电，调度决定用C站一段母线通过分段开关K5给二段母线供电，即先合上分段开关K5，再拉开开关K4。当运维人员按照操作票的步骤合上分段开关K5后，发现过电流保护动作，上一级电网的出线开关K1跳开，导致合环操作失败。
3.理论分析
文献[17]指出，配电网的合环方式可分为以下三种：1）同一母线的不同出线间合环，此时合环点两侧电压相同，且环网最小，相同条件下环流也最小；2）不同变电站10kV母线出线间合环，上级电源为同一变电站出线，此时合环点两侧母线电压不同，环网相对情况1较大，环流也较大；3)不同变电站10kV母线出线间合环，且上级电源分属于两个不同的变电站出线。这种情况下，合环点两侧母线电压不同且环网相对情况1、2最大，因此环流也最大。
在第2节描述的事故中，由于上级电源是并列运行的，当合上分段开关时，形成环网。由于合环点两侧的母线电压不同，并且上级电源分属于两个不同的变电站，因此，合环电流也较大。
3.1 合环稳态电流
.png)
从式和式可以看出，合环均衡潮流的存在，使得配电线路的潮流发生了变化。从式可以看出，环流的大小跟合环点两侧母线电压有关，两侧母线电压大小相差越小，相位相差越小，则环流越小。反之，环流越大。也即跟合环点两侧系统的对称性有关，系统越对称，环流越小，反之，环流越大。
3.2合环冲击电流
在合环操作之后的很短时间内，系统会经历一个暂态过程，即会产生较大的冲击电流，倘若该冲击电路过大，超过线路继保的整定值，则会造成线路跳闸。
.png)
由以上分析可知，合环操作的环流中包含的稳态分量和暂态分量，不仅会对相关线路和设备造成冲击，还可能导致保护误动，威胁用户不间断供电。当合环路径及合环点已经选定的情况下，系统合环回路的戴维南等效阻抗不变。由式可知，通过调整合环开关两侧母线的电压，减弱系统的不对称性，可以达到减小环流大小的目的。具体地，可以通过以下几种方式进行调整：1）通过调整主变分接头、投切电容器等方式，减小母线电压差，使其降低至电压幅值及相角的合环闭锁量[13]以下。2）调整相应配电线路的负荷，使合环点两侧所在线路特别是合环点电压较高一侧所在线路负荷减小。
4. 数值仿真
通过调整变压器分接头，减小合环点两侧母线电压差，从而达到减小环流、安全合环操作的目的。
4.1 事故情况
.png)
在此情况下进行合环操作，在0.5s合环之前，因合环支路未导通，环流is大小一直为0，在0.5s之后的很短时间内，环流经历了暂态过程，其冲击电流达到1250安，随后趋于稳态。由此可见，合环点两侧母线电压的不对称性与环流的出现紧密相关。
10kV一段母线的进线电流（即上级电网的10kV出线电流）在0.5s处的冲击电流达到了1400A左右，随后达到一个较小的稳态值。因此，较大的环流是导致上级出线开关K1跳闸的根本原因。
4.2 调整电压后
.png)
5. 预防措施
为了避免合环操作时的环流过大，导致继保误动、开关跳闸的事故发生，在实际工作中还可以采取以下预防措施：
1）通过投切电容器或调整主变分接头等措施，减小合环点两侧母线电压差，使电压差不超过额定电压的15%，最大不超过额定电压的20%。
2）保证合环点两侧10kV母线电压相序和相位相同。合环前查询SCADA系统，确保相角差在允许范围内，一般不超过25°，最大不超过30°，否则禁止合环。
3）通过改变系统运行方式，使合环点两侧母线对系统短路阻抗相差较小，尽量保证合环点两侧系统的对称性。
4）选择合适的合环点[14]。通过选择合适的合环点，使潮流分布更合理，达到减小环流的目的。
5）选择合理的合环路径，减小环网。环网越小，系统不对称的可能性越小，环流越小。
6. 结论
本文对一起由10kV配电网合环操作引起的跳闸事故进行了分析。结果表明，合环点两侧系统的不对称性是造成环流过大的根本原因。基于简化的合环数学模型，采用叠加定理和戴维南等效原理对环流的稳态分量和暂态分量以及合环潮流进行了理论计算。通过理论分析和数值仿真，证明了调整主变分接头从而减小合环点两侧母线电压差是一种有效减小环流的方法。最后，给出了一些预防措施。上述结果对配电网合环操作、提高供电可靠性具有重要的理论指导意义和工程实用价值。
参考文献
[1] 吴振辉, 彭晓涛, 沈阳武, 等. 一种配电网环型供电模型及其合环运行方式的研究[J]. 中国电机工程学报, 2013(10):57-63.
[2] 肖仕武, 徐凯, 王艳召. 同期并列技术在大型企业电网中的应用[J]. 中国电机工程学报, 2009(S1):29-33.
[3] 张殷, 肖先勇, 李长松, 等. 基于补偿法和节点方程的配网合环快速模拟法[J]. 四川大学学报(工程科学版), 2015(06):150-156.
[4] 章琰天, 陶劲松, 陈宇航, 等. 含分布式电源的配电网合解环操作安全性分析[J]. 武汉大学学报(工学版), 2016(06):930-936.
[5] 刘健, 孙泉, 张小庆, 等. 配电网合环分析与合环条件判断[J]. 电力系统自动化, 2014(11):130-135.
[6] 胡晓松, 张殷, 谢光彬, 等. 含PV节点的配电网合环潮流算法[J]. 电力系统保护与控制, 2015(24):8-13.
[7] 黄杨珏, 李瑞, 李鑫, 等. 配电网合环引起的中性点经消弧线圈接地系统中的谐振过电压研究[J]. 高压电器, 2016(08):108-113.
[8] 杨志栋, 刘一, 张建华, 等. 北京10 kV配网合环试验与分析[J]. 中国电力, 2006(03):66-69.
[9] 李晓柯, 李祥发. 配电网合环冲击电流的暂态过程分析与仿真[J]. 机电工程, 2010(05):67-70.
[10] 甘国晓, 王主丁, 李瑞, 等. 配电网合环冲击电流计算方法及其简化计算公式[J]. 电力系统自动化, 2014(20):115-120.
[11] 葛少云, 李晓明. 基于戴维南等值的配电网合环冲击电流计算[J]. 电力系统及其自动化学报, 2007(06):124-127.
[12] 汲亚飞, 赵江河. 辐射型配电网合环稳态电流计算方法研究[J]. 电力系统保护与控制, 2009(12):15-19.
[13] 夏翔, 熊军, 胡列翔. 地区电网的合环潮流分析与控制[J]. 电网技术, 2004(22):76-80.
[14] 冯欣桦, 黎洪光, 郑欣, 等. 计及不确定性的配电网合环点安全性与经济性评估[J]. 电力系统保护与控制, 2015(10):30-37.
[15] 叶清华, 唐国庆, 王磊, 等. 配电网合环操作环流分析系统的开发和应用[J]. 电力系统自动化, 2002(22):66-69.
[16] 周慧忠. 配电网合解环操作问题分析及对策[J]. 浙江电力, 2008(05):70-72.
[17] 胡宏波, 孟清谱, 刘高飞, 等. 一起10kV配电网合环倒电引起线路跳闸的事故分析[J]. 江苏电机工程, 2011(03):15-18.
[18] 温建春, 孙忠良, 李刚. 典型配电网合环潮流分析及控制对策[J]. 山东电力技术, 2012(05):22-24.
作者简介
章辰铭: 男，1993年，大学本科，初级职称，电力工业
杨佳鑫: 男，1996年，大学本科，初级职称，电力工业
辛迪: 男，1993年，大学本科，初级职称，电力工业