分析10KV配網(wǎng)合環(huán)裝置

本文針對(duì)10kV線路手拉手換電，為了實(shí)現(xiàn)合環(huán)換電過程用戶不至于中斷供電，提高供電可靠性，設(shè)計(jì)了一種線路合環(huán)裝置對(duì)合環(huán)線路參數(shù)進(jìn)行精密測量。解決了測量過程中高壓精密測量的問題以及相位測量的問題，同時(shí)裝置設(shè)上采用無線操作，簡單方便。

同時(shí)設(shè)計(jì)潮流計(jì)算軟件，提出了一種有效的系統(tǒng)模型，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，分析合環(huán)對(duì)系統(tǒng)的影響，提供合環(huán)判據(jù)，對(duì)合環(huán)操作進(jìn)行指導(dǎo)。

電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷發(fā)展對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的要求也越來越高。10KV配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設(shè)計(jì)，開環(huán)運(yùn)行的方式供電。但是配網(wǎng)在線路檢修、負(fù)荷倒換等操作時(shí)都是通過斷電分段投入負(fù)荷的方式，為了減少停電時(shí)間，提高通電可靠性，10KV線路帶電合環(huán)操作對(duì)提高供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性有著重要意義。

合環(huán)操作中，因?yàn)楹檄h(huán)點(diǎn)兩端電壓存在幅差和相差即矢量電壓差，以及線路阻抗等因素會(huì)影響合環(huán)系統(tǒng)潮流分布的影響。裝置設(shè)計(jì)上通過進(jìn)行帶隔離的高精度采樣，采用無線手持終端進(jìn)行測量操作。同時(shí)通過裝置測量的數(shù)據(jù)對(duì)比潮流軟件計(jì)算的幅差和相差驗(yàn)證合環(huán)軟件準(zhǔn)確度。通過軟件計(jì)算合環(huán)后流過合環(huán)點(diǎn)的電流等參數(shù)，為合環(huán)參數(shù)提供可靠的判據(jù)。

一、合環(huán)點(diǎn)參數(shù)測量原理

1.測量裝置的組成

測量裝置主要由以下三部分組成操作桿、測量終端和手持終端。其中操作桿為一根8m左右的伸縮桿用于將測試裝置掛在線路測量點(diǎn)上，測量終端為一個(gè)圓筒用于對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行采樣和將數(shù)據(jù)傳給手持終端，手持終端為一個(gè)手持塑料盒用于操作測試和分析測量數(shù)據(jù)。

2.裝置測試基本原理

測量裝置通過兩根測量桿掛在合環(huán)點(diǎn)兩端的同相線路上，對(duì)線路的電壓相位進(jìn)行測量，整個(gè)試驗(yàn)過程使用手持終端通過無線通信操作測量桿進(jìn)行測量操作。整套裝置試驗(yàn)時(shí)操作人員遠(yuǎn)離試驗(yàn)現(xiàn)場，通過手持終端無線操作，安全便捷。

合環(huán)裝置原理框圖圖1

3.合環(huán)點(diǎn)電壓相位測量

10kV線路電壓相位測量屬于一個(gè)高壓環(huán)境下的電量測量，高壓下進(jìn)行精密測量通常有取樣難以及空間干繞問題。同時(shí)裝置測量是分開獨(dú)立測量，在進(jìn)行相位比較時(shí)無法采用比較電路進(jìn)行測量，相位精密測量也有比較大的難度。為了保證電壓測量的準(zhǔn)確，裝置采用電磁傳感器隔離測量，高壓信號(hào)經(jīng)過處理后通過高精密的傳統(tǒng)電壓等級(jí)的傳感器，傳感器輸出經(jīng)過信號(hào)調(diào)理后進(jìn)行AD采樣。同時(shí)為了保證相位測量的準(zhǔn)確性，測量采用基于正交法的同步測量。同步時(shí)間誤差小于2us，帶來誤差小于2′，對(duì)相位測量結(jié)果基本無影響。

測量桿原理框圖如圖2：

二、合環(huán)系統(tǒng)的分析

1.合環(huán)系統(tǒng)建模

10kV配網(wǎng)合環(huán)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)是潮流計(jì)算，通常的潮流計(jì)算的方式是根據(jù)給定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式求出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，包含了系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓、電流以及線路上的功率分布和功率損耗等，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)多元非線性代數(shù)方程組的求解問題。但是由于配網(wǎng)系統(tǒng)分布復(fù)雜，無法對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的折算，因此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)參數(shù)合理的等效折算以及網(wǎng)絡(luò)等效模型的建立是整個(gè)合環(huán)系統(tǒng)分析的關(guān)鍵，也是合環(huán)系統(tǒng)潮流計(jì)算的難點(diǎn)。

合環(huán)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖3所示，10千伏架空線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般為同一個(gè)220kV下經(jīng)過不同110kV變電站，然后引出各條10千伏出線。因此我們可以對(duì)系統(tǒng)做如下圖所示等效：

如圖所示220kV線路經(jīng)變壓器T0降壓到110kV，然后T1和T2共同一條110kV母線。變壓器T1降壓到10kV后給左側(cè)的10回出線供電，變壓器T2降壓到10kV后給右側(cè)的10回出線供電。中間兩回出線在線路末端通過斷路器連接。

系統(tǒng)合環(huán)后，系統(tǒng)功率重新分布，兩個(gè)變電站的負(fù)荷通過合環(huán)點(diǎn)相互轉(zhuǎn)移，達(dá)到一個(gè)新的平衡。在合環(huán)的整個(gè)過程中要求線路的三段保護(hù)裝置不動(dòng)作，線路也不能過負(fù)荷。因此合環(huán)后流經(jīng)合環(huán)點(diǎn)的電流大小直接反應(yīng)了合環(huán)操作對(duì)系統(tǒng)的影響。

2. 合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流分析

合環(huán)后流過合環(huán)點(diǎn)的功率S合'與流經(jīng)合環(huán)點(diǎn)的電流I合有如下關(guān)系：I合= S合'/3Up，其中Up為10kV線路的線電壓。由于S合'不方便直接從合環(huán)點(diǎn)測量,故無法直接作為判據(jù)。根據(jù)基爾霍夫電流原理，可以將合環(huán)電流I合視為疊加在系統(tǒng)中的環(huán)流。

合環(huán)前合環(huán)點(diǎn)兩端有電壓差ΔU，合環(huán)后形成的環(huán)流與ΔU滿足如下關(guān)系：I合=ΔU/Z，其中Z為環(huán)流流過的環(huán)路阻抗，包含T1變壓器阻抗R1+X1、合環(huán)線路阻抗ZLD1、ZLD2和T2變壓器阻抗R2+X2，即Z=R1+X1+ZLD1+ZLD2+R2+X2。

合環(huán)環(huán)流等效電路圖如下：

由于合環(huán)后形成的環(huán)流不流經(jīng)合環(huán)線路之外的線路，故可以將110kV變電站除合環(huán)線路負(fù)荷之外的負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移折算，將其折算成為一條負(fù)荷支路。故整個(gè)系統(tǒng)的模型可以進(jìn)一步簡化。如圖5所示： SLD1和SLD2為合環(huán)下路負(fù)荷，S1為左邊變電站其余出線的負(fù)荷， S2為右邊變電站站其余出線的負(fù)荷。

3.合環(huán)判據(jù)分析

通過對(duì)系統(tǒng)模型分析簡化以及合環(huán)電流計(jì)算的研究，我們可以看出合環(huán)電流的大小與以下因素有關(guān)：

(1) 線路負(fù)荷情況;

(2) 線路阻抗;

(3) 變壓器變比以及阻抗。

配電網(wǎng)合環(huán)負(fù)荷模型的處理是根據(jù)配電網(wǎng)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，提高系統(tǒng)建模時(shí)阻抗參數(shù)等效的精度，提高潮流計(jì)算的精度。

影響合環(huán)結(jié)果的三點(diǎn)因素最終體現(xiàn)在合環(huán)前合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓差上，選取合環(huán)線路之后線路阻抗參數(shù)基本固定，因此在選取完合環(huán)線路之后，可以將合環(huán)點(diǎn)兩端線路的矢量電壓差ΔU作為合環(huán)判據(jù)。通過潮流計(jì)算軟件計(jì)算得到當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)下的合環(huán)電壓差ΔU以及合環(huán)電流，同時(shí)改變負(fù)荷參數(shù)仿真出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)模型下允許最大合環(huán)電流對(duì)應(yīng)的電壓差ΔUmax。

4. 合環(huán)判據(jù)約束條件

條件一：線路允許最大合環(huán)電流跟線路當(dāng)前負(fù)荷電流以及線路允許載流有以下關(guān)系：I合max

條件二：合環(huán)操作過程中最大電流應(yīng)該避開線路第三段保護(hù)動(dòng)作值。合環(huán)過程中系統(tǒng)中疊加的最大暫態(tài)電流為合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流的1.8倍,即Ish=1.8×I合，故線路電流應(yīng)該滿足如下關(guān)系：IⅢ>Ish+ILD，其中IⅢ為線路第三段保護(hù)動(dòng)作值。

條件三：根據(jù)線路允許載流量以及線路保護(hù)動(dòng)作值得到的允許最大合環(huán)電流，采用潮流計(jì)算軟件計(jì)算得到的允許合環(huán)電壓差ΔUmax。如果現(xiàn)場測量值小于ΔUmax，則對(duì)線路進(jìn)行合環(huán)操作。

三、合環(huán)現(xiàn)場測量以及試驗(yàn)操作

測量裝置通過測試幅值測量精度在0.5%，相位精確到0.1°可以保證測量誤差對(duì)合環(huán)操作系統(tǒng)無影響?，F(xiàn)場試驗(yàn)我們與重慶市電力公司永川供電局選取線路接線形式具有代表性的勝廣Ⅱ線和永玉線形成的合環(huán)線路進(jìn)行裝置測量試驗(yàn)操作以及合環(huán)操作驗(yàn)證整套系統(tǒng)可用性。

試驗(yàn)時(shí)間：2012年7月12日

在每相測量了兩組數(shù)據(jù)后調(diào)取合環(huán)操作線路此時(shí)負(fù)荷情況，此處僅列出A相數(shù)據(jù)。讀取線路負(fù)荷電流為A相出線的電流。其中6:55時(shí)刻，永玉線負(fù)荷電流為18A，勝廣II線為66A。此時(shí)再對(duì)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)線路的電壓和相位進(jìn)行測量。

表一

A相

測量時(shí)間6:556:56

勝廣II相電壓(kV)6.1956.14

永玉線相電壓(kV)6.076.07

相位差(°)-0.53-0.76

幅值差(kV)0.1250.069

矢量差(kV)0.1370.107

測量完之后申請合環(huán)操作，合環(huán)之后測量電壓和相位，以及調(diào)取合環(huán)后線路負(fù)荷電流。其中勝廣II線合環(huán)后A相電流為60.1A，永玉線A相電流為30.6A。

表二

A相

測量時(shí)間 7:107:25

勝廣II相電壓(kV)5.9946.022

永玉線相電壓(kV)6.0566.063

相位差(°)0.10.1

幅值差(kV)0.0590.041

矢量差(kV)0.0590.041

合環(huán)20分鐘之后進(jìn)行解環(huán)操作。07:27線路狀態(tài)為合環(huán)，讀取線路電流：勝廣II線A相電流為66.8A，永玉線A相電流為28.1A。07:30線路狀態(tài)為解環(huán)，讀取線路電流：勝廣II線A相電流為67.5A，永玉線A相電流為20A。

表三

A相

測量時(shí)間7:25 7:30

勝廣II相電壓(kV)6.0226.081

永玉線相電壓(kV)6.0636.022

相位差(°)0.10.35

幅值差(kV)0.0410.059

矢量差(kV)0.0410.069

分析以上數(shù)據(jù)得到如下結(jié)論：由于清晨試驗(yàn)變壓器觸點(diǎn)、線路負(fù)載情況不平度大，合環(huán)前兩端的實(shí)測電壓差較大，預(yù)估合環(huán)電流也比較大，但是合環(huán)點(diǎn)的隔離開關(guān)等接觸器銹蝕比較大存在很大的接觸阻抗，導(dǎo)致整個(gè)合環(huán)環(huán)路的阻抗比理想的大很多，因此時(shí)機(jī)的合環(huán)電流很小，在10A左右。

現(xiàn)場合環(huán)和解環(huán)操作成功，并且系統(tǒng)工作穩(wěn)定，從而驗(yàn)證了測量裝置的準(zhǔn)確性以及潮合環(huán)系統(tǒng)分析得到合環(huán)判據(jù)的收斂性。

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