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(cè)量。解決了測(cè)量過程中高壓精密測(cè)量的問題以及相位測(cè)量的問題，同時(shí)裝置設(shè)上采用無線操作，簡(jiǎn)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(cè)量操作。同時(shí)通過裝置測(cè)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(cè)量原理

1.測(cè)量裝置的組成

測(cè)量裝置主要由以下三部分組成操作桿、測(cè)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(cè)試裝置掛在線路測(cè)量點(diǎn)上，測(cè)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(cè)試和分析測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.裝置測(cè)試基本原理

測(cè)量裝置通過兩根測(cè)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(cè)量，整個(gè)試驗(yàn)過程使用手持終端通過無線通信操作測(cè)量桿進(jìn)行測(cè)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(chǎng)，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(cè)量

10kV線路電壓相位測(cè)量屬于一個(gè)高壓環(huán)境下的電量測(cè)量，高壓下進(jìn)行精密測(cè)量通常有取樣難以及空間干繞問題。同時(shí)裝置測(cè)量是分開獨(dú)立測(cè)量，在進(jìn)行相位比較時(shí)無法采用比較電路進(jìn)行測(cè)量，相位精密測(cè)量也有比較大的難度。為了保證電壓測(cè)量的準(zhǔn)確，裝置采用電磁傳感器隔離測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確性，測(cè)量采用基于正交法的同步測(cè)量。同步時(shí)間誤差小于2us，帶來誤差小于2′，對(duì)相位測(cè)量結(jié)果基本無影響。

測(cè)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(cè)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(jiǎn)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(jiǎn)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。