10kV配电网合环理论计算方法探究

[摘 要]根据哈尔滨地区配电网实际情况，在对10kv配电网合环稳态电流及冲击电流理论分析基础上，进行基于EMS系统PAS(高级应用软件)的合环电流计算方法，不需要建立全部配网模型，易于实现计算，为配电调度进行合理的合环操作提供了理论指导，提高了合环操作的可靠性和安全性。

[关键词]EMS高级应用软件(PAS)；10kV配电网；合环潮流

引言：随着哈尔滨地区配电网的发展和社会对供电可靠性的提高，配电网双向供电和多电源供电的供电模式日益增多，但在合环操作时合环瞬间将产生较大的冲击电流，稳定后电网中同样可能产生较大环流造成保护误动的情况，这都将直接影响到电网的安全稳定运行，由于缺少实际经验及理论计算基础，目前只能停电倒负荷。因此利用EMS系统对10kV配电网合环进行相关的理论分析及计算，用以指导合环操作具有重要的意义。

一、主要技术内容

10kV线路合环研究重点基于实时的合环冲击电流预警系统，一是从能量管理系统(EMS)中获取实时数据，将相关信息存入合环冲击电流分析的计算库中；二是提供相应的界面让使用者进行合环点的设定，在全网实时方式的基础上，利用广度优先算法对合环路径进行搜索，对环路所经过的电压等级和路径上变压器的接线方式进行校验。

在端口阻抗的求解方面，摒弃传统的对合环路径阻抗进行累加的粗略计算法，采取了基于在线全网导纳阵部分求逆的方法，使得端口阻抗的计算结果更加准确；建立一阶RL电网络，用待定常数法求取合环电流的强制分量和自由分量，从而得到合环电流的时域特性，得到冲击电流的最大冲击值和稳态值。根据这些信息，结合线路的保护整定值和整定时间，可以判断出线的保护装置在合环后是否会动作，从而为合环操作风险评估提供理论依据。

1.数据断面的获得

已经具有EMS系统的PAS状态估计和潮流计算等高级应用功能的系统，为合环冲击电流计算预警系统提供了良好的基础条件。它的计算模型无需另外建立和维护，它与初始断面数据都可以直接从状态估计或潮流计算模块获取，也可以从CASE管理中获取历史的断面数据。

2.环路搜索与拓扑展示

合环冲击电流计算时，将对合环路径进行搜索，将合环路径上的厂站(设备)展示出来，提示用户合环的全路径。当然，考虑到220kV以上系统可能有多条通路，在展示合环通路时，将采用展示最少逻辑支路连接的通路形式。

3.冲击电流计算

合环冲击电流预警系统根据合环端口的阻抗和合环前端口的电压差计算合环冲击电流。根据RL电路的合环零状态响应特性和端口阻抗的R、L特性，计算出冲击电流随时间变化的状态。用户也可以给出时间让系统计算电流值。

4.合环冲击电流对保护影响分析

在获得冲击电流随时间变化的状态后，合环冲击电流预警系统，对合环冲击电流是否会导致合环开关的过流保护或速断保护误动作进行判定。

二、与离线合环计算相比的优越性

1．电网模型的时效性

随着我国电力系统规模的迅速扩大，能量管理系统的在线分析软件功能愈发重要。而一般运行方式人员在进行离线合环操作的冲击电流计算时，电网的实时数据不能从能量管理系统中在线获得，而是必须根据电网的运行情况手动的建立等值模型，进行离线近似计算时，其过程十分繁琐，而且无法保证其近似模型是否能够完整准确的表述电网当前运行情况，直接影响了计算分析的数据基础。而EMS系统的电网模型及数据都是实际及实时的。

2．合环电流计算的准确性

根据现有传统的合环操作风险分析方法， 由运行方式人员画出环路路径，将此合环路径上的支路阻抗进行累加作为合环阻抗，该方法无法考虑多环等复杂情况，使得计算得到的环路阻抗不甚准确。当环路阻抗不准确时，基于此值求解的合环电流稳态分量和自由分量均存在误差，由此可能导致分析结论错误。而EMS系统中的参数录入为一次设备名牌参数，经过了反复人工及程序校验，保证其准确。

3．实用的分析机制

现有的传统合环操作风险分析方法需要在每次计算前，根据电网现实情况手动建立等值近似模型，设定合环点，填写合环参数，计算合环冲击电流，步骤较为复杂，在一定程度上影响了合环操作分析的实用性。而在EMS的PAS应用基础上解决了此问题。

三、配网合环操作所存在的风险

1.理论风险

根据相关电力系统理论，合环操作除应符合线路和变压器操作上的一般要求之外，还具有本身的特点，其中最重要的是必须正确预计操作中每一步骤的潮流分布，确认其不超过各元件的允许范围。合环冲击电流包含两个分量，一个是稳态分量，及我们在潮流模拟计算中计算的量；另一个是自由分量，此量不仅受合环时合环点两段的电势差、相角差及合环回路阻抗数值的影响，同时，其最大幅值受合环的时刻影响，其衰减周期受环路阻抗的比值影响。当环路电阻与电抗比值小到一定程度时， 自由分量衰减周期变长，此分量叠加在稳态分量基础上，将可能会引起保护动作。

2.人员风险

调度人员在进行环网并列操作时，如不能适当的选择合环操作点，就可能会引发很大的环流，致使过流保护或速断保护动作，严重的过电流甚至能烧毁供电设备，影响供电的可靠性和系统的安全运行，严重时甚至造成设备爆炸而引起人员伤亡。因此，在合环操作之前对合环后的电网进行分析以确定合环操作的安全性，就显得尤为重要。

3.风险分析控制

利用EMS系统进行配网10kV线路合环潮流计算模型建立及分析，我们将采用三种合环形式进行分析：从一座66kV变电所内不同10kV母线进行10kV线路合环分析计算； 一座220kV变电所下一条66kV母线下，两座不同66kV变电所的两条10kV线路合环分析计算；一座220kV变电所一条220kV母线下，不同66kV变电所的两条10kV线路合环分析计算，来分析合环的风险性。同时全面考虑CT、线径、保护定值的参数，取之最小值为合环的限值。

结束语

在调度自动化系统EMS实现合环冲击电流预警分析软件，实现在线生成计算分析模型和实时电网运行方式，可以减少手动绘制合环路径和重新模型建模以及维护的工作量，节约了人力。研究分析合环冲击电流风险，为实施转电提供技术支持，从而有效提高电网调度和运行人员对电网合环操作的分析能力和对电网事故的处理能力，减少电网事故造成的供电量损失。调度人员可以选择适当的供电路径进行合环操作，以保证配电网的供电灵活性，提高电网的运行经济性。

参考文献:

[1]夏翔,雄军． 地区电网的合环分析与控

制[J]．电网技术，2004，28(22)：76-80.

[2]国电南瑞科技，电力系统应用软件(PAS)