一起10 kV配电网合环倒电引起线路跳闸的事故分析

2011-04-12胡宏波孟清谱刘高飞邵腾飞赵小迪

电力工程技术 2011年3期

胡宏波，孟清谱，刘高飞，邵腾飞，赵小迪

(1.徐州供电公司，江苏徐州221005；2.国华徐州发电有限公司，江苏徐州221135)

当前配电网多采用双向供电和多电源供电模式，当停电检修或者故障时，通过合环操作，实现不停电转移负荷，提高了供电可靠性和配网运行的经济性，而合环倒电也是配网调度正常操作和事故处理中最为关键的环节之一。合环过程中会产生合环电流，如果电流过大会造成保护误动引起事故。

1 事故经过

正常运行方式下，110 kV石桥变1号、2号主变分别由秦石725线、贺石715线供电，35 kV，10 kV均分列运行。220 kV贺村变10 kV分列运行，如图1所示。

图1 石桥变和贺村变主接线

2010年3月17 日，贺村1号主变检修，负荷均由2号主变供电（10 kV母联100开关运行，101开关冷备用）。运方安排石桥35 kV负荷全部倒由2主变供电，10 kV负荷全部倒由1号主变供电（300和100开关运行，301和102开关热备用）。15日晚23:48，地调告知贺村2号主变有失电可能，要求做好贺村10 kV负荷全部倒出准备。配调按照《市区电网检修及异常运行方式安排》，由石桥10 kV贺桥线返送贺村10 kV母线。具体操作过程如下：00:44停用贺村贺桥线104开关重合闸；00:47合上贺桥线14开关；00:48石桥128开关过流三段保护动作跳闸，重合闸不成功；00:54配调下令拉开贺村贺桥线104开关；00:56石桥试送128开关，成功。

询问现场得知石桥变128开关故障电流为960 A，超过其过流三段保护定值900 A，因此导致128开关跳闸。

2 配电网合环倒电分析

所谓配电网合环倒电，就是通过操作相应的联络开关（如变电所10 kV出线开关或线路柱上开关、开闭所、环网柜开关等），实现将1条或几条线路负荷由另1条线路不停电带供的方式。在合环过程中，配电网中可能产生极大的环流，下面对影响环流大小的因素进行分析。简化的合环计算模型[1]如图2所示，该模型将参与合环的变电所简化为高压侧母线、变电所主变压器、低压侧母线、合环线路及联络开关的典型合环情况，分析中的公式推导均为复数运算。

图2 合环计算模型

图中，U1，U2为参与合环的两母线电压；L1，L2为合环线路负荷（这里将合环线路上的所有负荷集中到一点）；S1，S2为其他线路负荷；K为联络开关（合环点）。

图2可看作一两端电压大小不等、相位不同的两端供电网络，如图3所示。此网络又可等值于回路电压不为零的单一环网，如图4所示。

图3 两端供电网络等值电路

图4 等值环式网络等值电路

此回路电压不为零的单一环网中功率分布为[2]：

其中，UN为系统额定电压。可见，两端电压不等的供电网络中，各线段中流通的功率可看作是2个功率分量的叠加，其一为两端电压相等时的功率，即dU=0时的功率，由表达式可知，此功率与环网的对称性有关。由单一环网功率分布的计算过程可知，其中不仅进行了一系列简化，而且涉及等值电源功率、等值负荷功率等概念，因此，此功率值的大小还与系统电源点与合环点构成的网络结构，即合环开关两侧变电站10 kV母线对系统的短路阻抗有关。另一功率则取决于两端电压差值和环路总阻抗ZΣ=Z13+Z34+Z24，此功率称为循环功率，如图4以表示。的方向与的取向有关，若取，则c由节点1流向节点2时为正；反之，若取，则c由节点2流向节点1时为正。以上求出的环网中流通的功率，除以环网阻抗，即可以得到环网中流过的电流。

综上所述，10 kV配电网合环电流与下列因素有关：

（1）合环开关两侧变电站10 kV母线电压差。如果两侧变电站10 kV母线对系统短路阻抗差别不大，且两侧10 kV母线所带负荷相当，该环流可用两变电站10 kV母线电压差除以合环线路阻抗得出近似值[3]。

（2）合环开关两侧变电站10 kV母线对系统短路阻抗不同产生环流。配网合环与输电网络密切相关，即使合环开关两侧变电站10 kV母线电压相同，整个电磁环网较大时也将产生较大环流。

（3）环网的对称性。由环网功率表达式中第一项可知，该值与合环开关两侧变电站10 kV母线所带负荷、合环线路阻抗的对称性有关。

3 徐州市区配电网合环倒电分析

配电网进行合环操作时，合环线路的两侧电源一般处于分列运行状态，但其上一级电源（或者更上级电源）一定是并列运行的。徐州地区220 kV变电站都是并列运行的。

3.1 配电网合环方式

一般地，配电网合环的方式可分为如下3种，如图5所示，图中A，B，C分别为合环点。

图5 配网合环方式

A：不同变电站10 kV母线出线间合环，且上级电源分属于2个220 kV站，即1号、2号主变220 kV 1个系统。这种情况下环网较大，此时即使参与合环的10 kV母线电压相等，合环电流也较大。

B：不同变电站10 kV母线出线间合环，但其上级电源为同一220 kV变电站出线，即2号、3号主变220 kV 1个电源，此种情况环网较小，2号、3号段母线电压差较小时，合环电流也较小。

C：同一母线出线间合环，此时环网最小，相同条件下合环电流也最小。

徐州地区任庄、三堡2个500 kV变电站将地区电网分为两大区，220 kV吴桥变投运后，将上述2个区域电网连接起来，至此整个徐州地区的220 kV站成为1个系统。

3.2 配电网合环规定

徐州市区配网调度规程中关于10 kV线路合环的规定如下。

（1）参与合环的线路必须相位相同，操作前应考虑合环点两侧的电压差和相角差，必须确保合环后各环路潮流的变化不超过继电保护、系统稳定和设备容量等方面的限额。

（2）同一220 kV变电站（220 kV母联开关运行或主变由同一母线供电）所供110 kV变10 kV出线进行合环倒电操作时可不作特殊调整。

（3）其他情况10 kV线路进行合环倒电前，应停用线路一侧开关重合闸：

①线路首端（末端）停电时，宜停用停电线路侧开关重合闸；

②线路中间段停电时，应优先考虑停用操作方便端开关重合闸（如有人值守或操作班驻守变电站、具备重合闸远程投切功能的变电站）；

③优先考虑停用系统短路阻抗较小一侧开关重合闸。

因此，合环前，不仅要通过SCADA系统比较两母线电压值是否在合环允许范围内，还要和地区调度联系，询问上级电源是否为1个系统或1个电源，然后采取相应措施。

4 事故分析及实例验证

4.1 事故分析

正常运行方式下，石桥2号主变由贺石715线路供电，与贺村2号主变同属于220 kV贺村变电源，故石桥贺桥线与贺村贺桥线合环倒电时，环网较小，也即两合环线路所在母线对系统短路阻抗差别较小，由上述理论分析可知，此时合环电流也较小。

上述事故前系统运行方式下，石桥1号主变由秦石725线路供电，而220 kV秦洪变与贺村变分属于2个220 kV系统，仅在500 kV网络中属于1个系统，此时，石桥贺桥线与贺村贺桥线合环网络较大，其所在母线对系统短路阻抗相差较大，这就使得合环电流增大，从而导致开关跳闸事故。

4.2 实例验证

4.2.1 系统短路阻抗不同

从以上分析可知，此事故因合环线路所在母线对系统短路阻抗相差过大而导致。同样地，110 kV花园变进线电源分别为110 kV九花739线、秦花728线，而220 kV九里山变、秦洪变分属于不同区域，即花园变2台主变500 kV 1个系统，此站10 kV两母线出线进行合环时，即使两母线电压相等，合环电流也很大，也曾出现过开关跳闸的案例。为此，可通过改变系统运行方式来减小合环电流，即先将10 kV方式改为并列运行后，再进行两段母线出线间的合环操作，因环网变小，合环瞬间电流也减小。

110 kV彭场变2台主变500 kV 1个系统，两段10 kV母线出线间合环倒电时，电流也较大。目前220 kV吴桥变投运后，上述问题已不复存在。不同环网情况下，110 kV彭场变两段10 kV母线出线合环时电流的变化情况如表1所示。可以看出，合环线路所在母线电压差值相差较小的情况下，环网较大时合环电流也较大。这就说明，10 kV配电网合环与输电网的结构密切相关，在实际工作中，不仅要熟悉配电网络，对整个地区电网的结构也需明确。