配电网合环调电对继电保护的影响

赵灿辉

（云南电网有限责任公司昆明供电局 云南省昆明市 650200）

城市电网的改造、创新和发展，城市供电水平的稳定离不开配电网的发展与进步，为了提高供电的稳定性，避免大范围、频繁的停电给城市居民的生活、工作造成的影响，就要提高合环调电技术的安全性和专业性，从而促进配电网的持续发展。对全部的合环调电的控制装置来说，首先要做的就是针对合环电流引发保护这一动作的判断依据进行分析，评判其条件是否符合逻辑；其次，就是要根据合环电流的特点在合环操作实施前制定针对性手段来控制合环电流。随着我国经济的发展，各个地区的电力负荷都明显升高，因此给供电系统的稳定性、可靠性都提出了极高的要求，同时电压波动以及暂时停电等问题也极易造成巨大的损失，因此需要在配电网中积极建设配电自动化系统，提高配电网管理质量，降低各地区电网的负荷，减少停电情况，为用户提高供电的稳定性，同时也能为智能配电网中高级配电自动化的智能功能发挥作用奠定良好的基础。

1 合环调电对继电保护造成的影响

合环调电，具体来说就是配电网开关实施的合环以及解环工作，这样在设备运行和负荷调节的过程中也不会发生停电的问题，提高了供电的安全性，保证居民的用电稳定。在具体的操作过程中是有一定风险的，由于在合环前，设备两侧存在电压差，那么合环后电压差也会发生变化，电流环路中的不同节点上的电压差、相位则随之发生了巨大的变化，需要实施功率振荡后再能重新回到一个稳定的状态中[1]。

1.1 分析产生的冲击电流对继电保护造成的影响

在合环的一刹那，冲击电流产生且会受到两侧电压差、电压相角差等因素的影响，若产生的冲击电流较大那么势必会对继电保护效果造成影响，继电保护效果受到影响后，则会出现越级跳闸的问题，最终只会影响整体电网系统稳定、安全运行[2]。

1.2 分析产生的稳定电流对继电保护造成的影响

在完成合环操作后，配电电路结构发生很大的变化，也因此产生了循环潮流，在循环功率的影响下电流也会提升。受到冲击电流、稳定电流的影响，实施合环操作后发生短路的几率明显提升，而保护灵敏度则会下降。如果要持续实施继电保护、合环调电的配合，不仅要让继电保护装置在合环调电前后都保持正常的运行，同时，在实施合环调电操作的时候必须保证不会引发继电保护装置操作，才能真正做到合环调电的安全操作[3]。

2 合环电流与保护定制之间的配合

图1：合环冲击电流计算模型及计算公式

配电网的保护装置是通过三段式过流保护技术来实现的，这一技术包括电流速断保护、限时电流速断保护以及定时电流速断保护三种。分别分析这三种保护类型：第一，电流速断保护。这一保护类型的电流定值较高，操作时间非常短，主要的优势在于操作迅速，但问题就是无法实现全线路全程的保护。第二，限时电流速断保护。这一类型的电流定值要低于电流速断保护，操作时间会被延长，作用的优势在于能够实现全线路全程的保护，问题在于虽然有较高的灵敏度但是具有选择性，能够成为速断保护的后备力量[4]。定时线电流速断保护中的电流定值需要根据可躲过最大负荷的电流来确定，定值非常低，操作时间非常长，主要特点在于保护的范围非常广泛，也能发挥极强的后备作用。

关于合环冲击电流的计算模型列入电路的微分方程，从而可以获取冲击电流i（t）的表达式，其中Im作为合环稳态电流的波动值，根据相应文献研究可知，党频率f=50Hz，时间t=/2（0.01s）的时候，冲击电流则会达到最大数值，最大瞬时im和有效值IM的公式如（3）（4）所示[5-6]。见图1。

根据大量文献的查询和参考，在合环操作前要针对潮流、冲击电流的结果通过规定的公式内容核算出继电保护的整定值，若计算后的条件满足合环操作则会引发继电保护的操作。由于以往继电保护的整定值是按照开环的方式来确定的，因此在合环后则极易发生问题，在故障点比较远的变电站中，开关位置流过的故障电流会小于合环操作前，那么则会导致保护的灵敏度明显降低。要保证合环操作后供电的稳定性，就必须按照合环的方式来调节整定值，定值调整到最佳后再进行定值的校验，若校验后合环电流依然会引发继电保护动作，就要实施减少合环电流的操作。

3 合环电流影响因素分析

在网络参数未发生变化的基础上，通过合环调控也就是调节不同节点的电压水平。在电力系统中，常用的调节电压的技术包括调节发电机的电压、调节变压器、调节补偿设备容量等。一般在10kV 的配电网中，几乎没有应用发电机，由于发电机调节的操作成本非常高，而且实施远端发电侧发电机对配电网造成的影响非常小，因此则排除发电机调节手段。需要特备注意的是，在复杂的配电网中有大量的联络开关以及分段开关，而随着配电网自动化的发展，网络重构已经成为了潮流调控的主要手段。

4 减少合环电流的相关手段

合环电流的计算是通过电力系统中的潮流计算完成的，根据相关文献找到计算的方法，然后根据配电网潮流分配、合环电流的特点等，可以从合环前、合环后实施减少合环电流的操作。合环前减少合环电流的操作思路为：改变合环前系统的网络状态，从而减少潮流及可能的最大冲击电流。具体操作方法就是改变合环点、调节负荷水平、调节无功补偿等。

（1）转变合环的位置。按照当前联络开关的状态，在正式合环操作前要通过模拟仿真计算技术来找到最佳的合环位置，然后再制定合理、完善的合环操作方案，从而可有效避免选择到对系统影响较大的合环位置，保证合环操作的安全性。

（2）调节负荷的水平。实际操作中，导致合环操作失败的主要因素包括以下几点内容：非负荷合环支路本身特点的冲击电流、非合环支路冲击电流引发的保护工作等。针对这些因素则需要通过人工或智能化调节方法来调节负荷的水平，在环网中选择负荷水平最小的时间实施合环，从而可减少合环操作对电网系统造成的损害。

（3）调节变压器。处于使用状态中的变压器的抗阻能力与变压器接头所处位置相关，若分接头档位出现变化，合环操作后则会大致合环电流发生巨大的变化，由此可知，调节合环电流就可以通过改变分接头的位置来实现。

（4）调节无功补偿装置。电网中使用的电容器具有转变电力网络无功负荷的效果，无功负荷的变化也会影响电压指标，通过无功补偿器来调节合环的电流，相应工作原理为：合环线路的相角滞后后侧处采用了电容器，而在合环线路相角的超前侧退出了电容器。

（5）投入限流装置。应用电抗器后实施合环调电操作，有效抑制了合环时产生的冲击电流，同时由于采用的限制装置会发挥压降的效果，同时还能维持电压水平。

在合环的时候，要减少合环电流的思路为：通过监测合环点两侧的信息数据，根据文献研究，通过“同期合闸”的这一条件，控制合环点两侧的电压在最小状态值的时候进行操作是最好的。操作流程如下：进行信息的采集后，接收到远程装置下发的合环操作的指令后，评估两侧电压频差、角差的固定值，分析两侧合环操作有没有在系统的同频合环中，根据评估结果以及合环的条件来进行判断。关于同频合环的判断依据：

（1）合环开关两侧电压幅度值低于整定值。

（2）合环开关两侧的电压角度差明显小于整定值。

（3）合环开关两侧电压频率值也小于整定值。

（4）合环开关两侧电压顺序一致。

（5）合环开关的分闸位置。

差频合环判断依据为：

（1）合环开关两侧电压幅度数值低于整定值。

（2）频率差低于整定值。

（3）频率差加速度小于整定值水平。

（4）合环开关两侧的电压顺序相一致。

5 降低继电保护合环的操作流程

根据本文上述内容的分析可知，配电系统在合环调电的过程中减少对继电保护操作的影响。根据潮流以及合环电流值的计算结果来调节保护定值，然后进行核验，若合环电流不会引发继电保护工作那么就可以实施合环操作。若合环电流值依然存在引发继电保护装置的可能性，那就要先积极减少合环电流操作对系统运行的影响，然后还要认真复核计算结果。

6 以遗传算法为基础的合环电流调控对策

6.1 关于合环电流的调控

在配电网的合环电流超过限制的时候，以调整有载调压变压器的变比、调节电容器的补偿量、网络重构等调控手段来调节合环电流的灵敏度是最佳手段，具体操作需要根据实际情况选择合适的方法。在配电网中，调节变压器变化对无功功率造成的影响较低，因此可以采用投切并联补偿电容器来实施配电网的无功调控，随着配电网自动化的发展，网络重构则是保证配电网安全运行的主要手段。在此基础上，要积极优化计算方法，由于合环电流的调控是一个非连续性、约束较多的问题，采用传统方法处理会造成很大的误差，因此要积极采用人工智能计算方法，遗传算法则是最佳的选择，适合用于合环电流的调控计算。

6.2 遗传算法流程分析

遗传算法的要素包括以下机电：参数如何编码、初始化群体、确定适应度函数、选择算法参数、设计遗传算子等。操作流程如下：

（1）要针对原始问题的参数进行编码。

（2）根据适应度函数，计算每个个体的适应程度。

（3）通过选择遗传操作、变异算子等，在现有的群体中应用形成了一个新的群体。

（4）判断种群是否符合算法的条件，若不符合则返回（3），若符合则为计算结果。

7 小结

城市10kV 配电网一般都采用合环方式来进行故障处理、负荷转移以及设备检修等工作，需要提前做好相应调控。如果合环调控的对策嵌入到高级配电自动化系统中，通过智能化操作来代替人工操作，则可避免一系列人为事故，有效提高合环调电工作的效率。针对合环调电控制装置来说，第一要先分析合环调电引发的保护动作的评估条件是否符合逻辑。第二，分析合环调电的特点，在实施操作前制定有效的手段以控制合环电流。根据文献的查询和研究，要积极完善理论知识内容，不断创新和改进软件，从而提高配电网合环调电的逻辑判断能力和操作质量，以此来保证合环调电操作的安全性，提高配电网的整体供电质量。