城网10 kV 配电线路合环条件判定方法

陈 琛，安 义，郭 亮，蔡木良，刘 蓓

（国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

随着城市的发展和人民生活水平的不断提高，用户对供电可靠性的要求越来越高，对停电、甚至是短时停电都十分敏感。但10 kV 配网对于用户接入、缺陷处理、设备定检、维护、事故处理以及上级电网检修需要等操作，经常使用先停电后倒电的方法，造成停电次数较多，时间较长，停电会严重地影响企业正常生产，也给人民生活带来诸多不便。同时，供电企业自身也因停电减少了售电量，造成经济损失，也损害了供电企业的社会形象。如果能采取措施通过10 kV 线路先合环再断开相应断路器，则对减小停电范围、提高供电可靠性十分有好处。为了尽量地减少用户的停电次数和时间，合环操作成为电力系统运行操作中必不可少的环节[1-3]。

但是环网系统中，联络开关两侧的电压存在差异，这就导致合环之后系统中会产生冲击电流及循环电流，叠加在两条参与合环的线路上导致电流发生变化，若线路上电流增加过多超过了线路最大容许载流量，将引起线路保护动作跳闸，影响系统供电可靠性。因此为了防止合环对电网造成影响，需在合环前对合环条件进行判定[4]。

目前在合环条件判定方面，调度员事先在EMS系统中得到模拟合环的潮流分布，再确定是否能进行合环操作，但这种方式操作复杂，没有确定的判定范围，凭借经验操作，较难把控，有一定的风险。为了解决上述问题，文中在配电网合环稳态过程分析的基础上，提出了基于合环馈线稳态电流的简化合环条件判定方法。

1 合环操作步骤

图1 是一个典型的双电源供电环网系统。系统处于正常运行的状态时，开关C、D 和G 均为闭合，联络开关F 断开，此时变电站1、2 之间无连接，环网柜所带的负荷由变电站1 供电。当线路A 发生故障需要开展检修时，如果进行传统的复电方式，先断开C、D 开关并对线路A 进行检修，然后再合上联络开关F，环网柜负荷由变电站2 接带。这一系列的操作会造成环网柜所接带的负荷停电，导致复电时间较长。

图1 典型环网系统

因此考虑采用合环操作的复电方式，在确定可以进行合环操作的情况下，合上联络开关F，此时变电站1、2 处于环网运行，然后断开开关C、D 对线路A 进行检修。这样环网柜接带的负荷能够在不停电的情况下转移到变电站2 接带，这个过程比较短，完全不影响用户用电，且之后也有足够的检修时间。

2 合环条件判定方法

在合环前，首先要确定两条具备联络的线路是否能进行合环操作。而目前在合环条件判定方面，调度员事先在EMS 系统中得到模拟合环的潮流分布，再确定是否能进行合环操作，但这种方式操作复杂，没有确定的判定范围，凭借经验操作，较难把控，有一定的风险。文中基于合环暂态冲击电流不引起电流保护动作的理论[5]，提出以合环点两端电压相位一致，合环馈线稳态电流不超过最大载流量的判定方法。

2.1 合环条件理论计算

图2 为一个经典的合环系统，现以图2 为例推导合环条件判定方法。如图2 所示，馈线1 来自变电站A的10 kV母线，馈线2来自变电站B的10 kV母线。

图2 经典的合环系统

由于合环后功率由母线流向两条馈线，所以合环后馈线1首端稳态电流为：

馈线2首端稳态电流为：

式中：İ1、İ2为合环前馈线电流，İC为合环后的循环电流。要满足稳态电流值不超过馈线最大容许载流量Imax，即满足İ′1＜Imax。而İ'1= ||İ'1

2.2 不同配电网连接方式的合环条件推导

考虑江西12家城网10 kV网架结构，将合环方式分为以下三种：联络开关两侧馈线来自同一10 kV母线；联络开关两侧馈线来自不同110 kV变电站；联络开关两侧馈线来自同一110 kV变电站不同10 kV母线。下面分别对不同配电网连接方式的合环条件进行推导。

1）合环点两侧馈线来自同一10 kV母线

联络开关两侧馈线来自同一10 kV 母线，见图3所示。İc为合环后的循环电流，合环后馈线1 的首端稳态电 流 为İ'1=İ1+İc。由于合环后功率 由 母线流向两条馈线，所以Ic＜I2。

图3 合环点两侧馈线来自同一10 kV母线

上节已推导出简化的合环条件为I1+Ic＜Imax，则合环条件为：

即合环前馈线1、2 电流值的和小于最大容许载流量。

2）合环点两侧馈线来自不同110 kV变电站

联络开关两侧馈线来自不同110 kV 变电站，如图4 所示。同样合环后稳态电流值不超过馈线最大容许载流量，I1+Ic＜Imax。

图4 合环点两侧馈线来自不同110 kV变电站

为方便计算，考虑线路满足n-1，即I1＜50%·Imax，所以合环条件为：

进一步对公式进行推导，绘制出合环点两侧馈线来自不同110 kV变电站的合环等值电路图，见图5。

图5 合环点两侧馈线来自不同110 kV变电站的等值电路

通过等值电路计算合环后的循环电流：

式中：XH1、XH2为10 kV 以上线路及变压器换算至10 kV 电压等级的系统侧等效电抗R1、R2、X1、X1为馈线1和馈线2的线路阻抗及电抗，可由线路参数计算得到。

为满足Ic＜50%Imax，得出合环点两侧电压向量差的有效值需满足条件，即：

3）合环点两侧馈线来自同一110 kV变电站不同10 kV母线

合环点两侧馈线来自同一110 kV 变电站不同10 kV 母线，计算方式与合环点两侧馈线来自不同110 kV 变电站相同，不再赘述，同样得到合环点两侧电压向量差的有效值需满足条件为：

2.3 合环条件计算表

由推导可知，当合环点两侧电压向量差的有效值满足公式（6），即可合环，将电压向量差的有效值需满足的计算结果实用化，固化到EXCLE表格如图6所示。

图6 合环条件计算表

根据线路参数计算得110 kV 变电站系统不同线径的10 kV 出线合环允许电压差查找列表，见表1 至表3，单位为kV。

表1 线径240 mm2合环允许电压差查找列表kV

表2 线径185 mm2合环允许电压差查找列表kV

3 合环条件判定方法仿真验证

应用实例：陆家垄变电站三中I、II 线，来自陆家垄变电站I、II段母线，线路合环前具体参数见下表4。

表4 陆家垄变电站I、II段母线参数表

将线路参数带入图6 固化的excel 算法中，其中LGJ-240架空线路，Imax取600 A，合环前馈线电流不超过最大容许载流量的50%，即 ||İ1<50%Imax，取300 A。

图7 陆家垄变电站三中I、II线合环仿真建模图

合环点两侧电压向量差仿真结果如图8所示。

图8 陆家垄变电站三中I、II 线合环点两侧电压向量差仿真结果

得到陆家垄变电站三中I、II 线合环点两侧电压向量差为 ||V̇1－V̇2= 0.41 kV < 1.21 kV，符合合环条件。合环后馈线电流的仿真结果如图9所示。

图9 陆家垄变电站三中I、II线合环后馈线电流仿真结果

根据仿真结果可知，合环后陆家垄变电站三中I、II 线的馈线电流均小于线路最大载流量，线路合环成功。

4 典型案例及应用

以九江公司两条馈线为例：环城III线、湖滨小区I 线来自沿江变、陆家垄变两个不同110 kV 变电站，线路合环前具体参数见表5，其线路图如图10所示。

表5 环城III线、湖滨小区I线参数表

图10 环城III线、湖滨小区I线路图

将线路参数带入图6 固化的excel 算法中，其中LGJ-240 架空线路，Imax取600 A，合环前馈线电流不超过最大容许载流量的50%，即< 50%Imax，取300 A。

图11 环城III线、湖滨小区I线合环仿真建模图

合环点两侧电压向量差仿真结果如图12所示。

图12 环城III线、湖滨小区I线合环点两侧电压向量差仿真结果

九江调度通过模拟合环的潮流分布，穿越功率较小即可合环来进行合环判定，得出陆家垄-沿江合环潮流，穿越功率为2.4 MW，可以合环。与文中合环判定结果一致，最终环城III 线、湖滨小区I 线成功进行合解环操作。

5 结语

随着城市的发展和人民生活水平的不断提高，用户对供电可靠性的要求越来越高，对停电、甚至是短时停电都十分敏感，但10 kV 配网对于用户接入、缺陷处理、设备定检、维护、事故处理以及上级电网检修需要等操作，经常使用先停电后倒电的方法，造成停电次数较多，时间较长，停电会严重地影响企业正常生产，也给人民生活带来诸多不便。

文中提出了城网10 kV 配电线路合环条件判定方法，使用本方法提供的EXCLE 计算表或合环允许电压差查找表，得到合环点两侧电压向量差的有效值范围，作为合环的判定条件，缩小停电范围及时间。

下一步将结合配电自动化的推广，进一步研究测量合环点两侧电压差的简便方法，推进合环判定方法落地应用。同时在全省城网推进合环判定方法，检修时实现不停电倒负荷，减少停电时间及次数，力争全省城网供电可靠性提高。