浅谈中压配电网的合环调度

董洋

为充分满足公众对供电可靠性的需求，配电网一般采用双电源和多电源供电配网结构，以便于在某一母线出现故障时，可以通过多电源供电的合环操作将负荷转移到其他母线上，以免造成电网负荷失衡，影响供电稳定性。配电网合环操作能够有效减少用户停电现象，保证用户的正常生产和生活用电。但是合环操作往往会产生极大的合环电流，可能引发母线之间的保护跳闸，带来一些供电问题。因此需要不断优化完善配电网合环调度，以保证其良好运行。

一、配電网合环概述

配电网合环是一种特殊的电路拓扑结构，它通常出现在中压配电网中。所谓“合环”是指一组称为“环”的导线通过各级电缆箱和开关装置相接成一圈，而各个负载点则从这个“环”上引出。具体来说，配电网的合环是指由一条或多条电源馈线、一组或多组变压器以及其他配电设备按照一定的规则连接起来，形成一个闭合的回路，且馈入端和馈出端连接在同一节点上。配电网的合环可以分为同向合环和反向合环两种类型，其中同向合环表示电流的方向与环向一致，而反向合环则反之。在实际应用中，中压配电网通常采用合环设计来优化供电可靠性和稳定性。利用合环电路可以实现将一部分负载隔离开来保证整个配电网依然正常供电，同时不影响其他节点的供电，这样能够大大提高配电系统的灵活性和可靠性。需要注意的是，合环结构一旦被建立起来，在新的负载接入时需要对已有负载进行适当分配，以确保中压配电网的负载均衡和电能质量。

二、配电网合环运行的主要模式

根据合环操作点可以将配电网合环分为两种模式，即使用母联开关的线路合环和使用联络开关的线路合环；根据合环点追溯的上游电源（追溯到110kV）的并列运行与否，配电网合环又包括上游电源并列运行和分列运行两种类型。综合以上内容，配电网合环模式主要包括如下两种情况。

（一）上游电源分列运行的馈线合环

配电网上游电源分列运行的馈线合环是指将中压配电网的所有上游供电馈线采用交叉回路的方式连接，同时在回路上通过一个开关把馈线与下游负载隔离。这种结构可以有效提高配电系统的供电可靠性和灵活性。这种合环结构实现了多个馈线并行输入、负载均衡的目的。当有单个馈线出现故障时，可以通过控制开关将该馈线隔离，并将其他馈线继续接入合环供电，以保证电力系统的稳定运行。如配电网合环模式下，母线A和母线B分属于不同的变电站，二者分列运行且可以通过变电站、开关站母联开关或联络开关等进行直接合环操作。

需要注意的是，在建设配电网上游电源分列运行的馈线合环时，需要严格按照相关设计规范和安全标准进行设计、施工和运行管理，确保其满足配电负荷要求和电能质量要求，并保障电力设施的安全运行。同时，对于各级开关装置进行可靠性测试和日常维护，以保证在需要时能够及时、有效地切换供电路线。

（二）上游电源并列运行的馈线合环

该配电网合环模式是将中压配电网的所有上游供电馈线采用相邻回路的方式进行连接，使用一个开关进行切换。这种结构可以实现多个电源的并列供电和故障切换。在正常供电时，多个上游电源都连接在同一路馈线上，被接入馈线合环形成并列运行的状态。当一个电源出现故障或需要停工维护时，可以通过控制开关将该电源隔离，并转移到其他电源上以保证配电系统的稳定运行。这种结构不仅提高了配电系统的供电可靠性和灵活性，也降低了电力设施的建设和运行成本。如采用110KV的母线进行供电时，配网合环运行可以通过连接变电站母联开关或联络开关来实现。这两种合环操作具有一定的效果差异，由于前者的上游电源采用分列运行模式，其合环点电压差较大，因此操作的危险性较高；后者的110kV电源采用并列运行模式，虽然其合环点电压差更小，但合环线路的两侧负荷往往偏大，从而容易导致电网环流过大，所以在实际应用过程中，必须通过准确计算才能确保合环电网运行的安全与稳定。

三、中压配电网合环运行存在的主要问题

配电网合环操作能够减少故障时间和故障区域，提高供电网络的可靠性，但是合环操作对电力系统也存在很多潜在问题。

（一）电压差问题

合环电压差是指在合环周围各个接头之间的电压差。如果电压差过大，会影响中压配电设备的正常运行，甚至可能会引起设备损坏，增加故障率。

合理的合环电压差应该保持在10%以下的范围内。如果超出这个范围，则需要进行相关检查和维护来解决问题。例如中压配电网上两个变电站之间通过联络开关连接的A和B母线，在配电网正常运行情况下，其联络开关为断开状态。当一端突然断电，则需要闭合联络开关并将负荷转移，此时A、B母线并联运行，一般而言二者之间的电压差并不大，联络开关处也不会出现高电流。但是若其中一条母线因烧毁或其他灾害破坏而出现短路等电力故障时，此时A和B母线之间就会产生非常高的电压差，联络开关处出现高强电流（潮流），并可能导致另一端母线被破坏，进而给整个配电网的正常运行带来影响。

与此同时，当配电网系统短路阻抗相差过大时，电网合环点两侧的相角差和电压差也会很大，在此情况下的配电网合环操作就很有可能带来较大的合环稳态电流和冲击电流，随之引发系统的保护防御，因而造成电力故障。由此可见，配电网合环操作并不能完全确保供电系统的稳定可靠，尤其是当配电网合环调度不合理时，还有可能带来更多、更加严重的供电问题，给用户的生产和生活造成损失。

（二）合环接头问题

配电网中母线之间的连接端点也存在多种问题，导致合环操作故障频发，这些问题主要包括：合环接头松动，如果合环接头松动，会导致电弧接触不良、电阻过大或者短路等问题。合环接头腐蚀，由于外界因素，合环接头可能出现腐蚀现象，这会导致接触电阻变大，同时还可能引起温度升高、损坏设备等问题。合环接头烧毁，在不正常的工作环境下，合环接头可能会受到一定程度的高温烧毁，这会影响配电网络的正常运行。合环接头缺陷，在制造、运输或安装合环接头的过程中，可能会出现一些缺陷，如接头的质量不稳定、接头松动、接触面积不足等问题，这些都可能会导致电网运行出现问题。

四、中压配电网的合环调度策略

为解决以上问题，需要重视并加强合环调度管理，在实施调度工作的过程中加强合环接线检查和问题处理，以此降低电网运行故障。具体措施如下：

（一）保证良好的合环操作条件

要想防止在实施合环调度时给配电网造成的影响，必须在符合以下条件的情况下谨慎操作。一是应检查并保持变电站中母线的相序、相位一致，以此避免电网系统合环点两侧出现较高电压差和产生较高的合环电流，二是应尽量降低从变电站到合环点之间的综合阻抗差，可以通过缩短线路长度来减少线路电阻和感抗，同时选择合适的导线截面和导线材料，以降低线路电阻，还需要注意控制温度升高和功率损耗，避免对线路性能的影响；对于中性点不可接地的系统，也可以增大中压配电变压器容量，从而降低变压器的阻抗和电流互感器的电感，三是负荷转移中，合环点两侧的负荷之和应低于其中一侧的额定负荷，避免全部负荷集中到一端，引发事故，可以采用无功补偿装置、电力电子元器件等来改善线路电气特性，实现对电网线路的合理补偿和调节。

（二）合理计算配电网合环电流

合环电流表示中压配电网中同级别的变压器组所流过的电流，它是中压配电网设计和运行的重要参数之一；配电网合环电流的计算方法需要结合实际情况进行综合分析，在保证合理性、准确性和可靠性的前提下，才能得出较为准确合理的配电网合环电流计算结果，计算时一般需要考虑以下因素：（1）线路阻抗，根据线路参数、长度、导线截面等计算出线路电阻和感抗，并确定线路等效电路模型。（2）电源特性，包括电源电压、电源电流、发电机内阻、电源变压器变比等，通过对电源进行建模，可以計算出电源的贡献电流和电压。（3）负载特性：负载容量、功率因数、电流大小等都是影响合环电流的关键因素。可以通过负载等效电路模型来计算负载电流。（4）合环方式，不同的合环方案会对合环电流产生影响，如并联供电时具有最大负荷切换功能的配电网合环。（5）配电系统拓扑结构，由于配电系统被视为一个复杂的网络，需要对整个系统的拓扑结构进行分析并建立模型，才能完整地反映出合环电流的普遍趋势并进行精确计算。以计算正常运行加一个负载较小的平行馈线在合环状态下的电流为例：首先计算电源到合环节点A的电压，然后计算从A到连接在合环上的负载和电源端之间的等效电路，包括线路参数和所有负载参数。进一步确定所有电路元素的阻抗和电纳值，最后使用基尔霍夫电流定律（Kirchhoff）获得在该等效电路中电流的总和。

（三）加强合环接头防护与处理

中压配电网合环接头问题具有多样性，处理时需要综合考虑多种因素，并采取针对性措施。如采用预制钢筋混凝土连接箱或分支箱，提高密封性和可靠性，可减少接头数目和接头故障率；选择高质量的连接件材料，并在连接时做好处理，例如清理现场、调整线头长度、加装缩管等措施，可以有效防止接头发生氧化、脱落、短路等问题。保证合环点与各个收支点之间的适当距离，在设计骨干线路时增加连接点数量位置的设置和保留相应的补偿余地。做好必要的防护措施，避免水和灰尘等外界因素对接头的损害。比如使用封闭式箱体及配套密封件、防水接头帽等防止中压配电网合环接头被腐蚀、污染。另外，还需要对线路进行定期检查和维护，定期清洁、检查、紧固和更换相关导线及端子等连接件，以确保线路保持良好运行状态。

五、结语

作为电力系统的重要组成部分，配电网负责为用户输送电能。中压配电网的合环操作是提升供电可靠性和质量的重要途径，但如果调度运行不当，则可能会导致诸多电力故障并带来生产生活不便与损失。因此，在进行合环操作时必须根据实际情况，严格按照相关技术规范和要求来实施，以提高整个配电网系统的综合性能。

（作者单位：国家电网公司天津电力城西供电分公司）