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基于稳态、暂态分析的10 kV配网合环转电操作研究

2023-11-27

机电信息 2023年22期
关键词:合环暂态环路

葛 亮 屈 田

(国家电网陕西省电力有限公司西咸新区供电公司,陕西咸阳 712000)

0 引言

随着城农网改造力度的加大和配网行动计划的深入,配网结构日臻完善,城区、城镇“手拉手”互联线路数量越来越多。规程中要求的“闭环结构、开环运行”即配网互联线路有两个以上电源,可以实现双电源供电。正常运行方式下开环运行的电网可为提高供电可靠性提供架构保障。

现阶段,配网在预检预试、新设备接入、检修维护、事故缺陷处理时,倒负荷大多采用“先断后合”的操作方式,操作过程中会出现短时停电,影响供电可靠性,降低了客户对供电服务的满意度,也影响了企业的经济效益和社会效益[1-3]。

目前,国资委对供电可靠性指标考核越来越严,某地区电网城市用户系统平均停电时间时户数指标逐年下降,2019年考核指标为8.2 h/户,实际完成7.93 h/户,2020年指标更为严格,为7.15 h/户。随着考核指标日益严苛以及客户对供电质量的要求日益增长,供电企业增供扩销压力巨大,客户、监管、企业自身发展三个层面都促使供电企业大力提高供电可靠性,对用户不间断供电已经是大势所趋。虽然该地区电网为提高供电可靠性已经采取了很多综合性措施,但比起一、二线城市差距仍然较大,因此将以前的短时停电(先断后合)的操作方式转为合环转供电(不停电倒负荷),不但可以提高系统供电的稳定性与连续性,还可以在电力正常供应的情况下进行设备检修等多项工作。

1 合环转供电风险及条件

合环转供电是指在“闭环结构、开环运行”的电网中,通过操作合环点开关将配网线路通过不同电压等级的元件、线路以电磁耦合的方式连接起来,形成电磁环网闭环运行,待环网稳定后,将需要断开一侧电源断开解环,将需要停电线路的负荷转移到另一条不停电的线路上,在保证安全的情况下,实现不停电倒负荷[4]。

1.1 合环转供电风险

1.1.1 合环转供电暂态风险

在合环转供电时,形成不同电压等级耦合的电磁环网,暂态风险有三种:

1)合环点两侧的电压差在合环瞬间造成暂态冲击,出现冲击电流,一般出现在合环后的半个周期左右,通常为合环稳态电流有效值的1.62倍,此冲击电流与合环点两侧的电压幅值、相角差、初始负荷、环路综合阻抗都有关系,若此冲击电流过大,易造成环路中馈线电流保护误动作。

2)合环时或合环后,在环路中发生短路故障,产生较大的短路电流,可能产生短路电流超过开关遮断电流,导致断路器拒动的情况而扩大事故;还可能出现环路馈线没有核对保护定值,保护拒动的情况而扩大事故范围。

3)合环时或合环后,环外元件或馈线发生短路故障,出现较大短路电流时,环路内馈线保护易出现非选择性动作风险,导致合环失败,扩大事故范围,影响系统安全运行[5]。

1.1.2 合环转供电稳态风险

一是合环转供电形成的电磁环网,导致潮流发生变化,稳态环流较大时,环内元件或线路可能发生过载,或环路内发生故障,开关跳闸后,潮流发生变化,环内元件或线路也可能发生过载,过载程度大时,可能引起过电流保护误动作;二是造成相关电压超标,影响电压合格率指标[6]。

1.2 合环转供电条件

由于合环存在暂态和稳态风险,合理控制风险,保证合环转供电成功和系统安全运行,需具备以下合环条件:

1)合环操作前,进行合环点两侧的核相工作,确保相序、相位相同,防止相序不同造成短路故障;

2)合环点两侧电压差(幅值差、相角差)尽量小,减少合环的暂态冲击电流和稳态合环电流;

3)上级变电站到合环点的系统短路阻抗相对要大并尽量接近,差值应最小,以减小故障时的短路电流,也减少合环暂态冲击电流;

4)合环点两侧馈线初始负荷要小;

5)环路中元件和线路的允许载流量应大于环网中配网负荷总和;

6)环路中各级保护需满足合环运行,不误动、不拒动。

2 配网现状调查与分析

对某电网进行摸底调查统计得知,截至2020年3月底,全网10 kV配电线路总计619条,其中城区线路168条,涉及城市用户系统平均停电时间时户数指标,具备互联“手拉手”条件为148条,互联转带率为88.1%。对现有的电网结构和运行方式进行梳理,现存在6种10 kV配网合解电磁环运行方式:

1)不同220 kV片网之间的馈线联络;

2)相同220 kV片网不同110 kV线路分区馈线联络;

3)110 kV主变10 kV馈线与220 kV主变10 kV馈线之间的联络;

4)同一厂站、不同母线所带馈线之间的联络;

5)同一厂站、相同母线不同馈线之间的联络;

6)220 kV主变10 kV馈线之间的联络。

目前,该电网对10 kV互联线路作业主要采用“先断后通”的操作方式,从调度下令到重新带电,至少需要40 min时间,也缺少配网自动化的技术装置与配套高级应用软件,互联点的开关需要人工操作,效率较低,费时费力不安全,用户满意度降低,供电企业损失电量,社会效益和经济效益下降,影响电力行风建设。

3 电网实际案例计算与分析

结合某电网现状,综合考虑合环风险和合环条件,以方式相同220 kV片网不同110 kV线路分区的馈线联络为典型,选择220 kV站所带110 kV ××站和110 kV××站的912××线和964××线作为配电网合环试验案例,其合环网架结构如图1所示。

图1 912××线和964××线合环结构图

从现运行的EMS系统收集了2020年3月17日的负荷数据、电压数据、运行方式、主变分接头运行位置、无功补偿情况,从县调收集了配网线路参数、合环环路、分支保护配置及定值情况,从保护专业收集了系统短路阻抗、主网架参数、主网馈线保护定值、环路内设备及线路短路电流开断能力和承载能力,利用潮流计算软件进行了潮流计算,电压计算结果如表1所示,合环稳态环流计算为34 A。

表1 环路内厂站母线电压合环前后比对 单位:kV

利用保护计算软件进行了环内外短路电流计算,结果如表2所示。

表2 环路内外故障流过912××线和964××线短路电流 单位:A

合环前后环路内各厂站不同电压等级母线电压均满足《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》,均在合格范围内(10~10.7 kV),不越限,线路负荷和变压器负荷均不过载,暂态合环冲击电流为55 A,远远小于环路内馈线电流定值。环路内线路故障情况下,流过环路内馈线保护的线末最小短路电流均大于过电流定值(912××线过电流定值为847.06 A,964××线过电流定值为1 072.94 A),过电流保护会灵敏动作出口。环外相邻线大小方式下,首端出口故障时,环内线路的短路电流均小于对应的速断电流定值(912××速断电流定值为3 738 A,964××线速断电流定值为2 727 A),速断电流保护不会动作,但超过过电流保护定值,过电流保护会启动,环外相邻线首端出口故障,相邻线的电流速断会先动作出口,环路内线路过电流保护会返回,不会动作;环外相邻线大小方式下,末端出口故障时,环内线路的短路电流均小于对应的过电流定值(912××线过电流定值为847.06 A,964××线过电流定值为1 072.94 A),过电流保护不会动作。

综合以上分析得出结论:在合环无故障暂态冲击和故障状态短路电流作用下,对合环元件和线路风险较小,满足合环条件。

4 合环工作策略及改进建议

4.1 合环工作策略

1)选择合适的互联结构和厂站;

2)先期理论计算的数据要完整准确,馈线分支数据不好收集,可让供电分局从营销系统收集;

3)进行合环前后潮流计算和合环短路电流计算,对计算结果进行安全分析评价,做出是否具备合环的结论,不满足合环条件,应提出调整建议;

4)合环前核查现场设备,对合环线路进行核相工作;

5)选择合环时间,避免在厂站高峰负荷合环,要考虑馈线的初始负荷尽可能小,小于线路的安全载流量,尽可能减少合环操作时间;

6)合环操作前,应对变压器分接头位置进行检查和调整,确保合环点两侧的电压差最小;

7)合环前后,利用EMS系统截取实时潮流图,进行计算结果和实际比对,以便总结经验。

4.2 改进建议

4.2.1 试验建议

为防止环外相邻线路故障,环路内两条馈线应配置带方向的电流保护,退出环路内馈线重合闸,防止环内馈线故障是永久性故障,造成再次合闸冲击。

4.2.2 配置和完善在线计算软件

合环计算是合环试验的前提和基础,目前EMS系统中调度员潮流软件功能不完善,网络拓扑数据不全,外网等值实现不了,无法实现合环计算,配网分支的测控数据采集不到,建议新配置D5000智能调度系统和配网自动化建设时,嵌入功能完备的输配网协同的潮流计算与短路计算高级应用软件,具备主网配网暂态稳态在线、离线计算与分析功能[7-8],以解决配网数量多,数据量大,收集数据困难,建模烦琐,计算效率和计算精度不高的问题。

4.2.3 建立健全配网合解环技术导则和操作规程

目前,10 kV配网合环转供电在该地区电网还处于起步阶段,相关技术和管理经验较少,应向先进电网学习经验,建立相关技术规范和操作规程。

4.2.4 35 kV配网开展合环试验工作

随着10 kV配网合环转供电工作的深入研究与应用经验的积累,可以逐步开展35 kV配网合环转供电的尝试,35 kV配网“闭环结构、开环运行”的网架也在形成,对提高35 kV系统的供电可靠性和经济性具有重要意义。

5 结论

经过一年多前期大量的现状调查、数据采集、仿真计算、现场设备核查,制定技术方案,该电网于2020年4月3日下午对220 kV同一片网下不同110 kV线路分区的110 kV ××站和110 kV ××110 kV站分别供电的912××线和964××线进行了首次10 kV配网合解电磁环网试验,试验取得预想的效果,合环点环流为48 A,远远小于保护电流定值,合环母线10 kV电压为10.4 kV,与理论计算结果误差较小(因合环试验时刻与仿真理论计算时负荷有变化,且分支负荷采集不到,理论计算忽略考虑),环路元件和线路没有过载现象。

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