CN105429137A - 配网合环转供电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网合环转供电的方法，所述方法通过分析证明合环点联络开关两侧母线负荷与通过所述合环点的环流复功率存在线性关系，经仿真推导出通过联络线出口断路器的稳态电流和冲击电流的实用计算公式，将实用计算公式导入SCADA系统，计算出通过联络线出口断路器的稳态电流和冲击电流，并计算出两条联络线的负荷电流之和，再与相关数据进行比较，据此判断是否可执行合环、断环及转供电的操作。本发明所述方法简单实用，获取数据容易，不需要增加设备，避免了复杂的复数运算，易于实施，精度和准确性更高，误差更小，可为电力调度员配网合环转供电操作提供有力依据，有效提高供电可靠性，减少停电损失，具有很强的应用价值。

Description

配网合环转供电的方法

技术领域

本发明涉及配网合环技术领域，尤其涉及一种配网合环转供电的操作方法。

背景技术

随着经济的迅速发展，对供电可靠性的要求越来越高，配网中手拉手双向供电方式在网架结构形式上提高了供电可靠性，但传统的停电转供电仍有短时的停电，打破了供电连续性，不停电合环转供电成为提高供电可靠性的有效途径。不适宜的合环操作会产生过大的合环电流，导致保护动作跳闸，停电面积扩大。现有的配网不停电合环转供电技术尚不完备，一般要有复杂的建模和仿真校验，而且不同的运行工况多要进行不同的校验，或者增加更多的设备装置获取合环点测量数据，或者进行复杂的潮流计算。况且合环前后，环路中的潮流都有变化，很难用简单公式直接计算出的环流大小，不能准确反映实时变化的运行工况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上所述缺陷，提供一种实用、简捷、可靠的配网合环转供电的方法，为电力调度员开展配网合环、断环操作提供依据，有效提高供电可靠性。

为了解决以上所述技术问题，本发明所述配网合环转供电的方法，包括以下步骤：

（1）通过理论分析证明合环点联络开关两侧母线负荷与通过所述合环点的环流复功率存在线性关系；

（2）通过仿真分析推导出通过两条联络线出口断路器的稳态电流和冲击电流的实用计算公式；

（3）将步骤（2）所得稳态电流和冲击电流的实用计算公式导入SCADA系统，根据实时刷新数据计算出通过两条联络线出口断路器的稳态电流和冲击电流；

（4）将步骤（3）计算得到的通过两条联络线出口断路器的稳态电流与其过流保护最小触发电流比较、冲击电流与其速断保护触发电流比较，两条联络线出口断路器同时满足稳态电流小于过流保护最小触发电流且冲击电流小于速断保护触发电流时，可以执行合环操作；否则，放弃合环操作；

将两条联络线上的负荷电流之和与两条联络线出口断路器过流保护最小触发电流比较，当两条联络线上的负荷电流之和小于两条联络线中第一条线路出口断路器过流保护最小触发电流时，可以操作两条联络线中第二条线路出口断路器断环，将两条联络线中第二条线路上的负荷转到第一条线路上供电，反之亦然；否则，不能断环；

当需要恢复两条联络线各自供电方式时，用所述方法判断断环点是否满足合环条件，满足时再合环，并在联络开关处再断环即可恢复两条线路各自供电的运行方式。

进一步，本发明所述步骤（1），通过理论分析证明联络开关两侧母线负荷与通过合环点的环流复功率存在线性关系的步骤包括：

假定全网电压均为额定电压，忽略导纳支路，根据合环网络画出简化后的等值电路；

根据环形网络潮流分布的特点进行分析，求出流向联络开关两侧母线的复功率；

由流向联络开关一侧母线的复功率减去流出该母线的负荷，求出流过联络开关的复功率，即环流复功率；

根据环流复功率可以用等值阻抗和联络开关两侧母线负荷表示，即，而同一环网的等值阻抗是不变的常量，由此证明联络开关两侧母线负荷与环流复功率存在线性关系。

进一步，本发明所述通过仿真分析推导出稳态电流和冲击电流的实用计算公式的步骤包括：

根据公式，令环流复功率为0，则，说明环流复功率为0时，联络开关两侧母线负荷与电源点至联络开关两侧母线的等值阻抗共轭值成反比；

求电源点至联络开关两侧母线的等值阻抗共轭值比值的近似值，忽略电阻后，该近似值为电源点至联络开关两侧母线的等值电抗比值；

进而用仿真的方法探求环流复功率的线性表示公式：

用仿真软件模拟出该合环网络，包括合环路径上的整个环形网络，并调整联络开关两侧母线负荷之比；

微调联络开关两侧母线负荷，至环流复功率为0，若联络开关两侧的主变有未在环路中的第三侧，则将该侧负荷也调为0；

继续调整联络开关两侧母线负荷和联络开关两侧主变第三侧负荷，选取主变空载至过载能力范围内的负荷，在联络开关两侧主变负荷侧逐一调整有功负荷和无功负荷，通过多次仿真，逐步探求用联络开关两侧主变负荷与线性系数来线性表示环流有功功率和环流无功功率，进而线性表示出环流复功率；

将环流复功率与两条联络线的负荷分别相叠加，分别得到通过两条联络线出口断路器的复功率；

由通过两条联络线出口断路器的复功率取模求得通过两条联络线出口断路器的视在功率，再由通过两条联络线出口断路器视在功率分别除以倍的联络开关两侧母线电压得到通过两条联络线出口断路器的稳态电流，也就得到了通过两条联络线出口断路器稳态电流的实用计算公式；

由环流复功率取模求得环流视在功率，用所述环流视在功率除以倍的联络开关两侧母线平均电压得到通过合环点的稳态环流；

用2.55倍的稳态环流与负荷电流叠加得到通过两条联络线出口断路器冲击电流，也就得到了通过两条联络线出口断路器冲击电流的实用计算公式。

本发明的有益效果：与现有技术方法相比较，本发明所述方法更为简单实用，获取数据容易，不需要增加设备，避免了复杂的复数运算，易于实施，而且精度和准确性更高，误差更小，可为电力调度员配网合环转供电操作提供有力依据，能有效提高供电可靠性，减少停电损失，具有很强的应用价值。

附图说明

图1为本发明所述配网合环转供电方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所述两个110kV变电站10kV联络线示意图；

图3为本发明实施例所述两个110kV变电站10kV联络线合环后的简化等值电路示意图；

图4为本发明所述两个110kV变电站10kV联络线合环时环流复功率为0的仿真情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明所述配网合环转供电的方法，包括以下步骤：

（1）通过理论分析证明合环点联络开关两侧母线负荷与通过所述合环点的环流复功率存在线性关系：

假定全网电压均为额定电压，忽略导纳支路，根据合环网络画出简化后的等值电路；

根据环形网络潮流分布的特点进行分析，求出流向联络开关两侧母线的复功率，所述流向联络开关两侧母线的复功率用等值阻抗和联络开关两侧母线负荷（复数形式）表示；

由流向联络开关一侧母线的复功率减去流出该母线的负荷，求出流过联络开关的复功率，即环流复功率，所述环流复功率用等值阻抗和联络开关两侧母线负荷（复数形式）表示；

根据环流复功率可以用等值阻抗和联络开关两侧母线负荷表示，即，而同一环网的等值阻抗是不变的常量，由此证明联络开关两侧母线负荷与环流复功率存在线性关系。

（2）通过仿真分析推导出通过两条联络线出口断路器的稳态电流和冲击电流的实用计算公式：

根据，令环流复功率为0，则，说明环流复功率为0时，联络开关两侧母线负荷与电源点至联络开关两侧母线的等值阻抗共轭值成反比；

求电源点至联络开关两侧母线的等值阻抗共轭值比值的近似值，忽略电阻后，该近似值为电源点至联络开关两侧母线的等值电抗比值；

进而用仿真的方法探求环流复功率的线性表示公式：

用仿真软件模拟出该合环网络，包括合环路径上的整个环形网络，并调整联络开关两侧母线负荷之比；

微调联络开关两侧母线负荷，直至环流复功率为0，若联络开关两侧的主变有未在环路中的第三侧，则将该侧负荷也调为0；

继续调整联络开关两侧母线负荷和联络开关两侧主变第三侧负荷，选取主变空载至过载能力范围内的负荷，在联络开关两侧主变负荷侧逐一调整有功负荷和无功负荷，通过多次仿真，逐步探求用联络开关两侧主变负荷与线性系数来线性表示环流有功功率和环流无功功率，进而线性表示出环流复功率；

将环流复功率与两条联络线的负荷分别相叠加，分别得到通过两条联络线出口断路器的复功率；

由通过两条联络线出口断路器的复功率取模求得通过两条联络线出口断路器的视在功率，再由通过两条联络线出口断路器视在功率分别除以倍的联络开关两侧母线电压得到通过两条联络线出口断路器的稳态电流，也就得到了通过两条联络线出口断路器稳态电流的实用计算公式；

由环流复功率取模求得环流视在功率，用所述环流视在功率除以倍的联络开关两侧母线平均电压得到通过合环点的稳态环流；

用稳态环流的2.55倍与负荷电流叠加得到冲击电流，也就得到了通过两条联络线出口断路器冲击电流的实用计算公式（根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）中求冲击电流的方法：冲击电流为稳态电流的倍，取的推荐值为2.55）。

用仿真推导实用计算公式的目的是为了避免大量的复数运算，变复数运算为实数运算，便于将公式导入SCADA系统，增强实用性。

（3）将步骤（2）所得稳态电流和冲击电流的实用计算公式导入SCADA系统，根据实时刷新数据计算出通过两条联络线出口断路器的稳态电流和冲击电流；

（4）将步骤（3）计算得到的通过两条联络线出口断路器的稳态电流与其过流保护最小触发电流比较、冲击电流与其速断保护触发电流比较，两条联络线出口断路器同时满足稳态电流小于过流保护最小触发电流且冲击电流小于速断保护触发电流时，可以执行合环操作；否则，放弃合环操作；

将两条联络线上的负荷电流之和与两条联络线出口断路器过流保护最小触发电流比较，当两条联络线上的负荷电流之和小于两条联络线中第一条线路出口断路器过流保护最小触发电流时，可以操作两条联络线中第二条线路出口断路器断环，将两条联络线中第二条线路上的负荷转到第一条线路上供电，反之亦然；否则，不能断环。能否在两条联络线中第二条线路出口断路器处断环的操作宜在合环操作前判断，合环操作条件和断环操作条件都满足时，才便于执行合环转供电；断环点一般选两条联络线中需要检修设备的那条线路的出口断路器处，因此要判断两条联络线总负荷电流小于要转入的所述第一条线路出口断路器过流保护最小触发电流时，才能断环。

当需要恢复两条联络线各自供电方式时，用所述方法判断断环点（第二条线路出口断路器处）是否满足合环条件，满足时再合环，并在联络开关处再断环即可恢复两条线路各自供电的运行方式。

实施例：以红河电网的110kV蒙自变与110kV凤凰变两条10kV联络线路为例，如图2所示，两座110kV变电站电源点均来自220kV南湖变的110kV母线，110kV凤凰变为两台两卷变并列运行，110kV蒙自变为两台三卷变分列运行（#2主变省略未画），10kV线路为YJV22-3×300电缆。

10kV线路合环后，在蒙自变#1主变35kV侧空载情况下，形成电磁环网，潮流分布符合环形网络特点，假定全网电压均为额定电压，忽略导纳支路，画出简化后的等值电路，如图3所示，则流经阻抗

的复功率，即流向联络开关两侧母线的复功率分别为：

（1）

（2）

那么，流经的复功率即环流复功率：

（3）

式（3）证明了环流复功率与联络开关两侧母线负荷存在线性关系。

令环流复功率=0，则，即：

（4）

此时环流复功率为0。

下面求的近似值，忽略电阻，取=100MVA，110kV电压基准值为115kV，10kV电压基准值为10.5kV；已知凤凰变两台主变等效电抗分别为0.26825、0.2725，蒙自变#1主变高、低压侧等效电抗分别为：0.33444、0.22111，110kV线路电抗分别为0.01021、0.00746，则凤凰变两台主变并列后等效电抗为：（标幺值），蒙自变#1主变高低压侧等效电抗为：

0.33444+0.22111=0.55555（标幺值），那么，，也就是说当凤凰变两台主变10kV侧负荷与蒙自变#1主变10kV侧负荷之比接近3.87时，10kV线路合环后的环流复功率接近于0（假定蒙自变#1主变35kV侧空载）。这说明在110kV蒙自变#1主变35kV侧空载时，两站10kV母线负荷与环流复功率存在着线性关系。

下面再根据仿真分析探求两变电站10kV母线、35kV母线负荷与10kV联络线环流复功率的具体关系。

这里采用BPA仿真软件进行分析计算，110kV线路、主变参数均按实际参数输入到计算程序中。经仿真计算，凤凰变与蒙自变主变变比不同时，即使两个110kV变电站10kV母线电压近似相等，仍会有明显的无功环流，特别在城市配网中大量使用电缆，线路阻抗值较小，合环环流会更加明显。这说明合环点两侧主变变比不同时合环环流值会较大，因此，不建议在主变变比不同情况进行合环操作，可进行主变调档，待合环点两侧主变（即联络开关两侧主变）变比一致后再判定是否满足合环条件。

下面按合环点两侧主变（即联络开关两侧主变）相同的情况进行分析：

为分析方便，先按10kV线路只计及线路电抗（蒙自#1主变115.0/37.54/10.5，凤凰变主变115.0/10.5）进行试探分析。先调整凤凰变与蒙自变#1主变10kV侧负荷之比为3.87，蒙自变#1主变35kV侧空载，再微调使10kV线路合环后的传输功率为0。经多次调整，当负荷情况如下：

蒙自变#1主变负荷：35kV侧0MVA，10kV侧5.95+j0.615MVA。

凤凰变两台主变负荷：10kV侧23.7+j2.1MVA

此时，10kV线路合环后的传输功率为0（即环流为0）。

调整110kV凤凰变与蒙自变#1主变的10kV侧负荷，会发现负荷比例与上述负荷比例一致时，环流复功率保持为0；负荷比例改变时，环流功率会随负荷成线性变化；110kV蒙自变#1主变的35kV侧负荷也与环流功率成线性关系，这与前面的理论推导相一致。具体仿真情况如下：

1、蒙自变#1主变10kV侧有功为凤凰主变10kV侧有功1/4每多出（或少）1MW，产生环流有功0.5MW，同样，凤凰变10kV侧有功为蒙自变#1主变10kV侧有功4倍每多（或少）4MW，产生环流有功0.5MW；

2、蒙自变#1主变10kV侧无功为凤凰主变10kV侧无功1/4每多出（或少）1MW，产生环流无功0.5Mvar，同样，凤凰变10kV侧无功为蒙自变#1主变10kV侧无功3.5倍每多（或少）3.5Mvar，产生环流无功0.5Mvar；

3、蒙自变#1主变10kV侧和凤凰变两台主变10kV侧有功负荷之比为1:4，无功负荷（不含主变无功损耗）之比为1:3.5时，蒙自变#1主变35kV侧每有1MW有功，产生环流有功0.3MW；每有1Mvar无功，产生环流无功0.3Mvar，此比例随35kV侧负荷增加略有抬高。

取功率由凤凰变流向蒙自变为正，合环后的环流复功率估算公式为：

[（蒙自变#1主变10kV侧有功-凤凰变10kV侧有功/4）×0.5+蒙自变#1主变35kV侧有功×0.3]+j[（蒙自变#1主变10kV侧无功-凤凰变10kV侧无功/3.5）×0.5+蒙自变#1主变35kV侧无功×0.3]

同理，10kV线路计及电阻、电抗和电纳时，有功、无功负荷的变化会交互影响，但环流功率与负荷变化仍有近似线性关系。考虑了所有参数，经多次仿真分析，便可得到合环后的环流复功率的精确估算公式为：

[（蒙自变#1主变10kV侧有功-凤凰变10kV侧有功/3.98）×0.47+（蒙自变#1主变10kV侧无功-凤凰变10kV侧无功/3.41）×0.12+蒙自变#1主变35kV侧有功×0.28+蒙自变#1主变35kV侧无功×0.1]+j[-（蒙自变#1主变10kV侧有功-凤凰变10kV侧有功/3.98）×0.1+（蒙自变#1主变10kV侧无功-凤凰变10kV侧无功/3.41）×0.44-蒙自变#1主变35kV侧有功×0.1+蒙自变#1主变35kV侧无功×0.25]

令P=（蒙自变#1主变10kV侧有功-凤凰变10kV侧有功/3.98）×0.47+（蒙自变#1主变10kV侧无功-凤凰变10kV侧无功/3.41）×0.12+蒙自变#1主变35kV侧有功×0.28+蒙自变#1主变35kV侧无功×0.1

Q=-（蒙自变#1主变10kV侧有功-凤凰变10kV侧有功/3.98）×0.1+（蒙自变#1主变10kV侧无功-凤凰变10kV侧无功/3.41）×0.44-蒙自变#1主变35kV侧有功×0.1+蒙自变#1主变35kV侧无功×0.25

则环流复功率：

（5）

求流过两条联络线出口断路器的复功率分别为：

（6）

则通过两条联络线出口断路器的视在功率分别为：

（7）

那么，通过两条联络线出口断路器的稳态电流：

（8）

再求环流视在功率：

（9）

于是，可求得稳态环流：

（U为10kV母线电压，可取合环点母线平均电压）（10）

那么，通过两条联络线出口断路器的冲击电流分别为：

（根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）中求冲击电流的方法：冲击电流为稳态电流的倍，取的推荐值为2.55；

为两条联络线各自的负荷电流，可从测量数据中直接获取）

当通过两条联络线出口断路器的稳态电流均小于其过流保护最小触发电流，同时通过断路器的冲击电流均小于速断保护触发电流

时，方可执行合环操作；否则不可执行合环操作，需进行负荷调整或选取其他时段再进行判定。

断环操作时，需将两条联络线上负荷电流总和与要转入供电的线路出口断路器过流保护最小触发电流比较，小于过流保护最小触发电流时，可以断环，实现转供电；否则需要调减负荷至满足条件才可断环。通常在执行合环操作前就应该先调整负荷，使其满足断环条件，这样才能成功实现合环转供电。比如凤凰变侧的出线断路器或刀闸要做检修，就应使两条联络线的负荷电流之和小于蒙自变侧的出线断路器过流保护最小触发电流，然后操作凤凰变侧的出线断路器断环，实现将两条联络线负荷转入蒙自变供电。

当需要恢复两条联络线各自供电方式时，比如前面提到的凤凰变侧的出线断路器或刀闸检修完毕后恢复两条联络线各自供电方式时，按照前面的方法判断断环点（凤凰变侧的出线断路器）是否满足合环条件，满足时再合环，然后在联络开关处断环，即恢复两条联络线由蒙自变、凤凰变各自供电的方式。

在实际工作中，只需将本发明所述判断合环、断环的计算公式导入SCADA系统，便可实时判定两条配网联络线是否满足合环、断环条件，直接为电力调度员实施配网合环、断环操作提供依据，从而实现不停电合环转供电，提高供电可靠性。

对于不同220kV分区的配网合环与此例类似，简化后的等值电路一样，Z12、Z31为电源点至合环点两侧母线的等值阻抗，只是在两个阻抗中计入相应的220kV线路、主变阻抗，仿真分析方法一致。

不同的合环网络结构通过仿真探求用联络开关两侧主变负荷与线性系数来线性表示环流复功率的方法一致，合环网络中结构、参数不变时，公式就一直适用；合环网络中结构、参数改变时，按新的合环网络重新探求环流复功率的线性表示公式即可。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，采用的仿真软件也仅是举例，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接、间接运用在其他相关技术领域，均同理包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种配网合环转供电的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）通过理论分析证明合环点联络开关两侧母线负荷与通过所述合环点的环流复功率存在线性关系；

（2）通过仿真分析推导出通过两条联络线出口断路器的稳态电流和冲击电流的实用计算公式；

（3）将步骤（2）所得稳态电流和冲击电流的实用计算公式导入SCADA系统，根据实时刷新数据计算出通过两条联络线出口断路器的稳态电流和冲击电流；

（4）将步骤（3）计算得到的通过两条联络线出口断路器的稳态电流与其过流保护最小触发电流比较、冲击电流与其速断保护触发电流比较，两条联络线出口断路器同时满足稳态电流小于过流保护最小触发电流且冲击电流小于速断保护触发电流时，可以执行合环操作；否则，放弃合环操作；

将两条联络线上的负荷电流之和与两条联络线出口断路器过流保护最小触发电流比较，当两条联络线上的负荷电流之和小于两条联络线中第一条线路出口断路器过流保护最小触发电流时，可以操作两条联络线中第二条线路出口断路器断环，将两条联络线中第二条线路上的负荷转到第一条线路上供电，反之亦然；否则，不能断环；

当需要恢复两条联络线各自供电方式时，用所述方法判断断环点是否满足合环条件，满足时再合环，并在联络开关处再断环即可恢复两条线路各自供电的运行方式。

2.根据权利要求1所述配网合环转供电的方法，其特征在于，所述步骤（1），通过理论分析证明联络开关两侧母线负荷与通过合环点的环流复功率存在线性关系的步骤包括：

假定全网电压均为额定电压，忽略导纳支路，根据合环网络画出简化后的等值电路；

根据环形网络潮流分布的特点进行分析，求出流向联络开关两侧母线的复功率；

由流向联络开关一侧母线的复功率减去流出该母线的负荷，求出流过联络开关的复功率，即环流复功率；

根据环流复功率可以用等值阻抗和联络开关两侧母线负荷表示，即，而同一环网的等值阻抗是不变的常量，由此证明联络开关两侧母线负荷与环流复功率存在线性关系。

3.根据权利要求1所述配网合环转供电的方法，其特征在于，通过仿真分析推导出稳态电流和冲击电流的实用计算公式的步骤包括：

根据公式，令环流复功率为0，则，说明环流复功率为0时，联络开关两侧母线负荷与电源点至联络开关两侧母线的等值阻抗共轭值成反比；

求电源点至联络开关两侧母线的等值阻抗共轭值比值的近似值，忽略电阻后，该近似值为电源点至联络开关两侧母线的等值电抗比值；

进而用仿真的方法探求环流复功率的线性表示公式：

用仿真软件模拟出该合环网络，包括合环路径上的整个环形网络，并调整联络开关两侧母线负荷之比；

微调联络开关两侧母线负荷，至环流复功率为0，若联络开关两侧主变有未在环路中的第三侧，则将该侧负荷也调为0；

继续调整联络开关两侧母线负荷和联络开关两侧主变第三侧负荷，选取主变空载至过载能力范围内的负荷，在联络开关两侧主变负荷侧逐一调整有功负荷和无功负荷，通过多次仿真，逐步探求用联络开关两侧主变负荷与线性系数来线性表示环流有功功率和环流无功功率，进而线性表示出环流复功率；

将环流复功率与两条联络线的负荷分别相叠加，分别得到通过两条联络线出口断路器的复功率；

由通过两条联络线出口断路器的复功率取模求得通过两条联络线出口断路器的视在功率，再由通过两条联络线出口断路器视在功率分别除以倍的联络开关两侧母线电压得到通过两条联络线出口断路器的稳态电流，也就得到了通过两条联络线出口断路器稳态电流的实用计算公式；

由环流复功率取模求得环流视在功率，用所述环流视在功率除以倍的联络开关两侧母线平均电压得到通过合环点的稳态环流；

用2.55倍的稳态环流与负荷电流叠加得到通过两条联络线出口断路器冲击电流，也就得到了通过两条联络线出口断路器冲击电流的实用计算公式。