杭州10 kV配电网合环问题的研究

第24卷第10期 2007年10月 机 电 工 程 MECHANICAL＆ELECTRICALENGINEERINGMAGAZINE V01．24No．10 0ct．2007 杭州10kV配电网合环问题的研究 于建辉1”，周 浩1，陆 华2 (1．浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027；2．杭州电力局，浙江杭州310009；3．萧山供电局，浙江杭州3“200) 摘要：由于合环开关两侧母线电压存在电压幅值、相位差等原因，使合环操作中产生过大环流，引起过 流保护或速断保护误动。以杭州某10kV配网的合环操作为例，利用PscAD／EMTDC软件搭建系统仿 真模型。通过仿真准确模拟合环时刻系统的运行状态，观察合环电流的大小变化以决定合环是否操作； 同时还分析了影响合环电流大小的因素，探索了几种减小合环电流的方法措施，得出的结论对配电系统 的实际合环操作具有参考意义。 关键词：10kV配电网；合环操作；合环电流；冲击电流 中图分类号：TM727．2 文献标识码：A 文章编号：100l一4551(2007)10—0054一04 Researchonhangzhou10kVdistributionnetworkcIosingloopoperation YUJian—huil”，ZHOUHa01，LUHua2 (I．co“郸矿肪c盹ⅡfE昭i鹏e—ng，铂咖增‰西e瑚蚵，讹呼^ou3l0027，c^讹；2．肌ng舶u肼un如咖of眈c￡疵PD埘er(0mp彻，，， 舶，私oⅡ310009，蕊打m；3．x缸05knPD加erS唧哆曰M陀龇，胁，螂矗伽311200，C^in口) Abstract：ForthedjⅡarenceofbusvoltage，tlIecloBinglo叩叩emtionofdistributionnetworkwillgeneratelarge100pcurrent8nd impactcur弛nt'ihidwoIIld硪bc量s_【lIesafbty．Amodelofhan铲hou(10cal)distributionnetworkwassetupto衄alyzeclosing 100popemti帆，byuBingofsimulationsofh啪PSCAD／EMTDc．Thp毒ystemstatuswassimulatedbymodel趣erclosingloopop— emtion，tIIe8uggestionweatllerelosingloopornotaccoIidingt0theloopeur陀ntweregiven．Also，somemeasureswereputfor— wa糙toreducethe100pcun℃ntaccordingtosimulation，whichsh叫ldgive阳ferencetot11eclosingloopoperatioⅡ． 1【eywords：10kVdi8tributionnetwork；closingloopopennion；loopeull℃nt；impacteuI_rent O前言 随着对供电可靠性和电能质量的要求越来越 高，以及城市配电网的供电结构的日益发展，lOkV 配电网通过改造大多形成了“闭环结线，开环运行”的 供电方式¨o。近年来，为了提高供电的可靠性与经济 性，杭州10kV配电网的配电出线带电倒负荷的操作 频繁¨1。 但在“先合环”的操作中，由于合环点两侧母线电 压存在幅值、相位等差异，以及短路阻抗差别太大等原 因，往往在合环之后会引发很大的环流，致使过流保护 或速断保护动作，严重的过电流甚至能烧毁供电设备， 影响供电的可靠性和系统的安全运行。因此，在合环 之前通过仿真研究以确定能否进行合环，并在环流超 过允许值时提出减小环流的策略，减小由于环流引起 的事故发生，提高电网运行的安全性和可靠性，具有很 大的现实意义。 本研究主要介绍杭州10kV配电网合环问题的 研究。 。 1杭州某配网系统合环操作背景 1．1合环操作背景 2006年某日22时18分，根据配调的操作令，杭 州沿山站(10kV)8667线由热备用改运行(这样操作 后形成了供电环网)，然后再将南村站(10kV)508线 由运行改热备用，即在南村站解环。这样就实现了在 不停电情况下的负荷转移。当操作人员完成沿山站的 合环操作任务，到达南村站进行解环操作时，发现柜体 有类似放电的异常声音，随后南村站508线发生爆炸。 根据事后的事故 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ，发现在沿山站的合环操作 后，8667线的电流激增，超过了5#变压器10kV侧速 断保护的动作值，继而保护动作跳闸；508线在合环之 投稿日期：2007一05一“ 作者筒介：于建辉(1982一)，女，辽宁大连人，主要从事电能质量、电力系统方面的研究。 万方数据 第lO期 于建辉，等：杭州10kV配电网合环问题的研究 后电流也急剧增大，并且由于南村站开关柜电缆头接 触不良，增大的电流导致柜体发热严重，使南村站508 线发生爆炸。 上述合环操作的系统接线图，如图1所示，合环 点位于图1中的开关处，各母线的出线已经等值为 负荷(S。～S，。)。 220kV 天湖 A 220k s．● ， 12846线12847线 1王 黜：引Ⅲ￡尜：吕葛赢。葺 S：1 s，1 10kV s4] _ s： lokV110kvI 13693线 220kV 1lOkV 0kV 8667纠。，夕环位置，Z 沿山站 s。IrP撤TJ—丁L8’ S， 图1杭州配网合环系统 1．2 系统合环前的负荷功率和部分母线电压 图l中的系统电源来自天湖220kV母线，虽然合 环点位于10kV配网侧，但10kV配网的合环操作也 受到输电网部分电压与负荷的影响。要准确地利用仿 真来分析合环时刻系统电流的变化情况，首先要了解 该系统在合环前的潮流分布。 图l中的s，～S，。环即为该系统合环前主要节点 的负荷功率，具体数值，如表l所示。 表1 系统负荷功率潮流分布 P+J．Q(Mw，MVar) 尸±蝗!堕里!堕∑型! 已测得该系统部分母线的电压值，如表2所示。 表2系统部分母线电压 该系统10kV侧配网系统传输线所用均为型号3 ×300的电缆。 2 利用PSCAD／EMTDC软件对系统仿真 合环时刻的仿真结果如下： (1)合环点两侧母线电压。利用PSCAD／EMTDc 软件一3以及已知的合环前负荷功率、母线电压等参 数，可以准确地搭建系统的仿真模型，并根据该模型模 拟系统合环时刻的状态以及电流变化情况。 定义仿真时间为2．5s，合环在1．0s发生。合环 点两侧母线电压的波形，如图2所示。 t『s t遣 (a)5#变lOkV侧母线电压 (b)沿山站母线电压 图2合环点两侧的母线电压 由图2可知，取合环前的O．98s时刻作为观察 点，5#变10kV侧的母线电压值为一4．35kV，而母线 电压幅值为8．6kv，即该侧的电压相位⋯为6。= arcsin二妻≠=一30．38。；沿山站在o．98s时刻的母 线电压为一5．71kV，而母线电压幅值为8．15kV，即 该侧的电压相位为6。=arcsin素鲁}=一44．47。。 合环点两侧的电压差波形，如图3所示。 叩 ?瑚 翘珊蹶{☆ 碰 。箍．擞擞蒯am 缸 。柚 ’≈嶂≈'b■}t一 ’4* {日∞ 怖 {牺 1* ∥s 图3合环点两侧的电压差 根据图2所示的仿真结果可知，合环点两侧电压 的幅值(8．6kV和8．15kV，相差5．23％，)和相位(相 差14．09。左右)均有差异，导致合环点两端的电压差 幅值达到2．1kV，如图3所示。 (2)合环后线路电流变化。已知图1所示的系统 在3#、4#和5#变压器lOkV侧母线均装有电流保护， 其保护整定值，如表3所示。 表3变压器lOkV侧电流保护整定值 蕊一蓊。“¨5却0 ^j l S 50H∞ 线 线 一摊兰! 一m一 姗 万方数据 机 电 工 程 第24卷 在仿真中要了解714线、50l线以及8667线合环 后电流是否超过保护整定值；由于南村站508线在合 环后发生爆炸，也要观察其合环后的电流变化情况。 合环后，合环点所在的8667线电流、714线、501 线以及508线的电流波形，如图4所示。 tfs (a)8667线合环后电流 ，／s (b)714线合环后电流豢糕辫糕 j翁{。妒I：J～fL≯薯。擎{_}|。j卜，■．t_{ i：：jr：ii}。；§；iit§ii÷％i}j?：；iij§；≯ii：：l；?；，蠢i。’3i：；i；ji§iij÷§iiiiiii；iiiii÷÷ii≥iiiji；；i÷?；囊。 l融 (c)501线合环后电流变化 f，S (d)508线合环后电流变化 图4 8667线、714线、501线以及508线合环后电流波形 3仿真结果分析 3．1合环点两端电压 根据合环操作的规定：合环前两端的母线幅值差 在10％以内，相位差一般在5。以内酾3才能合环。虽然 该系统在合环前的电压幅值差(5．23％)满足规定，但 相位差较大(14．09。)，因此导致合环点两端电压差幅 值达到2．1kV，引起合环后电流的增大。 另外，从合环点位置看，在8667线合环时，合环点 一侧为5#变lOkV侧母线，距离天湖220kV母线(电 源)近，而合环点另一侧沿山站则是1#变和2#变经过 长距离的负荷供电后的终端，显然合环点两端对应的 系统短路阻抗相差也很大∞1，这也是导致合环后系统 环流增大的一个重要原因。 3．2合环后线路电流 如上分析，合环点两端母线电压差很大，会导致系 统环流增大。 (1)8667线合环后电流。根据表3可知5#变 10kV侧安装的电流速断保护阈值和保护变比，因此当 8667线电流有效值超过1．5kA时，电流速断保护就 会动作跳闸；如图4(a)所示，8667线在合环瞬间冲击 电流为3．05kA，稳态电流幅值为2．18kA(有效值 1．542kA)，显然超过了电流速断保护动作阈值。即使 速断保护动作后重合闸立即动作，由于合环点两侧电 压的幅值和相位差仍然存在，8667线的电流依然不会 减小，所以5#变10kV侧安装的过流I段保护动作， 再次将线路断开。 仿真证明，合环后8667线的电流增大超过了速断 电流保护和过流I段的保护动作阈值，导致保护动作 跳闸，这与事故记录是相符合的。 (2)714线合环后电流。如图4(b)所示，合环后 714线的电流幅值由0．39kA激增到2．08kA，稳态电 流幅值1．43kA。当714线的电流有效值达到2kA 时，电流速断保护或电流I段保护就会立即动作；当 714线的电流有效值达到0．64kA时，电流Ⅱ段保护 会在延迟较短时间后动作。714线合环后的电流值已 经超过了电流Ⅱ段保护阈值O．64kA(幅值1．43kA 对应有效值为1．011kA)，电流Ⅱ段保护将在在延迟 较短时间后动作。但由于8667线合环电流增大导致 线路立即跳闸，714线的电流Ⅱ段保护并未动作。 (3)50l线合环后电流。如图4(c)所示，合环后 50l线的电流变化幅度很小，电流的最大幅值也只有 0．44kA。4#变10kV侧的母线安装电流的保护与3# 变lOkV侧完全相同，因此50l线的合环电流远未达 到保护阈值。 (4)508线合环后电流。如图4(d)所示，合环后 508线的电流由合环前的O．35kA激增到2．1kA，稳 态电流幅值为．1．44kA，即合环后电流增大到合环前 的4．11倍，相对应的电阻发热与电流的平方成正比， 即达到合环前的16．89倍。南村站由于电缆头接触不 牢(根据事后检修得知)导致电阻很大，相对应的电阻 发热达则远超过合环前的16．89倍。尽管8667线电 流速断保护理论上是Os动作，但实际中由于机械操 作等元件固有的延迟，并不可能立即跳闸，因此，南村 站的开关柜体由于电缆头发热严重而导致爆炸。仿真 证明与实际的事故 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 是相符合的。 3．3‘分析结果 通过对系统的仿真分析，得知合环点两侧母线电 压差较大，合环后环流增大从而导致保护跳闸，引发设 备烧毁等事故，影响系统可靠安全运行。要减小系统 的合环电流，就要从减小电压差等方面人手。 4减小合环电流的几种措施 合环点两端电压存在幅值、相位差异是导致环流 增大、保护动作、设备烧毁的一个重要原因，利用仿真 可以找出减小环流的一些措施，合理控制合环后的电 流，使之在尽量不影响供电可靠性的同时，对电力设备 万方数据 第10期 于建辉，等：杭州10kV配电网合环问题的研究 和电力系统的影响达到最小，减少事故的发生。 4．1选择环网内负荷较轻时合环 系统向负荷传输功率是造成母线间相位差的一个 重要原因。仿真证明，当切除S。再合环，合环点两侧 的相位差已经由14．090减小为9．34。。在合环点两端 母线幅值不变的情况下，相位差的减小明显地降低了 合环点电压差和合环电流。切除10kV系统中越多的 负荷，环流减小的就越显著。因此，为了保证供电的连 续性和可靠性，合环操作可以选在环网内负荷较轻的 时候进行，合环后环流较小，对系统的影响可以降到 最低。 4．2调节变压器变比 对于一个稳定运行的系统，一旦运行方式、负荷确 定，各节点之间的相角就保持基本不变‘¨。因此，控 制合环点两侧的电压幅值也是控制合环点电压差的重 要手段之一。这可以通过改变变压器分接头位置，也 就是调整变压器的变比使合环点两侧的电压差尽量降 低，减小合环电流。 在图1所示的合环系统中，5#变10kV侧短路阻 抗小于沿山站侧，而降低对系统的短路阻抗较小一侧 的变电所10kV侧电压可以减小电压幅值差。实际 的仿真证明，当把5扦变压器高压侧的分接头由实际 合环时的220kV调整为233．75kV时，8667线冲击 电流由3．05kA降到2．85kA，稳态电流幅值也由 2．18kA降低到1．98kA；714线和501线合环后的电 流也低于调节分接头之前的数值。仿真还进一步证 明，同时调节l#一5襻变压器的分接头，可以更好地降 低合环后电流。 4．3投入限流电抗器 选择环网内负荷较轻时合环或者调节变压器变比 合环，都是从减小合环两端的电压差(减小相位差或 幅值大小差)的角度来减小合环电流对系统的影响。 除此之外，减小合环电流对系统的影响也可以通过投 入电抗器、限制环流的方式来实现。 电力网中所采用的电抗器可以根据需要，布置为 垂直、水平和品字形3种装配形式。当电力系统发生 短路、电流增大时，为了限制短路电流，常在出线断路 器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。同 时，由于电抗器上的电压降较大，也起到了维持母线电 压水平的作用。配电网在合环时产生了很大的冲击电 流，投入电抗器再合环可以维持系统的稳定运行。 在本研究中5}}变压器10kV侧出口处安装一型 号为ScKL一10．3000．10串联电抗器，但在合环时未投 入。仿真证明，投入该电抗器合环后，8667线、501线 以及714线的电流均低于相应母线处安装的过流Ⅱ段 保护动作阈值。 5结束语 本研究以杭州某10kV配网合环为例，利用已测 得的功率、电压等数据和PscAD／EMTDC软件准确地 搭建了系统仿真模型，并根据该模型仿真合环后的运 行状态。通过该仿真系统不仅能够判断系统是否可以 合环，为操作人员提供必要的指导，同时还可以探索减 小环流的措施。当环流超过继电保护整定值时，可以 选择环网内负荷较轻的时候合环(合环点两侧相位差 较小)，或者通过调整变压器分接头以减小合环点两 端母线电压差，从而减小合环电流。 为了限制环流大小，还可以投入串联电抗器来限 制合环电流，仿真证明这几种方法可以明显减小合环 电流，对电网实际运行有一定的指导意义。 参考文献(Refenn∞)： [1]覃庆禄．城市配电网的环式供电方式[J]．广东电力， 2003，16(3)：2l一22． [2]王伟灿，周显甫．电力系统合环电流的分析及控制对策 [J]．供用电，2002，23(4)：26—28． [3]林良真，叶 林．电磁暂态分析软件包PscAD／EMTDc [J]．电网技术，2000，24(1)：65—66． [4]陈慈萱．电气工程基础[M]．北京：中国电力出版社， 2003． [5]吴金玉．配电系统带电合环可行性研究与探讨[J]．农村 电气化，1997(8)：6． [6]cHENGcs，sHIRMOHAMMADID．Athree—phasepower nowmethodforreal—timedistributionsystemanalysis[J]． IEEETrans．onPowerSystems，1995，10(2)：67l一679． i7]杨志栋，刘一，张建华，等．北京10kV配网合环试验与 分析[J]．中国电力，2006，39(3)：66—69． [编辑：张翔] 万方数据 杭州10 kV配电网合环问题的研究 作者： 于建辉， 周浩， 陆华， YU Jian-hui， ZHOU Hao， LU Hua 作者单位： 于建辉,YU Jian-hui(浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027;萧山供电局,浙江,杭州 ,311200)， 周浩,ZHOU Hao(浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027)， 陆华,LU Hua(杭州电力局,浙江,杭州,310009) 刊名： 机电工程 英文刊名： MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING MAGAZINE 年，卷(期)： 2007,24(10) 被引用次数： 7次 参考文献(7条) 1.陈慈萱 电气工程基础 2003 2.林良真;叶林 电磁暂态分析软件包PSCAD/EMTDC[期刊论文]-电网技术 2000(01) 3.王伟灿;周显甫 电力系统合环电流的分析及控制对策[期刊论文]-供用电 2002(04) 4.杨志栋;刘一;张建华 北京10 kV配网合环试验与分析[期刊论文]-中国电力 2006(03) 5.CHENG C S;SHIRMOHAMMADI D A three-phase power flow method for real-time distribution system analysis[外文期刊] 1995(02) 6.吴金玉 配电系统带电合环可行性研究与探讨 1997(08) 7.覃庆禄 城市配电网的环式供电方式[期刊论文]-广东电力 2003(03) 引证文献(7条) 1.邹俊雄.周冠波.付轲.蔡泽祥 10 kV配网合环转电计算模型与试验分析[期刊论文]-电力系统保护与控制 2010(8) 2.李晓柯.李祥发 配电网合环冲击电流的暂态过程分析与仿真[期刊论文]-机电工程 2010(5) 3.付轲.蔡泽祥.邱建.邹俊雄 10kV电网电磁合环操作安全性评估方法[期刊论文]-电力系统及其自动化学报 2010(4) 4.配电网合环安全性分析系统的应用及改进[期刊论文]-四川电力技术 2009(5) 5.邹俊雄.徐强.付轲.刘洋 10kV配网合环转电对继电保护的影响分析[期刊论文]-机电工程技术 2009(11) 6.邵洪钢.章坚民 一种新型的配电网故障定位、隔离和恢复实用算法[期刊论文]-机电工程 2009(3) 7.刘磊.禹化然.金鑫 合环潮流的暂态过程分析[期刊论文]-机电工程 2008(10) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jdgc200710017.aspx