一种合解环装置的设计与应用

2012-09-12陈云彪丁宇海

浙江电力 2012年12期

陈云彪，于杰，丁宇海

（台州电业局，浙江临海 317000）

0 引言

在电网运行中，为保证持续供电，合解环操作是常见的操作之一。据统计，台州地区超过95%的倒换负荷都涉及合解环操作。

在合解环操作中，应尽量避免电磁环网和环路电流对电网设备的影响。为了避免合环过程中的环路电流造成设备越限运行，调度人员会在合解环操作前利用EMS（能量管理系统）进行模拟操作和状态分析。如果在模拟操作中出现设备满载或越限等情况，为了保证电网稳定运行，调度人员更倾向于停电操作，使供电的可靠性降低，同时也大大增加了操作时间。

为了减小合解环操作对电网稳定的影响，国内已开展相应的研究。文献[1]建立了电网合环模型，并对电网合环时的冲击电流进行研究。文献[2]分析了导致电网合解环操作失败的原因。文献[3]分析了电网合环时电磁环网对电网的影响。上述研究都倾向于离线应用，未从缩短电磁环网时间、增加设备可靠性方面入手。本文提出采用新型的合解环装置，不仅可以缩短合解环操作的时间，同时能减少对电网设备的冲击，避免误操作的风险，增加电网在合解环过程中的可靠性。

1 合解环操作对电网的影响

在合解环操作时，影响电网安全运行的主要因素有电磁环网、潮流分布改变以及对继电保护装置的影响。

1.1 合解环操作对电磁环网的影响

电磁环网是指不同电压等级的输电线路通过变压器的电磁回路连接构成环形网络，会对电网稳定运行产生一些不利的影响。为了保证供电的可靠性，电力系统大多采用闭环设计。当高一级电压线路因事故断开后，该线路所带的负荷将通过低一级电压线路送出，导致低一级电压线路越限运行，破坏导线热稳定性并有可能引起继电保护装置动作。同时，由于高压线路应故障而突然开断时，系统间的联络阻抗将显著加大，极易超过联络线的暂态稳定极限，随之发生系统震荡，造成机组解列和大量负荷损失。国内外与电磁环网相关的事故屡见不鲜，我国1970年至1990年间共发生与电磁环网相关的事故55次。1996年，美国西部电网大停电也与电磁环网有直接的联系[4]。因此，为了减少电磁环网对电力系统的影响，成熟的电网一般采用开环方式运行。

在电网倒闸操作时，为了保证为用户持续供电，需要进行合解环操作，在合解环操作时应尽量缩短电磁环网的时间。

1.2 合解环操作对潮流分布的影响

合环前，由于合环点两端的电气距离不同，在合环点会存在电压差和相位差。因此，在合环后会产生合环电流，影响系统的潮流分布。如果合环电流过大，可能会引起设备越限或继电保护误动等破坏电网稳定运行的危险因素，因此，合环时要考虑合环电流对设备的影响。

如图1所示，在合环前，系统潮流为电源1流向受电端，联络开关K断开。当K点合环以后，系统潮流发生改变，此时，系统潮流方向有两种可能，如果电源1和电源2的电气距离相差不大，潮流由电源1和电源2流向受电端，如图2所示。

图2 合环后系统潮流分布（情况1）

但如果电源1的电气距离远小于电源2，此时，电源1不但要带受电端的全部负荷，电源2的部分负荷也将转由电源1来提供，如图3所示。此时会加重电源1的负担，可能导致电源1的设备过载，不利于系统的正常运行。

1.3 合解环操作对继电保护装置的影响

图3 合环后系统潮流分布（情况2）

为了避免线路发生瞬时故障时重合失败，目前大部分桥接线的110kV变电站受电端线路不配置保护装置，且大部分线路保护的定值按照正常开环运行方式整定。合环时，会存在保护失配的问题，受电侧变电站存在全停的风险[5]。

图4中，P1和P2为线路的送电端，P1和P2处的线路保护在正常情况下投入；P3和P4为线路的受电侧，P3和P4处的线路保护在正常运行情况下退出。在合解环操作时，如果在K点出现短路故障，由于在合环时该110kV变电站为双电源供电，P2点保护动作后故障并未被隔离，P1点保护也会动作并切除线路，导致受电侧110kV变电站全站失电，损失大量负荷。

图4 线路故障

1.4 传统合解环操作过程及其弊端

基于以上这些因素的影响，调度值班人员进行合解环操作时，除了要尽量缩短合环时间外，还需要考虑以下几个因素：

（1）合环点两侧相位一致。

（2）合环点两侧电压差在20%以内。

（3）合环点两侧电压相角差不超过20°。

大多情况下，只要考虑以上因素就可以有效限制环路电流对电网设备的冲击。但是对某些有可能越限的设备，调度人员在进行合环操作前还需要利用EMS中的潮流分析软件进行模拟合环操作。经过计算，如果环路潮流已接近或达到设备额定容量，为谨慎起见，调度人员需要转移部分负荷，或者采用停电操作，从而会降低供电可靠性，或者会增加操作时间，尤其是事故处理时会延长事故处理的进程。

2 新型合解环装置的基本原理

为了增加合环操作的可靠性，避免长时间电磁环网的影响，设计了新型合解环装置，可以在极短时间内完成合解环操作。合解环装置的基本原理如图5所示。

图5 合解环装置原理

K1，K2和K3为合环开关的辅助接点，D1，D2和D3为合环开关跳闸的出口压板，TA1，TA2和TA3为合环开关间隔电流互感器的二次回路。当装置启动后，其中1块出口压板置接通位置，接通解环点开关的跳闸回路。当所有合环开关均处合位时，辅助接点开关K1，K2和K3均接通，且TA1，TA2和TA3均有电流通过，启动跳闸回路，跳开解环开关，电网解环成功。装置的动作流程如图6所示。

图6 装置动作流程

3 具体应用

台州地区某区域电网合环前后的运行情况如图7所示。合环前，110kV丙变电站为受电端，由220kV乙变电站供电。由于计划检修需要，将110kV丙变电站的负荷转由220kV甲变电站供。在合环过程中，由于甲变电站的电气距离远小于乙变电站，110kV电网的潮流方向发生改变。甲变电站的T1变压器不仅要为丙变电站提供负荷，同时还需承担乙变电站Bus2母线的部分负荷，大大加重了甲变电站T1变压器的负担，影响T1的安全可靠运行。

图7 某区域电网合环前后潮流变化

为了避免因合解环操作影响电网的稳定运行，需要快速切除解环线路。为此，在110kV丙变电站加装了合解环自动装置，减小合环操作对设备的影响。为了与送电侧的保护配合，躲开距离Ⅱ段保护的动作延时，将合解环装置的动作时限整定为0.3 s。装置自2008年投运以来，经过了3年近50次的实际操作，验证了该装置能有效避免主变压器在合解环过程中过载。同时，合解环操作时间由5～10 min缩短为0.3 s，大大减轻了电磁环网和合环电流对电网设备的影响。