胡建忠, 段 智, 鲍士龙, 王 实

(国网合肥供电公司, 安徽 合肥 230000)

0 引言

随着城市的发展，以及居民、企业等对供电可靠性需求的提高，双电源、多电源供电已经成为目前大部分配电网用户的标准配置，并且一般采用合环设计、开环运行[1]。一般情况下，在线路进行计划检修或者消缺时，往往会将部分负荷提前倒走，达到尽可能减少停电范围的目的。倒负荷分两种形式：一种是“热倒”，也叫合环倒电，即在倒负荷过程中不对用户进行停电，只更改供电电源；另一种是“冷倒”，即在倒负荷过程中，用户存在短时停电情况。对于重要用户，如政府、医院、学校等场所，尤其是一些重要或高危负荷，即使是短时停电，也可能会造成重大的经济损失或不良的社会影响。另外优质供电服务也要求不间断供电，这一切决定了要大力推广合环倒电技术。

在合环操作时，由于合环点两侧的电压、相角存在差异，导致合环瞬间会产生较大的冲击电流，稳态时可能会产生较大的环流，这些因素都会影响电网的安全稳定运行[2,3]，因此研究合环暂态和稳态过程，具有重要的理论和实践意义。

目前调度部门通常依据规程规定，进行合解环操作：考虑继电保护、电网稳定和设备容量等方面的限额，电压差一般允许在20%以内，相角差一般允许在20度以内。对于比较复杂环网的合环操作应事先进行计算试验[4-6]，虽然部分研究者已经开始研究并试点验证配电网30度相角差线路不停电转供[7,8]，但是需要配置一套合解环装置，并提前进行分析计算，距广泛推广仍需要一段时间。

在研究合环暂态和稳态的基础上，考虑合环前电网处于正常运行情况，从数学上推导出电压差与相角差的关系，为电压差快速计算提供理论基础，更好地指导配电网开展合解环操作。

1 理论基础

1.1 合环电流的计算

配电网合环前，合环点两侧的系统均处于正常运行状态，且运行于同一基础电压等级，假定三相系统对称，R、L为合环环路的电阻、电抗，以A相为例，计算合环简化电路图(如图1)中的合环电流i。合环前合环支路是断开的，因此合环支路初始电流i(0-)=0。

图1 合环简化的模型图

初始条件：合环前合环支路电流i(0-)=0。

其中ΔU为合环前两侧的电压差，α为合环前两侧电压差的初始相角，得：

1.2 合环电流分析

交流部分：iac=-Imcos(ωt+α+φ)

假定合环初相角为0，电阻远小于电抗，合环电流最大值出现在合环后半个周波，与合环电压差大小成线性正比例关系[3]。

2 合环电压差分析

环内阻抗由环确定，通过环内线路参数可以进行计算。ΔU为合环前两侧的电压差，由合环电流的直流分量、交流分量、最大值可知，均与合环电压差大小成正比。

考虑到合环前电网均处于正常运行状态，合环点两侧的电压均处于正常电压范围内，因此可以假定合环前两侧电压幅值是相同的，等于额定电压，即令U=UA1=UA2，如图2所示。

图2 合环点两侧及两侧电压差简化图

可以看出，在合环两侧电压幅值相近、相角差较大时，电压差要小于两侧电压幅值与两侧电压相角乘积。

综上可以看出，在合环两侧电网运行正常，电压幅值相近(标幺值约接近1)，当相角差不大时，两侧电压差与两侧电压幅值、两侧电压相角成正比；当相角差比较大时，可以用两侧电压幅值、两侧电压相角的乘积测算电压差大小。

表1为额定电压相角不同情况下，电压实际差与近似算法计算的电压差以及误差值，图3为表1对应的电压差曲线及误差曲线，从表和图可以看出：合环前电网均处于正常运行状态，可以用两侧电压幅值、两侧电压相角的乘积(Uθ)估算合环两侧的电压差。由于U的标幺值可以按1来估算，通过相角差θ就能估算电压差。

图3 不同相角差下简单电压差与实际电压差的绝对值和误差曲线图

表1 不同相角差下简单电压差与实际电压差绝对值、误差值表

3 合环原则及管理要求

为保证日常合环倒电的顺利快速进行，结合实际电网的运行特性，在考虑一定裕度的基础上，一般情况下基本原则及管理要求如下。

3.1基本原则

1)合环操作前应考虑合环点两侧的相角差和电压差，相角差在20度以内，电压差在0.2千伏以内。操作时，必须保证合环点两侧相序相位相同。

2)配电网的合解环操作，应使用断路器或能开断负荷电流的负荷开关等进行，严禁用刀闸进行合解环操作，操作时应保证操作地点和配调台之间的通讯畅通。

3)小电流接地系统发生单相接地时，不允许带接地故障进行合环倒负荷。

3.2 管理要求

1)合解环操作前，配调地调应紧密配合，确认合解环操作涉及线路是否在同一分区，不在同一分区的不允许合解环操作。

2)35千伏变电站10(20)千伏线路与220千伏、110千伏变电站10(20)千伏线路可能存在相位差，不满足合环条件时，不允许合环。

3)合解环操作应尽量选择负荷较轻时段。合解环操作涉及的任意一台主变的负载大于其限额的70%时，不允许合环；涉及的两条线路电流相加大于任意一条线路限额时，不允许合环。

4)每次进行两条线路合环操作的时间应尽量缩短，最长不得超过15分钟。操作人员应安排两组进行，一组合环，一组解环，以缩短两条线路合环时间。

5)合解环操作时，应加强监视两条10(20)千伏线路所在的变电站10(20)千伏母线电压、负荷及线路电流情况。

4 结论

配电网“合环倒电”的合解环操作是配电网检修、故障处理中经常用到的技术，有利于减少用户停电时间和停电次数，有利于电网运行方式的灵活变化。文章在分析常规合环电流的基础上，从数学极限角度出发，推导出合环电压差与相角差的关系，得到利用相角差快速估算电压差的方法，为合环操作快速开展提供指导。