張樹培，王科，張曦源，李明澤，秦超

（1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司保山供電局，保山 678000；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；3. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局，楚雄 675000；4. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司麗江供電局，麗江 674100；5. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司曲靖陸良供電局，陸良 655600）

0 前言

隨著城網(wǎng)改造的逐漸深入，配電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)供電可靠性的要求越來越高。配電網(wǎng)一般采用“閉環(huán)設(shè)計(jì)，開環(huán)運(yùn)行”的供電方式，在雙向供電和多電源供電增多的情況下，為提高供電的可靠性，減少停電對(duì)用戶的影響，研究安全可靠的合環(huán)調(diào)電技術(shù)對(duì)配電網(wǎng)的發(fā)展有重要意義，但合環(huán)調(diào)電產(chǎn)生的合環(huán)電流一定程度上提高了繼電保護(hù)不正確動(dòng)作的概率，如果合環(huán)操作與保護(hù)定值配合不當(dāng)輕則導(dǎo)致合環(huán)失敗，重則影響電網(wǎng)安全，所以需要通過分析，降低合環(huán)調(diào)電操作對(duì)繼電保護(hù)的影響。

1 合環(huán)調(diào)電對(duì)繼電保護(hù)影響

合環(huán)調(diào)電是通過對(duì)配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行合環(huán)、解環(huán)操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作、導(dǎo)負(fù)荷等調(diào)電過程不停電。實(shí)際合環(huán)調(diào)電過程是具有安全風(fēng)險(xiǎn)的，因?yàn)楹檄h(huán)前兩側(cè)存在電壓差[1]，當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)合上時(shí)兩端的電壓差會(huì)發(fā)生突變，引起環(huán)路各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓大小和相位變化，要經(jīng)歷一個(gè)功率振蕩過程才能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。在這過程中，合環(huán)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流和合環(huán)后的穩(wěn)態(tài)電流都會(huì)對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生影響。

1）合環(huán)沖擊電流對(duì)保護(hù)的影響：合環(huán)瞬間沖擊電流的大小受兩側(cè)電壓的幅值差、環(huán)網(wǎng)總阻和電壓的相角差影響，若沖擊電流過大則會(huì)引起繼電保護(hù)的動(dòng)作或繼電保護(hù)拒動(dòng)后的越級(jí)跳閘，導(dǎo)致合環(huán)失敗甚至危及電網(wǎng)的運(yùn)行安全。

2）合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流對(duì)保護(hù)的影響：合環(huán)后，配電線路改變了原有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成電氣環(huán)網(wǎng)和復(fù)雜的電磁環(huán)網(wǎng)，導(dǎo)致循環(huán)潮流出現(xiàn)，潮流重新分布后產(chǎn)生的循環(huán)功率可能導(dǎo)致電流增大，嚴(yán)重時(shí)將造成保護(hù)裝置動(dòng)作。

除了合環(huán)沖擊電流與穩(wěn)態(tài)電流的影響外，合環(huán)后若遇饋線發(fā)生短路故障，對(duì)保護(hù)的靈敏度也有影響。所以要想繼電保護(hù)和合環(huán)調(diào)電相互配合，一方面要讓繼電保護(hù)裝置能在合環(huán)調(diào)電前后保持正常運(yùn)行，另一方面也要讓合環(huán)調(diào)電操作不會(huì)造成繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作，合環(huán)調(diào)電才能安全順利的完成。

2 合環(huán)電流與保護(hù)定值的配合分析

針對(duì)配電網(wǎng)輻射狀[2]的特點(diǎn)，配電網(wǎng)的保護(hù)配置中最常見的是采用三段式過流保護(hù)，包括電流速斷保護(hù)（電流Ⅰ段）、限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流Ⅱ段）和定時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流Ⅲ段），文獻(xiàn)[3]介紹了配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)方法，但由于差動(dòng)保護(hù)受配網(wǎng)硬件水平和通信的制約，暫不能在配電網(wǎng)中普遍運(yùn)用。

電流速斷保護(hù)的電流定值高、動(dòng)作時(shí)間短，特點(diǎn)是動(dòng)作迅速但不能保護(hù)本條線路的全長。限時(shí)電流速斷保護(hù)的電流定值低于電流速斷保護(hù)、動(dòng)作時(shí)間延長，特點(diǎn)是可以保護(hù)本條線路全長且有足夠的靈敏度和一定的選擇性，可以作為速斷保護(hù)的后備。定時(shí)限電流速斷保護(hù)的電流定值按照能躲過最大負(fù)荷電流來整定，定值更低，動(dòng)作時(shí)間也更長，特點(diǎn)是保護(hù)范圍最長，可以起到遠(yuǎn)后備作用。

合環(huán)沖擊電流的計(jì)算模型如圖1所示，根據(jù)模型列出該電路的微分方程（公式1）[4]，可以求解沖擊電流i(t)的表達(dá)式（公式2），其中im為合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流的幅值。文獻(xiàn)[5,6]分析出當(dāng)頻率f=50 Hz、時(shí)間t=/2（0.01 s）時(shí)，沖擊電流達(dá)到最大值，其最大瞬時(shí)值im和有效值iM分別如公式(3)(4)所示，其中KM稱為沖擊系數(shù)，其值為1到2之間，在實(shí)用計(jì)算中一般取1.8～1.9。

當(dāng)KM=1.9時(shí)，iM=1.62(im/)

當(dāng)KM=1.8時(shí)，iM=1.52(im/)

所以合環(huán)沖擊電流最大有效值iM可視為合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流iP(iP=im/)乘一個(gè)固定的系數(shù)。

圖1 合環(huán)沖擊電流計(jì)算模型

要使合環(huán)電流不導(dǎo)致電流速斷保護(hù)動(dòng)作，需要判斷合環(huán)沖擊電流的大小是否超過電流速斷保護(hù)的整定值iset1。考慮較為嚴(yán)重的沖擊電流（KM=1.9），合環(huán)電流不造成電流速斷保護(hù)誤動(dòng)的條件是：1.62iP＜iset1，iP＜iset1＜1.62。

要使合環(huán)電流不導(dǎo)致限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作，一方面要判斷電流定值iset2是否躲過沖擊電流（1.62iP），如果躲不過還要判斷時(shí)間定值是否躲過沖擊電流的衰減時(shí)間，由于沖擊電流的衰減周期不超過10個(gè)周波（0.2s）[7]所以合環(huán)電流不造成限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作的條件是：iP＜iset2/1.62或0.2s≤tset2。另一方面，穩(wěn)態(tài)電流iP不造成限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作的條件是iP＜iset2，但是對(duì)定時(shí)限電流速斷保護(hù)來說，同樣要保證iP＜iset3，穩(wěn)態(tài)電流才能不讓定時(shí)限電流速斷保護(hù)動(dòng)作，因?yàn)檎Ｇ闆r下iset3＜iset2，所以保證iP＜iset3后限時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限電流速斷保護(hù)均不會(huì)動(dòng)作。

綜上所述，參考文獻(xiàn)[8]中對(duì)合環(huán)條件的梳理，合環(huán)前根據(jù)潮流和沖擊電流的計(jì)算結(jié)果利用公式(5)(6)(7)的條件對(duì)繼電保護(hù)整定值進(jìn)行校核，滿足條件后合環(huán)操作可以不讓繼電保護(hù)裝置動(dòng)作。由于原繼電保護(hù)的整定值是以開環(huán)運(yùn)行的方式進(jìn)行整定，如果合環(huán)后饋線發(fā)生故障，離故障點(diǎn)較遠(yuǎn)的變電站出線開關(guān)處流過的故障電流將會(huì)比合環(huán)操作前小，將會(huì)使對(duì)應(yīng)開關(guān)保護(hù)的靈敏度下降，在靈敏度要求下，為滿足合環(huán)調(diào)電后的供電可靠性，可以利用合環(huán)調(diào)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整保護(hù)定值，待定值調(diào)整后進(jìn)行定值校核，如果定值校核后合環(huán)電流還是會(huì)造成保護(hù)裝置動(dòng)作，則還需要采取措施減小合環(huán)電流。

3 減小合環(huán)電流的措施分析

合環(huán)電流的計(jì)算主要采用電力系統(tǒng)中較為成熟的潮流計(jì)算，文獻(xiàn)[10]中有給出了具體的算法，根據(jù)配電網(wǎng)潮流分布和合環(huán)電流的特征，減小合環(huán)電流可以從合環(huán)前和合環(huán)時(shí)采取措施。

在合環(huán)前減小合環(huán)電流的思路是通過改變合環(huán)前系統(tǒng)的網(wǎng)路狀態(tài)減小潮流和可能的最大沖擊電流。具體措施包括改變合環(huán)點(diǎn)、調(diào)整負(fù)荷水平、變壓器變比、調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償、投入限流裝置等。

1）改變合環(huán)點(diǎn)：根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)，在合環(huán)前可以通過模擬仿真計(jì)算進(jìn)行最優(yōu)合環(huán)點(diǎn)選擇，通過合環(huán)的策略制定，有針對(duì)性的避開對(duì)系統(tǒng)影響較大的合環(huán)點(diǎn)。

2）調(diào)整負(fù)荷水平：實(shí)際操作中，導(dǎo)致合環(huán)失敗的原因有時(shí)不是合環(huán)支路本身的沖擊電流，而是非合環(huán)支路沖擊電流越限引起的保護(hù)誤動(dòng)作，所以通過人工或自動(dòng)的方式對(duì)負(fù)荷水平進(jìn)行調(diào)整，選擇環(huán)網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷較輕時(shí)合環(huán)，很大程度上能夠減輕合環(huán)操作對(duì)系統(tǒng)的影響。

3）調(diào)節(jié)變壓器變比：投入運(yùn)行的變壓器阻抗大小主要與變壓器的分接頭所處的位置有關(guān)，若主變分接頭變動(dòng)一個(gè)檔位，在配電網(wǎng)合環(huán)操作過程時(shí)可能會(huì)幾十安培的合環(huán)電流改變，因此調(diào)節(jié)主變分接頭的位置是一種有效的調(diào)節(jié)合環(huán)電流的手段。

4）調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償裝置：在系統(tǒng)中投切電容器可以改變電力網(wǎng)絡(luò)的無功負(fù)荷，無功變化會(huì)影響到電壓的大小，采取調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償器措施來降低合環(huán)電流的調(diào)整原則是在合環(huán)線路相角滯后側(cè)投入電容器或者在合環(huán)線路相角超前側(cè)退出電容器。

5）投入限流裝置：通過投入電抗器等限流裝置再合環(huán)，可以對(duì)合環(huán)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流起到一定的限制作用，同時(shí)由于投入限流裝置會(huì)產(chǎn)生一定程度的壓降，還能維持母線電壓水平。

在合環(huán)時(shí)減小合環(huán)電流的思路是通過系統(tǒng)對(duì)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)信息量的監(jiān)測，參考文獻(xiàn)[11]中的研究，引用類似“同期合閘”判別條件的方式，控制合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)在電壓差最小的情況下進(jìn)行合環(huán)。具體措施是利用信息采集裝置在接收到遠(yuǎn)傳控制裝置下發(fā)的合環(huán)操作命令后，根據(jù)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓頻差Δf≤0.02 Hz和角差是否固定來判斷當(dāng)前開關(guān)兩側(cè)合環(huán)操作屬于同一系統(tǒng)的同頻合環(huán)還是兩個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)的差頻合環(huán)，然后依據(jù)各自的同期合環(huán)條件進(jìn)行邏輯判斷。

同頻合環(huán)判據(jù)如下：

a.合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓幅值差小于整定值：ΔU≤15%；

b.合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓角度差小于整定值：Δ≤15°；

c.合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓頻率差小于整定值：Δf≤ 0.02 Hz；

d.合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓相序一致[10]；

e.合環(huán)開關(guān)在分閘位置。

差頻合環(huán)判據(jù)如下：

a.合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓幅值差小于整定值：ΔU≤15%；

b.頻率差小于整定值：Δf≤0.25 Hz；

c.頻率差加速度小于整定值≤ 1 Hz/s；

d.合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓角度差減去導(dǎo)前角小于整定值：Δ-≤15°；

e.合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓相序一致[10]；

6）合環(huán)開關(guān)在分閘位置：在合環(huán)操作時(shí)依據(jù)同頻合環(huán)或差頻合環(huán)的判斷條件進(jìn)行邏輯判斷，只有滿足全部判斷條件時(shí)才能進(jìn)行合環(huán)，如果不滿足條件則持續(xù)判斷，直至超時(shí)退出合環(huán)操作。

4 降低繼電保護(hù)合環(huán)流程

通過以上分析，要使配網(wǎng)系統(tǒng)在合環(huán)調(diào)電過程中降低對(duì)繼電保護(hù)的影響，可按圖2所示的流程進(jìn)行合環(huán)操作：在指定合環(huán)/解環(huán)點(diǎn)后，計(jì)算潮流和合環(huán)電流，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)供線路進(jìn)行短路計(jì)算，判斷靈敏度是否滿足要求，并按需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整保護(hù)定值。依據(jù)潮流與沖擊電流的計(jì)算結(jié)果對(duì)調(diào)整后的保護(hù)定值進(jìn)行校核，若合環(huán)電流不會(huì)造成保護(hù)動(dòng)作，則進(jìn)入合環(huán)操作程序，按同頻或差頻合環(huán)判別步驟開展合環(huán)操作，若合環(huán)電流會(huì)造成保護(hù)動(dòng)作，則運(yùn)用合環(huán)前減小合環(huán)電流的措施對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，之后重復(fù)計(jì)算校核過程。

5 結(jié)束語

在配電網(wǎng)調(diào)電合環(huán)過程中，產(chǎn)生的合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流可能導(dǎo)致繼電保護(hù)動(dòng)作，為了保證合環(huán)順利，需要使繼電保護(hù)裝置的定值躲過合環(huán)電流，對(duì)于任何合環(huán)調(diào)電控制裝置而言，一方面需要分析合環(huán)電流導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作的判斷條件進(jìn)行邏輯判斷，另一方面要根據(jù)合環(huán)電流的特點(diǎn)在合環(huán)操作過程中采取針對(duì)性的措施對(duì)合環(huán)電流進(jìn)行限制。通過不斷完善理論和改進(jìn)分析軟件提高配網(wǎng)合環(huán)調(diào)電的邏輯判斷和操作水平，將有利于提高合環(huán)調(diào)電操作的安全性和可靠性，對(duì)配電網(wǎng)供電質(zhì)量具有重要意義。

圖2 降低對(duì)繼電保護(hù)影響的合環(huán)操作流程圖