周 云，張 佳，巴 宇，馬海薇，馬海濤

(國(guó)網(wǎng)鎮(zhèn)江供電公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

隨著“人民電業(yè)為人民”宗旨的不斷推進(jìn)，供電可靠性得到了前所未有的提高。配電網(wǎng)設(shè)計(jì)原則是“閉環(huán)設(shè)計(jì)，開環(huán)運(yùn)行”，當(dāng)配電網(wǎng)線路檢修、臨時(shí)故障、非計(jì)劃停電等需要進(jìn)行停電檢修時(shí)，配電網(wǎng)線路之間通過“手拉手”的方式將非停電線路段負(fù)荷串供出去是配電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行常規(guī)方式安排與操作，即需要進(jìn)行合解環(huán)操作[1-3]。

文獻(xiàn)[4-5]將配電網(wǎng)合環(huán)電路模型轉(zhuǎn)換為兼顧工程應(yīng)用于代數(shù)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，利用合環(huán)電流沖擊電路數(shù)學(xué)函數(shù)在自變量的閉區(qū)間內(nèi)找出函數(shù)的所有極值點(diǎn)絕對(duì)值等效為合環(huán)電流最大值。分析表明合環(huán)支路的最大沖擊電流必在模型的首個(gè)極值點(diǎn)處取得。文獻(xiàn)[6]利用配電網(wǎng)線路負(fù)荷節(jié)點(diǎn)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)為輸入量，采用半不變量法計(jì)算配電網(wǎng)線路合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流與暫態(tài)沖擊電流的概率分布，通過計(jì)算電流越限概率和越限程度對(duì)配電網(wǎng)合環(huán)操作的安全性進(jìn)行評(píng)估，該方法可以得到多時(shí)間尺度、多場(chǎng)景條件下的概率分布特性，從而求取合環(huán)后流經(jīng)各饋線合環(huán)電流的概率分布特性。文獻(xiàn)[7-8]在計(jì)算合環(huán)電流時(shí)引入分支系數(shù)，將不同分布類型的分支負(fù)荷等值為相應(yīng)的負(fù)荷阻抗，等效為修正的負(fù)荷阻抗，以消除配電網(wǎng)分支負(fù)荷分布對(duì)合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算的影響，使得合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算更加準(zhǔn)確。文獻(xiàn)[9]采用計(jì)及主網(wǎng)等值阻抗的潮流法、忽略主網(wǎng)等值阻抗影響的潮流法及近似公式法對(duì)中壓配電網(wǎng)合環(huán)電流進(jìn)行計(jì)算，該方法可以滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，為調(diào)度人員操作提供一定的技術(shù)支撐。但所提出的計(jì)算量較多，為調(diào)度操作人員增加了很長(zhǎng)的工作時(shí)間。文獻(xiàn)[10]以傳統(tǒng)潮流疊加法和圖論中深度優(yōu)先搜索算法為關(guān)鍵技術(shù)的配電網(wǎng)輔助決策，為調(diào)度人員在配電網(wǎng)合環(huán)開關(guān)優(yōu)化搜索及操作安全校核提供了一定的指導(dǎo)。

電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行人員依據(jù)運(yùn)行方式安排對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行合解環(huán)操作，主要依據(jù)是調(diào)度員自身經(jīng)驗(yàn)和D5000系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)到的合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓值。在實(shí)際應(yīng)用中，單純依據(jù)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓數(shù)值進(jìn)行合解環(huán)可能會(huì)造成合解環(huán)線路開關(guān)跳閘事故的發(fā)生。

1 事故基本情況

某日，110 kV甲變電站1號(hào)主變壓器(以下簡(jiǎn)稱“主變”)檢修。為保證供電可靠性，該變電站10 kV配電網(wǎng)方式需要調(diào)整優(yōu)化，保證110 kV 甲變電站每條10 kV母線中有一條出線調(diào)至備供變電站，并且甲變電站該開關(guān)處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)110 kV甲變電站1號(hào)主變檢修竣工，復(fù)役后恢復(fù)配電網(wǎng)方式過程中，操作過程中首先應(yīng)該合上1H23開關(guān)，然后將1901H23開關(guān)改為冷備用狀態(tài)，但是在合上1H23開關(guān)時(shí)候發(fā)生1H23開關(guān)保護(hù)動(dòng)作，事故跳閘。

1.1 事故前運(yùn)行情況

110 kV甲站：110 kV 1號(hào)主變由220 kV丙變電站2號(hào)主變供電。

110 kV乙站：110 kV 2號(hào)主變由220 kV丁變電站2號(hào)主變供電。

10 kV 1H23線路、190線路配三段式過流保護(hù)、出線開關(guān)重合閘正確啟用。

圖1為電網(wǎng)初始方式，實(shí)心矩形為運(yùn)行狀態(tài)開關(guān)，空心矩形為熱備用或者冷備用狀態(tài)開關(guān)。

1.2 事故經(jīng)過

a.監(jiān)控信息及初步判斷

當(dāng)110 kV 甲變電站1號(hào)主變檢修竣工復(fù)役后，操作過程中首先應(yīng)該合上1H23開關(guān)，然后將1901H23開關(guān)改為冷備用狀態(tài)，但是在合上1H23開關(guān)時(shí)，D5000系統(tǒng)發(fā)出1H23開關(guān)保護(hù)動(dòng)作，事故跳閘信號(hào)及報(bào)文信息。

當(dāng)值監(jiān)控員接受調(diào)度命令：合上1H23開關(guān)。該開關(guān)保護(hù)動(dòng)作，事故分閘。1H23開關(guān)在分位，監(jiān)控員立即匯報(bào)當(dāng)值調(diào)控員，當(dāng)值調(diào)控員判斷為合解環(huán)操作失敗。

依據(jù)保護(hù)控制邏輯和監(jiān)控系統(tǒng)上傳的信號(hào)，監(jiān)控信息如下。

① 09:37:24，甲變電站/10 kV.1H23開關(guān)合閘(停電)；

② 09:37:24.871，甲變電站/10 kV.1H23保護(hù)出口動(dòng)作；

③ 09:37:25，甲變電站/10 kV.1H23開關(guān)事故分閘；

④ 09:37:25，甲變電站/10 kV.1H23開關(guān)控制回路斷線動(dòng)作。

值班監(jiān)控員立即匯報(bào)值班調(diào)控員：110 kV甲變電站1H23開關(guān)保護(hù)動(dòng)作，事故分閘。甲、乙站母線電壓均在正常范圍內(nèi)，主網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。110 kV甲變電站10 kV Ⅱ段母線線電壓為10.30 kV，110 kV乙變電站10 kV Ⅱ段母線線電壓為10.55 kV。

b.調(diào)控處理

值班調(diào)控員收集信息后，經(jīng)過初步判斷以后，09:40匯報(bào)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，說明事件發(fā)生的過程；09:45通知運(yùn)維值班人員到甲變電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查；09:46通知運(yùn)維值班人員到乙變電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查；在運(yùn)維值班人員、監(jiān)控人員檢查現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備確認(rèn)甲、乙變電站電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行正常，可以繼續(xù)安全操作后，排除是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備缺陷導(dǎo)致合解環(huán)開關(guān)保護(hù)動(dòng)作事故分閘。

通過運(yùn)維值班人員、監(jiān)控人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，結(jié)合調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控信號(hào)，調(diào)控員初步判斷可能為系統(tǒng)電壓相差較大引起合解環(huán)過程中開關(guān)跳閘。

當(dāng)值調(diào)控員下令調(diào)整110 kV甲變電站10 kV Ⅱ段母線線電壓、110 kV乙變電站10 kV Ⅱ段母線線電壓。盡可能將110 kV甲變電站10 kV Ⅱ段母線線電壓與110 kV乙變電站10 kV Ⅱ段母線線電壓接近。

當(dāng)值調(diào)控員繼續(xù)下令進(jìn)行合解環(huán)操作：合上110 kV甲變電站1H23開關(guān)。在此過程中，110 kV甲變電站1H23開關(guān)仍然保護(hù)動(dòng)作，事故分閘，其保護(hù)動(dòng)作信號(hào)如下。

① 10:13:23，甲變電站/10 kV.1H23開關(guān)合閘(停電)；

② 10:13:23.417，甲變電站/10 kV.1H23保護(hù)出口動(dòng)作；

③ 10:13:24，甲變電站/10 kV.1H23開關(guān)事故分閘；

④ 10:13:24，甲變電站/10 kV.1H23開關(guān)控制回路斷線動(dòng)作。

c.現(xiàn)場(chǎng)反饋

運(yùn)維值班員、配電運(yùn)檢人員按照調(diào)度指令，對(duì)甲、乙變電站相關(guān)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)檢查，確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)后向值班調(diào)度員匯報(bào)：甲變電站10 kV 1H23開關(guān)、乙變電站10 kV 190開關(guān)分別在熱備用狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)，甲、乙變電站現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)明顯異常。配電運(yùn)檢人員經(jīng)過帶電巡視，匯報(bào)1901H23開關(guān)在運(yùn)行狀態(tài)，190線路、1H23線路查無異常。

2 配電網(wǎng)合環(huán)沖擊電流分析

配電網(wǎng)合解環(huán)操作時(shí)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是合環(huán)后饋線首端的暫態(tài)沖擊電流與穩(wěn)態(tài)電流過大均有可能導(dǎo)致電流保護(hù)動(dòng)作。影響合環(huán)線路潮流的因素除合環(huán)點(diǎn)兩端的電壓之外，與環(huán)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備參數(shù)也密切相關(guān)[11-12]。由圖1可知，該事故涉及的配電網(wǎng)屬于同一500 kV供電區(qū)域不同110 kV變電站10 kV線路合環(huán)。

2.1 合環(huán)暫態(tài)過程影響因素分析

合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)有壓差或合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)環(huán)網(wǎng)阻抗不同，合環(huán)后會(huì)出現(xiàn)環(huán)流，過大的環(huán)流可能引起環(huán)路內(nèi)繼電器動(dòng)作而跳閘。重點(diǎn)分析合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)環(huán)網(wǎng)阻抗不同導(dǎo)致合解環(huán)過程中開關(guān)過流的合解環(huán)暫態(tài)電流。合解環(huán)暫態(tài)電流的求解過程簡(jiǎn)化如圖2所示。

合環(huán)的環(huán)網(wǎng)阻抗簡(jiǎn)化為串聯(lián)支路，如式(1)所示。

Zloop=R+jωL

(1)

激勵(lì)電動(dòng)勢(shì)E為合環(huán)前開關(guān)兩側(cè)電壓差。電網(wǎng)三相電壓對(duì)稱，用單相等值。

(2)

以系統(tǒng)平衡點(diǎn)為基準(zhǔn)，E超前ΔU角度一定的角度φ，則合環(huán)電路方式為一階非齊次方程為

(3)

式中：φ為合環(huán)時(shí)刻t=0時(shí)E的初相角。假定合環(huán)相角為0°，配電網(wǎng)的電阻遠(yuǎn)小于電抗，方程的解也就是沖擊電流，可以簡(jiǎn)化為

(4)

由式(4)可知，沖擊電流最大值出現(xiàn)在合環(huán)后的半個(gè)周期，沖擊電流最大值為

(5)

由以上分析可知，合環(huán)電流的大小與合環(huán)時(shí)的潮流及合環(huán)的串聯(lián)支路阻抗Zloop有關(guān)?？梢?，減少合環(huán)潮流的同時(shí)，合環(huán)電流也會(huì)相應(yīng)減小。

2.2 合環(huán)穩(wěn)態(tài)過程影響因素分析

配電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算分析可以利用電路原理中的疊加原理，即合環(huán)點(diǎn)線路流過的潮流為環(huán)狀電網(wǎng)各個(gè)級(jí)聯(lián)組成的潮流總和[13]。圖3所示為包含多電壓等級(jí)線路合環(huán)連接示意圖，其中將110 kV及以上電壓等級(jí)設(shè)備參數(shù)等效至110 kV相應(yīng)設(shè)備。

合環(huán)點(diǎn)左側(cè)電壓Ul表達(dá)為

(6)

合環(huán)點(diǎn)右側(cè)電壓Ur表達(dá)為

(7)

式中：klp為左側(cè)級(jí)聯(lián)p級(jí)線路；krq為右側(cè)級(jí)聯(lián)q級(jí)線路；Slp為左支路第p級(jí)母線上負(fù)荷潮流；Ulp為第p級(jí)母線線電壓值；Zlp為第p條串聯(lián)支路阻抗。

合環(huán)點(diǎn)左右側(cè)電壓與阻抗的關(guān)系為

(8)

當(dāng)合解環(huán)線路屬于同一500 kV供電區(qū)域不同110 kV變電站10 kV線路時(shí)候，可以將電網(wǎng)等值為110 kV與10 kV 2種電壓等級(jí)，依據(jù)上述合環(huán)潮流計(jì)算公式，可以簡(jiǎn)化為

Sh=A/B

(9)

(10)

(11)

近似地，取Ul1≈Ur1≈Ul2≈Ur2≈U，則:

(12)

合環(huán)線路潮流大小與環(huán)狀內(nèi)主變變比、變壓器阻抗值大小、主變負(fù)荷潮流以及環(huán)狀線路阻抗、線路負(fù)載有一定的密切聯(lián)系。

3 事故過程推演及解決措施

經(jīng)過上述理論分析，調(diào)度人員可知導(dǎo)致合環(huán)失敗的關(guān)鍵原因不僅僅是兩側(cè)電壓差，而是與合環(huán)線路潮流大小與環(huán)狀內(nèi)主變變比、變壓器阻抗值大小、主變負(fù)荷潮流以及環(huán)狀線路阻抗、線路負(fù)載情況密切相關(guān)。因此，調(diào)度人員應(yīng)該統(tǒng)籌考慮各種因素對(duì)即將進(jìn)行的合解環(huán)操作的影響，尤其是該調(diào)控員調(diào)管范圍之前的上級(jí)電源線路應(yīng)該有所了解。

當(dāng)值調(diào)控員匯報(bào)地區(qū)當(dāng)值調(diào)控員，要求將110 kV乙變電站2號(hào)主變調(diào)至220 kV丙變電站2號(hào)主變供電。如此，合解環(huán)操作形成的環(huán)網(wǎng)如圖4所示，合解環(huán)線路供電路徑發(fā)生了根本性變化。

110 kV電網(wǎng)方式調(diào)整后SOE報(bào)文及動(dòng)作邏輯如下。

① 11:00:59，甲變電站/10 kV.1H23開關(guān)合閘(停電)；

② 11:01:18，甲變電站/10 kV.1H23重合閘投入動(dòng)作。

此時(shí)，甲變電站10 kVⅡ段母線線電壓為10.25 kV，乙變電站10 kVⅡ段母線線電壓為10.55 kV，相對(duì)于最初運(yùn)行方式下的甲、乙變電站10 kVⅡ段母線線電壓電壓差變大，但是依然成功合解環(huán)。

4 結(jié)論

a.本次案例中，單憑調(diào)控操作人員的經(jīng)驗(yàn)無法判斷合環(huán)操作產(chǎn)生的環(huán)流對(duì)配電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響及對(duì)配電網(wǎng)的沖擊。更進(jìn)一步，需要通過潮流計(jì)算對(duì)合環(huán)路徑進(jìn)行分析，才可以有依據(jù)地對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行恰當(dāng)調(diào)整，保證用電的連續(xù)性與可靠性，減少開關(guān)跳閘次數(shù)及線路停電次數(shù)。

b.合環(huán)開關(guān)兩側(cè)變電站10 kV母線存在電壓差(數(shù)值差、相位差)產(chǎn)生環(huán)流。若兩側(cè)母線對(duì)系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)阻抗比較接近，環(huán)流可用兩側(cè)母線的電壓差值除以合環(huán)線路的阻抗計(jì)算出近似值，此方法在實(shí)際調(diào)控運(yùn)行操作中難以實(shí)施。

合環(huán)時(shí)往往只考慮聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)的電壓差，而事實(shí)上系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)阻抗及潮流對(duì)合環(huán)電流也有很大影響。不同變電站母線出線形成的環(huán)網(wǎng)阻抗不同，即便電壓一樣，母線合環(huán)也有可能產(chǎn)生很大環(huán)流。這一點(diǎn)容易被忽視，也是造成合環(huán)操作失敗的原因之一。所以建議合環(huán)操作增加一項(xiàng)判別條件：合環(huán)的兩側(cè)母線至合環(huán)點(diǎn)的綜合阻抗適宜。

c.合環(huán)線路潮流大小與環(huán)狀內(nèi)主變變比、變壓器阻抗值大小、主變負(fù)荷潮流以及環(huán)狀線路阻抗、線路負(fù)載有一定的密切聯(lián)系。因此，配電網(wǎng)操作時(shí)，應(yīng)該掌握上一級(jí)電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，尤其是配電網(wǎng)變電站供電路徑，掌握電網(wǎng)操作可能引起的電網(wǎng)中電氣量的變化，電網(wǎng)操作給電網(wǎng)帶來的運(yùn)行方式的變化。

d.優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式，合理安排上一級(jí)變電站負(fù)荷分配。根據(jù)線路具體情況以及往常的經(jīng)驗(yàn)，安排更為合適的運(yùn)行方式。