董洋

為充分滿足公眾對供電可靠性的需求，配電網(wǎng)一般采用雙電源和多電源供電配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以便于在某一母線出現(xiàn)故障時，可以通過多電源供電的合環(huán)操作將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他母線上，以免造成電網(wǎng)負(fù)荷失衡，影響供電穩(wěn)定性。配電網(wǎng)合環(huán)操作能夠有效減少用戶停電現(xiàn)象，保證用戶的正常生產(chǎn)和生活用電。但是合環(huán)操作往往會產(chǎn)生極大的合環(huán)電流，可能引發(fā)母線之間的保護(hù)跳閘，帶來一些供電問題。因此需要不斷優(yōu)化完善配電網(wǎng)合環(huán)調(diào)度，以保證其良好運(yùn)行。

一、配電網(wǎng)合環(huán)概述

配電網(wǎng)合環(huán)是一種特殊的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它通常出現(xiàn)在中壓配電網(wǎng)中。所謂“合環(huán)”是指一組稱為“環(huán)”的導(dǎo)線通過各級電纜箱和開關(guān)裝置相接成一圈，而各個負(fù)載點(diǎn)則從這個“環(huán)”上引出。具體來說，配電網(wǎng)的合環(huán)是指由一條或多條電源饋線、一組或多組變壓器以及其他配電設(shè)備按照一定的規(guī)則連接起來，形成一個閉合的回路，且饋入端和饋出端連接在同一節(jié)點(diǎn)上。配電網(wǎng)的合環(huán)可以分為同向合環(huán)和反向合環(huán)兩種類型，其中同向合環(huán)表示電流的方向與環(huán)向一致，而反向合環(huán)則反之。在實(shí)際應(yīng)用中，中壓配電網(wǎng)通常采用合環(huán)設(shè)計來優(yōu)化供電可靠性和穩(wěn)定性。利用合環(huán)電路可以實(shí)現(xiàn)將一部分負(fù)載隔離開來保證整個配電網(wǎng)依然正常供電，同時不影響其他節(jié)點(diǎn)的供電，這樣能夠大大提高配電系統(tǒng)的靈活性和可靠性。需要注意的是，合環(huán)結(jié)構(gòu)一旦被建立起來，在新的負(fù)載接入時需要對已有負(fù)載進(jìn)行適當(dāng)分配，以確保中壓配電網(wǎng)的負(fù)載均衡和電能質(zhì)量。

二、配電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行的主要模式

根據(jù)合環(huán)操作點(diǎn)可以將配電網(wǎng)合環(huán)分為兩種模式，即使用母聯(lián)開關(guān)的線路合環(huán)和使用聯(lián)絡(luò)開關(guān)的線路合環(huán)；根據(jù)合環(huán)點(diǎn)追溯的上游電源（追溯到110kV）的并列運(yùn)行與否，配電網(wǎng)合環(huán)又包括上游電源并列運(yùn)行和分列運(yùn)行兩種類型。綜合以上內(nèi)容，配電網(wǎng)合環(huán)模式主要包括如下兩種情況。

（一）上游電源分列運(yùn)行的饋線合環(huán)

配電網(wǎng)上游電源分列運(yùn)行的饋線合環(huán)是指將中壓配電網(wǎng)的所有上游供電饋線采用交叉回路的方式連接，同時在回路上通過一個開關(guān)把饋線與下游負(fù)載隔離。這種結(jié)構(gòu)可以有效提高配電系統(tǒng)的供電可靠性和靈活性。這種合環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了多個饋線并行輸入、負(fù)載均衡的目的。當(dāng)有單個饋線出現(xiàn)故障時，可以通過控制開關(guān)將該饋線隔離，并將其他饋線繼續(xù)接入合環(huán)供電，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。如配電網(wǎng)合環(huán)模式下，母線A和母線B分屬于不同的變電站，二者分列運(yùn)行且可以通過變電站、開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)等進(jìn)行直接合環(huán)操作。

需要注意的是，在建設(shè)配電網(wǎng)上游電源分列運(yùn)行的饋線合環(huán)時，需要嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范和安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、施工和運(yùn)行管理，確保其滿足配電負(fù)荷要求和電能質(zhì)量要求，并保障電力設(shè)施的安全運(yùn)行。同時，對于各級開關(guān)裝置進(jìn)行可靠性測試和日常維護(hù)，以保證在需要時能夠及時、有效地切換供電路線。

（二）上游電源并列運(yùn)行的饋線合環(huán)

該配電網(wǎng)合環(huán)模式是將中壓配電網(wǎng)的所有上游供電饋線采用相鄰回路的方式進(jìn)行連接，使用一個開關(guān)進(jìn)行切換。這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多個電源的并列供電和故障切換。在正常供電時，多個上游電源都連接在同一路饋線上，被接入饋線合環(huán)形成并列運(yùn)行的狀態(tài)。當(dāng)一個電源出現(xiàn)故障或需要停工維護(hù)時，可以通過控制開關(guān)將該電源隔離，并轉(zhuǎn)移到其他電源上以保證配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這種結(jié)構(gòu)不僅提高了配電系統(tǒng)的供電可靠性和靈活性，也降低了電力設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行成本。如采用110KV的母線進(jìn)行供電時，配網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行可以通過連接變電站母聯(lián)開關(guān)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。這兩種合環(huán)操作具有一定的效果差異，由于前者的上游電源采用分列運(yùn)行模式，其合環(huán)點(diǎn)電壓差較大，因此操作的危險性較高；后者的110kV電源采用并列運(yùn)行模式，雖然其合環(huán)點(diǎn)電壓差更小，但合環(huán)線路的兩側(cè)負(fù)荷往往偏大，從而容易導(dǎo)致電網(wǎng)環(huán)流過大，所以在實(shí)際應(yīng)用過程中，必須通過準(zhǔn)確計算才能確保合環(huán)電網(wǎng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

三、中壓配電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行存在的主要問題

配電網(wǎng)合環(huán)操作能夠減少故障時間和故障區(qū)域，提高供電網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但是合環(huán)操作對電力系統(tǒng)也存在很多潛在問題。

（一）電壓差問題

合環(huán)電壓差是指在合環(huán)周圍各個接頭之間的電壓差。如果電壓差過大，會影響中壓配電設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至可能會引起設(shè)備損壞，增加故障率。

合理的合環(huán)電壓差應(yīng)該保持在10%以下的范圍內(nèi)。如果超出這個范圍，則需要進(jìn)行相關(guān)檢查和維護(hù)來解決問題。例如中壓配電網(wǎng)上兩個變電站之間通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)連接的A和B母線，在配電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，其聯(lián)絡(luò)開關(guān)為斷開狀態(tài)。當(dāng)一端突然斷電，則需要閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)并將負(fù)荷轉(zhuǎn)移，此時A、B母線并聯(lián)運(yùn)行，一般而言二者之間的電壓差并不大，聯(lián)絡(luò)開關(guān)處也不會出現(xiàn)高電流。但是若其中一條母線因燒毀或其他災(zāi)害破壞而出現(xiàn)短路等電力故障時，此時A和B母線之間就會產(chǎn)生非常高的電壓差，聯(lián)絡(luò)開關(guān)處出現(xiàn)高強(qiáng)電流（潮流），并可能導(dǎo)致另一端母線被破壞，進(jìn)而給整個配電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來影響。

與此同時，當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)短路阻抗相差過大時，電網(wǎng)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的相角差和電壓差也會很大，在此情況下的配電網(wǎng)合環(huán)操作就很有可能帶來較大的合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流，隨之引發(fā)系統(tǒng)的保護(hù)防御，因而造成電力故障。由此可見，配電網(wǎng)合環(huán)操作并不能完全確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，尤其是當(dāng)配電網(wǎng)合環(huán)調(diào)度不合理時，還有可能帶來更多、更加嚴(yán)重的供電問題，給用戶的生產(chǎn)和生活造成損失。

（二）合環(huán)接頭問題

配電網(wǎng)中母線之間的連接端點(diǎn)也存在多種問題，導(dǎo)致合環(huán)操作故障頻發(fā)，這些問題主要包括：合環(huán)接頭松動，如果合環(huán)接頭松動，會導(dǎo)致電弧接觸不良、電阻過大或者短路等問題。合環(huán)接頭腐蝕，由于外界因素，合環(huán)接頭可能出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，這會導(dǎo)致接觸電阻變大，同時還可能引起溫度升高、損壞設(shè)備等問題。合環(huán)接頭燒毀，在不正常的工作環(huán)境下，合環(huán)接頭可能會受到一定程度的高溫?zé)龤В@會影響配電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。合環(huán)接頭缺陷，在制造、運(yùn)輸或安裝合環(huán)接頭的過程中，可能會出現(xiàn)一些缺陷，如接頭的質(zhì)量不穩(wěn)定、接頭松動、接觸面積不足等問題，這些都可能會導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)問題。

四、中壓配電網(wǎng)的合環(huán)調(diào)度策略

為解決以上問題，需要重視并加強(qiáng)合環(huán)調(diào)度管理，在實(shí)施調(diào)度工作的過程中加強(qiáng)合環(huán)接線檢查和問題處理，以此降低電網(wǎng)運(yùn)行故障。具體措施如下：

（一）保證良好的合環(huán)操作條件

要想防止在實(shí)施合環(huán)調(diào)度時給配電網(wǎng)造成的影響，必須在符合以下條件的情況下謹(jǐn)慎操作。一是應(yīng)檢查并保持變電站中母線的相序、相位一致，以此避免電網(wǎng)系統(tǒng)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)出現(xiàn)較高電壓差和產(chǎn)生較高的合環(huán)電流，二是應(yīng)盡量降低從變電站到合環(huán)點(diǎn)之間的綜合阻抗差，可以通過縮短線路長度來減少線路電阻和感抗，同時選擇合適的導(dǎo)線截面和導(dǎo)線材料，以降低線路電阻，還需要注意控制溫度升高和功率損耗，避免對線路性能的影響；對于中性點(diǎn)不可接地的系統(tǒng)，也可以增大中壓配電變壓器容量，從而降低變壓器的阻抗和電流互感器的電感，三是負(fù)荷轉(zhuǎn)移中，合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的負(fù)荷之和應(yīng)低于其中一側(cè)的額定負(fù)荷，避免全部負(fù)荷集中到一端，引發(fā)事故，可以采用無功補(bǔ)償裝置、電力電子元器件等來改善線路電氣特性，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)線路的合理補(bǔ)償和調(diào)節(jié)。

（二）合理計算配電網(wǎng)合環(huán)電流

合環(huán)電流表示中壓配電網(wǎng)中同級別的變壓器組所流過的電流，它是中壓配電網(wǎng)設(shè)計和運(yùn)行的重要參數(shù)之一；配電網(wǎng)合環(huán)電流的計算方法需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，在保證合理性、準(zhǔn)確性和可靠性的前提下，才能得出較為準(zhǔn)確合理的配電網(wǎng)合環(huán)電流計算結(jié)果，計算時一般需要考慮以下因素：（1）線路阻抗，根據(jù)線路參數(shù)、長度、導(dǎo)線截面等計算出線路電阻和感抗，并確定線路等效電路模型。（2）電源特性，包括電源電壓、電源電流、發(fā)電機(jī)內(nèi)阻、電源變壓器變比等，通過對電源進(jìn)行建模，可以計算出電源的貢獻(xiàn)電流和電壓。（3）負(fù)載特性：負(fù)載容量、功率因數(shù)、電流大小等都是影響合環(huán)電流的關(guān)鍵因素?？梢酝ㄟ^負(fù)載等效電路模型來計算負(fù)載電流。（4）合環(huán)方式，不同的合環(huán)方案會對合環(huán)電流產(chǎn)生影響，如并聯(lián)供電時具有最大負(fù)荷切換功能的配電網(wǎng)合環(huán)。（5）配電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于配電系統(tǒng)被視為一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，需要對整個系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并建立模型，才能完整地反映出合環(huán)電流的普遍趨勢并進(jìn)行精確計算。以計算正常運(yùn)行加一個負(fù)載較小的平行饋線在合環(huán)狀態(tài)下的電流為例：首先計算電源到合環(huán)節(jié)點(diǎn)A的電壓，然后計算從A到連接在合環(huán)上的負(fù)載和電源端之間的等效電路，包括線路參數(shù)和所有負(fù)載參數(shù)。進(jìn)一步確定所有電路元素的阻抗和電納值，最后使用基爾霍夫電流定律（Kirchhoff）獲得在該等效電路中電流的總和。

（三）加強(qiáng)合環(huán)接頭防護(hù)與處理

中壓配電網(wǎng)合環(huán)接頭問題具有多樣性，處理時需要綜合考慮多種因素，并采取針對性措施。如采用預(yù)制鋼筋混凝土連接箱或分支箱，提高密封性和可靠性，可減少接頭數(shù)目和接頭故障率；選擇高質(zhì)量的連接件材料，并在連接時做好處理，例如清理現(xiàn)場、調(diào)整線頭長度、加裝縮管等措施，可以有效防止接頭發(fā)生氧化、脫落、短路等問題。保證合環(huán)點(diǎn)與各個收支點(diǎn)之間的適當(dāng)距離，在設(shè)計骨干線路時增加連接點(diǎn)數(shù)量位置的設(shè)置和保留相應(yīng)的補(bǔ)償余地。做好必要的防護(hù)措施，避免水和灰塵等外界因素對接頭的損害。比如使用封閉式箱體及配套密封件、防水接頭帽等防止中壓配電網(wǎng)合環(huán)接頭被腐蝕、污染。另外，還需要對線路進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，定期清潔、檢查、緊固和更換相關(guān)導(dǎo)線及端子等連接件，以確保線路保持良好運(yùn)行狀態(tài)。

五、結(jié)語

作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，配電網(wǎng)負(fù)責(zé)為用戶輸送電能。中壓配電網(wǎng)的合環(huán)操作是提升供電可靠性和質(zhì)量的重要途徑，但如果調(diào)度運(yùn)行不當(dāng)，則可能會導(dǎo)致諸多電力故障并帶來生產(chǎn)生活不便與損失。因此，在進(jìn)行合環(huán)操作時必須根據(jù)實(shí)際情況，嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求來實(shí)施，以提高整個配電網(wǎng)系統(tǒng)的綜合性能。

（作者單位：國家電網(wǎng)公司天津電力城西供電分公司）