低压合环转电暂稳态过程简单介绍

这是一个系列，对中低压操作存在的几个问题——中压合环转电导致站出线跳闸、中压联络电缆送电导致电缆附件绝缘击穿、低压合环转电——进行暂稳态分析，定量分析了问题产生的原因，并据此提出了优化策略。本期对低压合环转电做暂稳态过程分析。

1 引言

提高供电可靠性，重任在中低压配电网上。中低压配网面向用户，设备数量大，接线灵活。中压配电线路多在中段、末端设置联络点，便于在计划停电和故障停电时转供负荷，缩小停电范围。

低压配电线路以放射状接线为主，当配变需要退出运行时，传统的做法往往会导致台区用户停电。而现在越来越多的手段是提供移动发电车接入部分或者全部低压负荷，亦或者是通过临近公变敷设低压电缆进行兼供。

以上都是以减少用户停电时间为出发点的方法，我们称之为不停电作业。上述不停电作业方法还较为常规，是不停电作业的初级阶段，但适用门槛低，可快速减少用户停电时间，收到提高供电可靠性立竿见影的效果。随着不停电作业的铺开，常规手段会到达一个瓶颈，原因在于中压转电间隙、低压不停电作业措施布置等不停电作业实施过程。我们可以通过配电自动化三遥改造，进而缩短中压转电时间，可以通过优化低压不停电作业工艺、流程，实现快速接入等功能。考虑到安全因素，技术和组织安全措施的布置必须到位，常规不停电作业的实施必然存在停电间隙，减少停电间隙的时长是有空间的，但存在瓶颈。

就中压转电而言，实施后可减少用户停电时间，但停电次数增加，一方面用户用电体验稍差；另一方面，不利于设备安全，尤其是电缆附件，无论是转电、恢复运行方式，电缆附件都将受到一次合闸送电带来的电压突变冲击，可能导致电缆附件击穿，引发故障。

对于联络电缆开展预防性试验，虽然不涉及用户停电，但在送电时，由于联络电缆合闸于空载线路，产生一定过电压。这种空载线路合闸，也是对电缆附件的一个威胁。

因此，将围绕上述问题展开分析和讨论，做系列介绍。本期着重对低压合环转电展开分析，从一般情况出发，做相应简化，从而得到一般分析方法。

2 低压合环转电暂稳态分析

2.1 原理介绍

一种典型的配网网架如图1所示，220kV主网网架成环运行，110kV网架呈辐射状。

图1 一种典型的配网网架

由上图可知，低压配网在联络点进行合环操作时，合环线路的两侧电源一般处于分列运行状态，但其上级电源往往是并列的。为了说明清楚进行低压合环转电时的电流变化过程，对上图进行简化，参见图2。

图2 合环回路示意图

低压联络开关合上前，各负荷由对应的110kV主变经10kV馈线供电，联络开关无电流。低压联络开关合上后，将经过一个衰减的暂态过程，最终达到稳定，遵守两端闭式供电网络功率分布规律，参见图3。

图3 带4个负荷的两端供电网络

为简化分析，假设合环前后稳态负荷功率不变，那么已知合环回路的阻抗和两端的电压，可以计算两端送出功率、各处潮流。设总的回路阻抗为R sL，流过联络开关的稳态电流为I(t)，则合环后，合环电流的表达式为

2.2 同一10kV馈线条件下配变低压合环转电

对图1的运行方式进行简化，得到图4。接下来我们将以此为模型，对合环暂稳态过程进行分析。

图4 同一10kV馈线条件下配变低压合环转电模型

设联络开关处的阻抗为Z12，I12为流经联络开关的电流，U1、U2分别为变压器变低侧电压，ZT1、ZT2分别为两台变压器的短路阻抗，I1、I2为负荷电流。其两端闭式网络示意图参见图5。

图5 同一10kV馈线条件下配变低压合环转电模型闭式网络功率分布

稳态下，流联络点电流为

总的回路阻抗为R sL，时域下的表达式为

得到稳态下的合环电流之后

根据以上分析，合环后，合环回路的功率重新分布，并遵守闭式网络功率分布规律。合环电流受联络点两侧电压影响，同时受合环时机的影响。因此，若可以调节联络点两侧电压的幅值、相位，并掌握合环时机，可以有效降低合环的暂稳态电流。

3 中低压无缝合环转电策略

3.1 中压无缝合环转电策略

面向10kV配电网合环转电领域，提出一种消除合环电流的转电装置。该装置串联接入不同电源的两条馈线，不依赖于合环等值模型的准确性，消除合环过程中产生的环流，避免合环风险，减少合环操作的不确定性。提供一种无缝合环转电装置，消除10kV配电网合环转电过程的环流。

10kV配电网无缝合环转电装置的拓扑结构请点击这里。如图6所示是合环转电环流在引入无缝合环转电装置参与调节后的变化过程。0.2s时刻执行合环转电，环流经过暂态过程后稳定。在0.36s时刻，无缝合环转电装置介入，环流逐渐减小并最终被抑制。此图是一个原理说明示意图，实际无缝合环转电装置会在合环转电前就启动，对合环点两侧电压幅值、相位进行检测，在控制策略的调控下向系统耦合补偿电压，使得整个合环转电的过程不会出现图中0.2s至0.36s之间的环流变化。

图6 引入无缝合环转电装置调节后的合环电流

3.2 低压无缝合环转电策略

提供一种无缝合环转电装置，消除配电网低压合环转电过程的环流。该装置可以消除配电网低压合环转电过程产生的环流，避免因合环时变压器并列条件差而造成变压器过载、烧毁熔断器等，降低运维人员对低压合环作经验判断带来的电网安全风险，提高低压转电的成功率，进一步加强地区配电网供电的可靠性。原理与10kV配电网无缝合环转电装置类似，此处不再赘述。

4 小结

通过对低压合环转电的暂稳态过程进行分析，我们知道，合环电流受联络点两侧电压影响，同时受合环时机的影响。调节联络点两侧电压的幅值、相位，并掌握合环时机，可以有效降低合环的暂稳态电流。

据此，提出了无缝合环转电策略，可在中低压合环转电领域推广，可以较好的改善目前合环转电的困局。其中中压合环转电装置可在变电站内布置，或在配网合适节点布置，甚至可以采用移动化设计、采用带电作业接入。低压合环领域，应用无缝合环转电装置，在配网更局部的区域发挥作用，弥补通常牺牲小范围用户用电体验的作业空白。