分析10KV配網合環裝置

本文針對10kV線路手拉手換電，為了實現合環換電過程用戶不至于中斷供電，提高供電可靠性，設計了一種線路合環裝置對合環線路參數進行精密測量。解決了測量過程中高壓精密測量的問題以及相位測量的問題，同時裝置設上采用無線操作，簡單方便。

同時設計潮流計算軟件，提出了一種有效的系統模型，根據當前系統運行狀態，分析合環對系統的影響，提供合環判據，對合環操作進行指導。

電網系統的不斷發展對供電可靠性和電能質量的要求也越來越高。10KV配電網一般采用閉環設計，開環運行的方式供電。但是配網在線路檢修、負荷倒換等操作時都是通過斷電分段投入負荷的方式，為了減少停電時間，提高通電可靠性，10KV線路帶電合環操作對提高供電可靠性與經濟性有著重要意義。

合環操作中，因為合環點兩端電壓存在幅差和相差即矢量電壓差，以及線路阻抗等因素會影響合環系統潮流分布的影響。裝置設計上通過進行帶隔離的高精度采樣，采用無線手持終端進行測量操作。同時通過裝置測量的數據對比潮流軟件計算的幅差和相差驗證合環軟件準確度。通過軟件計算合環后流過合環點的電流等參數，為合環參數提供可靠的判據。

一、合環點參數測量原理

1.測量裝置的組成

測量裝置主要由以下三部分組成操作桿、測量終端和手持終端。其中操作桿為一根8m左右的伸縮桿用于將測試裝置掛在線路測量點上，測量終端為一個圓筒用于對線路參數進行采樣和將數據傳給手持終端，手持終端為一個手持塑料盒用于操作測試和分析測量數據。

2.裝置測試基本原理

測量裝置通過兩根測量桿掛在合環點兩端的同相線路上，對線路的電壓相位進行測量，整個試驗過程使用手持終端通過無線通信操作測量桿進行測量操作。整套裝置試驗時操作人員遠離試驗現場，通過手持終端無線操作，安全便捷。

合環裝置原理框圖圖1

3.合環點電壓相位測量

10kV線路電壓相位測量屬于一個高壓環境下的電量測量，高壓下進行精密測量通常有取樣難以及空間干繞問題。同時裝置測量是分開獨立測量，在進行相位比較時無法采用比較電路進行測量，相位精密測量也有比較大的難度。為了保證電壓測量的準確，裝置采用電磁傳感器隔離測量，高壓信號經過處理后通過高精密的傳統電壓等級的傳感器，傳感器輸出經過信號調理后進行AD采樣。同時為了保證相位測量的準確性，測量采用基于正交法的同步測量。同步時間誤差小于2us，帶來誤差小于2′，對相位測量結果基本無影響。

測量桿原理框圖如圖2：

二、合環系統的分析

1.合環系統建模

10kV配網合環系統分析的基礎是潮流計算，通常的潮流計算的方式是根據給定的網絡結構及運行方式求出整個網絡的運行狀態，包含了系統各節點的電壓、電流以及線路上的功率分布和功率損耗等，整個系統是一個多元非線性代數方程組的求解問題。但是由于配網系統分布復雜，無法對系統參數進行準確的折算，因此網絡系統參數合理的等效折算以及網絡等效模型的建立是整個合環系統分析的關鍵，也是合環系統潮流計算的難點。

合環系統網絡模型如圖3所示，10千伏架空線路網絡結構一般為同一個220kV下經過不同110kV變電站，然后引出各條10千伏出線。因此我們可以對系統做如下圖所示等效：

如圖所示220kV線路經變壓器T0降壓到110kV，然后T1和T2共同一條110kV母線。變壓器T1降壓到10kV后給左側的10回出線供電，變壓器T2降壓到10kV后給右側的10回出線供電。中間兩回出線在線路末端通過斷路器連接。

系統合環后，系統功率重新分布，兩個變電站的負荷通過合環點相互轉移，達到一個新的平衡。在合環的整個過程中要求線路的三段保護裝置不動作，線路也不能過負荷。因此合環后流經合環點的電流大小直接反應了合環操作對系統的影響。

2. 合環穩態電流分析

合環后流過合環點的功率S合'與流經合環點的電流I合有如下關系：I合= S合'/3Up，其中Up為10kV線路的線電壓。由于S合'不方便直接從合環點測量,故無法直接作為判據。根據基爾霍夫電流原理，可以將合環電流I合視為疊加在系統中的環流。

合環前合環點兩端有電壓差ΔU，合環后形成的環流與ΔU滿足如下關系：I合=ΔU/Z，其中Z為環流流過的環路阻抗，包含T1變壓器阻抗R1+X1、合環線路阻抗ZLD1、ZLD2和T2變壓器阻抗R2+X2，即Z=R1+X1+ZLD1+ZLD2+R2+X2。

合環環流等效電路圖如下：

由于合環后形成的環流不流經合環線路之外的線路，故可以將110kV變電站除合環線路負荷之外的負荷進行轉移折算，將其折算成為一條負荷支路。故整個系統的模型可以進一步簡化。如圖5所示： SLD1和SLD2為合環下路負荷，S1為左邊變電站其余出線的負荷， S2為右邊變電站站其余出線的負荷。

3.合環判據分析

通過對系統模型分析簡化以及合環電流計算的研究，我們可以看出合環電流的大小與以下因素有關：

(1) 線路負荷情況;

(2) 線路阻抗;

(3) 變壓器變比以及阻抗。

配電網合環負荷模型的處理是根據配電網的負荷結構特點利用數學方法進行負荷轉移，提高系統建模時阻抗參數等效的精度，提高潮流計算的精度。

影響合環結果的三點因素最終體現在合環前合環點兩側的電壓差上，選取合環線路之后線路阻抗參數基本固定，因此在選取完合環線路之后，可以將合環點兩端線路的矢量電壓差ΔU作為合環判據。通過潮流計算軟件計算得到當前系統狀態下的合環電壓差ΔU以及合環電流，同時改變負荷參數仿真出當前網絡模型下允許最大合環電流對應的電壓差ΔUmax。