刍议电力系统合环操作与继电保护

摘要：本文以配电网中的合环操作内容为核心，研究了合环操作和继电保护间的相互协调、配合策略。结合本地区某变电站实际，计算验证了本文所提策略的有效性，对提高该地区配电网的合环操作具有指导意义。

关键词：电力系统;合环操作;继电保护;可操作性

概 述

随着科技的发展，各种生产设备和生活电器对供电电源的可靠性要求越来越高，电网在实际运行中采用不间断供电倒闸操作的情况越来越广泛。利用合环操作转供电重点解决的技术问题是研究电网合环、解环操作时潮流分布和相关继电保护、自动装置等配合带来的电网热稳定、暂态稳定问题。通过对电网正常运行方式下的合环潮流、短路电流、冲击电流的分析计算，对电网的10kV 解合环操作提出指导性意见，为解合环操作做风险评估。

一、电网合环操作基本内容分析

1.1 合环操作的基本概念

实际运行过程中，电网合环是指两个(或两个以上)变电站(作为电源点，它们可以是不同电压等级，也可以是同一个电压等级的)的低压母线各带自己的配电线路，配电线路之间存在联络开关(即闭环设计);正常运行时，联络开关处于断开状态，两个变电站的母线分别通过自己的配电线路进行送电(即开环运行);需要操作时，先合上联络开关，再断开相应变电站的出线开关，通过对侧变电站的低压母线为两段配电线路送电。

1.2 合环操作的典型模式

配电网络多采用辐射型、环式等网络结构方式。辐射型网络方式特点是:结构简单，可靠性较低，保护装置整定比较简单。环式和网格式等为有备用接线方式，具有较高的可靠性，但相对接线复杂，运行起来较为复杂。正常运行时联络开关一般处于断开状态，以开环方式运行。当某侧停电时，联络开关闭合，由另一侧供电，该操作过程即属于合环操作过程。根据合环点的联络开关 图1 配电网合环模式分类示意图 所在网络结构，可大致分为三类，如图1所示。

(1)同一变电站同一区域的馈线合环

图1 中联络开关m1 的合环操作属于这种情况，母线Ⅰ和母线Ⅱ都属于变电站A，由同一条110kV 母线供电，它们之间直接通过母联开关进行合环操作，这类合环操作相对比较简单、安全些。即使高压网出现故障，通过母联开关进行合环操作也不会出现差错，属于保守合环情况，比较安全。

(2)同一变电站来自不同区域的馈线合环

图1 中联络开关m2 的合环操作属于这种情况，母线Ⅱ和母线Ⅲ都属于变电站A，但它们的上一级电源来自不同的分区，它们之间直接通过母联开关或联络开关进行合环操作。

(3)不同变电站的馈线合环

图1 中联络开关m3 的合环操作属于这种情况，母线Ⅲ属于变电站A，另一端母线Ⅳ属于变电站B，馈线间通过联络开关进行合环。由于不同变电站上级网络和所带负荷存在较大差异，这种合环操作存在一定风险。

1.3 合环电流产生的原因

配电网络进行合环操作时，合环线路两侧电源一般处于分列运行状态，但它们的上级电源(或者更上一级)应该是并列的。合环电流产生的原因如下(以10kV 配网合环为例)：

(1)合环开关两侧变电所10kV 母线的电压差(数值差、相位差)产生环流。文献[21]中指出，如果两侧变电所10kV 母线对系统的短路阻抗比较接近，这一环流可以用两侧变电所10kV 母线的电压数值差除以合环线路的阻抗计算出近似值，用这种近似方法计算一般与实际值的

误差在20%以内。

(2)合环开关两侧变电所10kV 母线对系统的短路阻抗不同产生环流。合环操作时，合环开关两侧变电所的10kV 母线电压数值即使相同，但对系统的短路阻抗差异较大时也会产生很大的环流，这一环流是造成合环操作失败的另一原因。

综上，配电网馈线间进行合环操作时，必然要经历一个暂态过程。这是由于断路器闭合前合环两侧存在电压差△U≠0， 而当断路器闭合时，两端的电压差发生突变，并列合环断路器两侧电压突然变为大小相等，相角差为0，也即△U=0，这必然引起环内各个节点电压大小和角度的相应变化，连接于环上节点发电机的电势和角度也将产生变化。

二、合环操作与继电保护的协调配合策略

根据我局电网调度规程，分区运行的电网在合环时应满足“同一系统下、相位正确，电压差在20%以内”三个条件，在合环操作前，应了解两侧系统的电压情况，考虑合环点两侧的相角差和电压差，以保证合环时潮流变化不会引起继电保护误动作。合环操作中，应考虑合环操作带来的潮流变化。这可结合上一级电网的运行情况、网络参数、原有负荷情况以及运行经验来估算合环点两侧的电压。

2.1 以继电保护为主体且合环操作从属的配合策略

这样的策略是指以继电保护为第一目标，完成合环操作的过程必须考虑继电保护的影响，合环操作必须适用于继电保护的要求。在二者相互关系上，合环操作处于从属地位，继电保护处于主导地位。此时继电保护的定值不需要调整、压板投退等动作不需要改变，而要求合环操作作为配合对象，让合环操作去调整相应的合环内容，包括是否合环操作、合环时间以及合环地点的选择、合环前的负荷调整、合环前的其它线路投/退配合等。此时，合环操作不一定是必须完成的电网行为，必要时可以取消预期的合环操作计划。如果是必须要进行的合环操作，但为了保证合环操作的安全性，保证供电的连续性，保证不发生大范围的停电事故，在合环操作前应给予协调配合，在某些方面进行调整，比如选择合适的时机，或者调整电网内的可调节设备，如电容器、电抗器、变压器分接头等装置，改变电网潮流分布，使得合环稳态电流或者冲击电流较小，从而满足继电保护的要求，完成合环操作。

2.2 合环操作时继电保护的调整分析

针对1.2 节的典型合环模式，安顺电网主要是第二、三两种模式，多端供电的合环问题目前还不常见，下面就后两种合环模式进行合环操作与继电保护的配合分析，给出继电保护的调整方法。以图2 所示的普通环形网络的合环模型为例，结合不同故障类型，对上述的2 个策略进行实例化分析。

如图2 所示，母线1、母线2 属于同一变电站的不同母线，它们是同一个电压等级。正常方式下，离合环点的联络开关最近的2 个断路器Z1、Z2 带保护， 由此向电源点方向的其它出线断路器也都带有保护，

图2 用于说明保护协调策略的示意图

其定值已根据电网运行状态进行了校验计算，整定完毕。相应的断路器一般设有备自投装置。

2.3 采用此种策略保护行为及产生后果的分析

若断路器Z5 处发生瞬时性故障，最近的两个断路器Z1、Z2 应瞬时动作，将故障切除，此时合环操作失败，线路供电得以保证，防止了事故范围的扩大。由于断路器Z1、Z2 己经瞬时动作，其余的出线断路器均不动作，继电保护选择性得到了保证。如果断路器Z1、Z2 安装了重合闸，达到整定时间后会重合成功。目前大部分变电站实行无人值班，进行保护及重合闸的调整，必然加大工作量。

三、结语

本文从合环操作和继电保护协调配合的角度，分析了合环操作的典型模式，以及合环电流产生的原因。本文对合环操作和继电保护协调配合采用了以继电保护为主体，合环操作从属配合的策略，给出了该策略的配合条件、适用场合，并结合典型合环模式，从该策略对合环操作与继电保护的配合进行了分析。正常操作时，合环时间可以控制很短。在这么短的时间内，虽然出现故障的机率非常小，但还是有可能出现，进行适当的继电保护配合则可以有效避免该问题。

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