10kV配电网合环转电风险评估方法研讨.doc

工程硕士学位论文 10kV 配电网合环转电风险评估方法研究 作者姓名唐 鹤 工程领域电气工程 校内指导教师蔡泽祥 教授 校外指导教师倪伟东 高级工程师 所在学院电力学院 论文提交日期2012 年 10 月 18 日 Research on Loop closing Risk Assessment for 10kV Distribution Network A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate Tang He Supervisor Prof Cai Zexiang Senior Engineer Ni Weidong South China University of Technology Guangzhou China 分类号 分类号 学校代号 学校代号 10561 学学 号号 200920203912 华南理工大学硕士学位论文 10kV 配电网合环转电风险评估方法研究 作者姓名 唐 鹤 指导教师姓名 职称 蔡泽祥 教授 倪伟东 高级工程师 申请学位级别 工程硕士 工程领域名称 电气工程 论文形式 产品研发 工程设计 应用研究 工程 项目管理 调研报 告 研究方向 电力系统保护 控制与自动化 论文提交日期 年 月 日 论文答辩日期 年 月 日 学位授予单位 华南理工大学 学位授予日期 年 月 日 答辩委员会成员 主席 委员 华南理工大学华南理工大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 即 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学 学校 有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许学位 论文被查阅 除在保密期内的保密论文外 学校可以公布学位论文的全 部或部分内容 可以允许采用影印 缩印或其它复制手段保存 汇编学位 论文 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 本学位论文属于 保密 在 年解密后适用本授权书 不保密 同意在校园网上发布 供校内师生和与学校有共享协议的 单位浏览 同意将本人学位论文提交中国学术期刊 光盘版 电子杂志社全 文出版和编入 CNKI 中国知识资源总库 传播学位论文的全部或部分内 容 请在以上相应方框内打 作者签名 日期 指导教师签名 日期 作者联系电话 电子邮箱 联系地址 含邮编 摘 要 科技的发展和人民生活水平的不断提高 促使用电客户对电能质量的要求越来越 高 供电的间断性对生产生活的影响也越来越大 在客户需求的推动下 保证用户的 不间断供电显得尤为重要 为提高配电网的供电可靠性 佛山配网调度开始尝试不停 电转供电 配电网自身存在 不可观 不可测 的特点 且不停电转电受到的影响因素较多 包括合环开关两侧电压差 相角差 配电线路复杂的运行参数 主网运行方式调整不 可预知性等 上述因素使不停电转电的合环条件出现多种复杂状况 一旦条件不足 可能使合环操作中产生过大环流 引起配电线路过流保护误动 影响正常的客户的正 常供电 目前 国家电网和南方电网以及国外对配电网的不停电转工作开展了大量的 探索 主要研究方向一般集中在理论计算的范畴 方法较为单调且定量计算结果与实 际合环结果相差较大 可能出现对合环决策的误导 本课题结合佛山电网实际 主要有以下几方面的研究 1 从地区电网结构特点入手 分析并提出 10kV 合环转电操作的方式 并在此 基础上研究不停电转电的计算模型 在实际的应用过程中将合环转电计算模型进行不 断简化 将大量参数的定量计算转化成为简化网络的定量计算和可能造成的后果 损 失 与发生概率的乘积作为合环转供电风险评估提供决策参考 2 全面掌握佛山 10kV 电网合环操作情况 通过分析大量数据 提出六类合环 计算方案 根据不同方案计算合环成功率 整体评估佛山 10kV 电网合环操作风险 3 阐述合环转电的影响因素 给出一些有意义的定量条件 并且通过分析日常 合环工作遇到的问题对风险的各个要素进行逐渐修正持续改进 提出符合佛山实际的 10kV 电网合环操作风险的个体评估方法 极大完善了传统的 10kV 合环操作的风险评 估方法 使评估出来的风险值可以为合环转供电作决策的服务 关键词 合环 风险评估 配电网 ABSTRACT With the rapid development of technology and people s living standard a higher demand of power quality for the electricity customers is required and the power intermittence will impact on production and life seriously more and more Therefore it is particularly important to ensure the continuity of power supply to the customers In order to improve the reliability of the distribution network power supply Foshan distribution network dispatch began to try loop closing operation Owing to the unobservable distribution network many factors such as the voltage and phase angle differences between the loop closing switch the complex operating parameter of the distribution line and the unpredictability of changing the main power network operation modes will affect the loop closing operation The above factors would result in complexity to the loop closing operation and maybe produce huge circulating current and lead to malfunction of the overcurrent protection of the distribution lines and then affect the power supply for the customers Currently State Grid and China Southern Power Grid as well as abroad grids develop much exploration on loop closing operation generally concentrating in the areas of theoretical calculations The exploration methods are generally monotonous and the results differ considerably from the quantitative calculation and actual loop closing result These differences may result in misleading decision to loop closing operation This paper does research on the Foshan power grid situation mainly includes 1 Starting from the structure characteristics of regional power network this paper analyzed and presented 10kV loop closing operation types Based on it the paper proposed calculation model of the loop closing operation and the calculation model can be simplified in actual application which can simplify the quantitative calculation of large parameters to quantitative calculation of the simplified network and provide references to loop closing risk assessment through the possible consequences multiplied by the probability of occurrence 2 According to the situation of Foshan 10KV Distribution network and the mass data analysis it presented six types of loop closing calculation program and calculate the success rate of different loop closing programs to estimate the loop closing operational risk assessment for Foshan 10KV Distribution network integrally 3 It stated loop closing influencing factors and then gave some meaningful quantitative conditions to loop closing operation Combined with engineering practical problems this paper gave gradual correction to the various elements of the risk assessment and proposed suitable risk assessment methods to Foshan 10KV network loop closing operation which could provide advice and help for promoting the loop closing work Key words Loop closing Risk Assessment Distribution Network 目目 录录 摘 要 1 目 录 1 第一章 绪 论 1 1 1 研究意义 1 1 2 研究现状 2 1 3 本文主要研究内容 3 第二章 佛山电网 10kV 合环转电影响因素分析 5 2 1 10kV 合环方式的分类 5 2 2 10kV 合环转电影响因素分析 8 2 2 1 合环网络等值 8 2 2 2 合环稳态电流计算模型 9 2 2 3 合环冲击电流 11 第三章 佛山电网 10kV 合环风险整体评估 13 3 1 佛山电网合环情况 13 3 1 1 合环点阻抗情况 13 3 1 2 合环方式分布 16 3 1 3 馈线载流量统计 17 3 2 合环计算条件 18 3 2 1 电压向量范围 18 3 2 2 不同合环方式母线电压相角差范围 20 3 3 合环成功率计算分析 21 3 3 1 方案一 22 3 3 2 方案二 22 3 3 3 方案三 23 3 3 4 方案四 24 3 3 5 方案五 24 3 3 6 方案六 25 3 3 7 结论 26 3 4 环路阻抗对合环成功率影响分析 26 第四章 佛山电网 10kV 合环操作风险个体评估 28 4 1 合环操作风险评估量化 28 4 2 风险值计算方法 28 4 2 1 后果值 28 4 2 2 概率值 29 4 3 风险的控制 31 4 4 简化网络潮流计算 31 4 5 应用实例 36 结 论 38 参考文献 39 攻读硕士学位期间取得的研究成果 40 致 谢 41 第一章 绪 论 1 1 研究意义 社会和经济的快速发展对创建国际先进供电企业提出新的挑战 按照国家电监会 网省公司有关供电可靠性管理工作指导意见 始终坚持以 提高供电可靠性 为总抓手 以客户为中心 在基础管理 规划建设 综合停电 运行维护 需求侧管理 技术进 步六个领域不断提高供电可靠性管理水平 减少客户停电时间 有效支撑客户满意度 在降低用户平均停电时间和停电次数的年度目标压力下 局制定客户停电时间指标 层层分解下达到区供电局和供电所 并纳入考核 求真务实开展客户停电时间统计和 分析 不断提升客户停电精细化管理水平 配电网建设按 主干配 配网目标网架建设 策略开展配网规划 统筹规划 10kV 出线间隔使用 科学合理划分供电分区 杜绝跨区 供电现象 供电分区主干网目标网架能够满足发展需求 按主干线分段原则 在 10 千 伏线路上合理安装分段开关 分支线开关 确保 10kV 线路全部分段 合理控制 10kV 线路供电半径 控制 10kV 分支线长度 规划解决 10kV 线路 分支再分支 情况 严格 执行转供电管理有关规章制度 按照 能转必转 的原则 具备转供电条件的线路停电 必须实行转供电 转供电率达到 100 深入推广 10 千伏线路合环转电 加强线路环 网点管理 编制环网线路相序对应情况表 利用停电转供电机会确认环网两侧线路相 序一致性 定期公布具备合环转电条件的线路清单 加强转供电统计分析 每月定期 统计转供电率 合环转电比例和短时停电转电操作时间 通报转供电工作完成情况 分析转供电工作对供电可靠性指标的影响 同时对转供电率指标进行考核 开展供电 可靠性精益化管理研究 创新综合停电时户数管理机制 促进年度时户数预控更加科 学合理 每月定期召开停电协调会 合理安排月度停电计划 月度停电计划必须来源 于年度停电计划 没有列入年度停电计划的 严格执行非月度计划管理流程 每月计 算下月停电计划影响的时户数 做到 先算后停 但同时 电网中运行设备的日常检 修维护和各类原因造成的故障仍对供电可靠性造成严重影响 调度部门一直采用 先解 环后合环 的方式进行配网间的负荷转移 这样势必会造成客户的间断性供电 导致用 户停电时间和停电次数的增加 同时降低了配电网的供电可靠性 随着配电网的日益 发展 配网网架日益趋于成熟 各种环网方式在配网中普遍使用 但由于系统短路阻 抗受限国内配网往往采取了开环运行的方式 完全具备合环转电操作的实施条件 合 环转电操作可大大地减少用户的停电次数 已经得到逐步应用 佛山配电网同样面临高标准的供电可靠性和保证重要用户的不间断供电的要求 尝试合环转供电势在必行 因合环开关两侧电压差 相角差 配电线路复杂的运行参 数 主网运行方式调整不可预知性等原因 可能使不停电转电操作中环路中产生过大 环流 引起配电线路过流保护误动 调度人员掌握的技术分析手段也十分有限 进行 不停转电操作时 只能依靠以往经验 没有系统的理论计算和评估标准 存在着一定 的操作风险 为了满足佛山供电局创国际先进 国内领先供电企业对调度运行工作的 发展需要 在确保电网安全运行的同时 提高供电可靠性 提升客户服务水平 佛山 地区在减少用户停电次数和用户停电时间上进行积极的探索和研究 随着佛山地区配 电网的日益发展 配电线路间采用 手拉手 N 1 以及 N 供一备 等环网接线结构 平 时运行时线路间又是独立的开环运行 配网现况已经具备不停电转电操作的实施条件 不停电转电操作将大大地减少用户的停电时间和停电次数 将大大的提升佛山局供电 可靠性 为全面推行配电网合环操作 最大限度的保证配电网的安全 需全面进行 10kV 配电网合环转供电的风险评估和分析 为不停电转电操作提供理论依据以及指导 以期提高合环转电的成功率 从而有效提高供电可靠性 1 2 研究现状 配电网是一个错综复杂的网络 它不像输电网互联互通 每一个配电网网架单元 就是一个互通互联的网络 网架单元下负荷点数目分层级分配 从主干线到分支线到 配变呈放射状分布 1 4 随着地区配电网的日益发展 配电线路主干线路间采用 手拉 手 N 1 以及 N 供一备 等环网接线结构为保证系统短路阻抗可控一般采取线路间独 立的运行方式 配电网不停电转电是指两个变电站或者开关站的 10kV 馈线之间通过分 段及联络开关进行负荷转移的过程 正常运行时运行线路间的环网开关处于断开的状 态 两条 10kV 馈线各自供供电范围的负荷 当其中某条 10kV 馈线的负荷由于检修以 及网络受限等原因需要转移 通过合上线路间的联络开关断开分段开关的方式进行操 作 传统的电力系统调度规程 合环操作一般有如下基本操作原则 转供电线路电源 来自同一 220kV 变电站 稳态运行时线路的总电流不大于供电线路的额定载流量 相 应的保护装置投退及定值更改已按方式单要求完成 确认母线电压差小于 5 如果母 线电压差大于 5 联系监控调整母线电压差至 5 以内 以保证合环潮流不会引起继 电保护动作等 在实际的不停电转电操作中 除了上述原则调度人员掌握的技术分析手段有限 主网的运行方式由于网络互联互通的特点 灵活多变 两条 10kV 馈线在主网方式调整 前属同一片区 在主网方式调整后可能就不满足合环条件了 变电站及开关站母线负 荷每日不同时段都是连续变化的 母线的电压和相位会受负荷的影响 合环转电操作如果不按照方式单安排有计划进行可能存在较大的操作风险 设备 过载 继电保护误动 短路电流超标这些情况都可能因合环潮流过大而出现合环过程 中短时的电磁环网引起主网的保护误动等 合环转电失败不仅会影响电网和设备的安 全稳定运行 而且会波及更多的客户供电受到影响 传统的做法是采用 先停后转 的 方式进行负荷转移 虽然损失了部分可靠性 以保证电网的安全和客户的有计划供电 目前 国网和南网以及国外的一些电力公司正在对配电网的不停电转电开展了一 些探索 主要进行了理论计算和合环过程仿真研究 也开发过一些合环过程计算软件 5 14 其中文献 5 针对吉林配网频繁的负荷转移开发了配电网合环操作决策支持系 统 文献 6 将配电网合环安全性分析系统的计算结果 电力系统分析综合程序 PSASP 计算结果与实际电流分别进行了比较 提出了配电网合环安全性分析系统的改进方向 文献 8 结合深圳电网特点 采用基于数据采集与监视控制 SCADA 系统的配电网合环 操作风险评估系统的计算结果相对比 得出具有较高准确性的结论 并对系统的前景 做了展望 文献 9 以杭州某 10kV 配网的合环操作为例 利用 PSCAD EMTDC 软件搭 建系统仿真模型 探索了几种减小合环电流的方法措施 归纳起来 配电网的合环转电操作主要存在以下几个问题 1 配电网部分运行参数通过现有的技术手段还无法获得 不停电转电过程中 通过数据采集与监视控制 SCADA 系统仅采集到 10kV 母线的电压和各条馈 线的电流 母线及馈线间相角数值及差值无法采集 2 配电网环网点经常设置的不合理 不停电转电工作的开展对规划设计时合理 设置环网点位置提出更高的要求 不停电转电对于配网及上一级电网运行方 式有着严格要求 复杂的配电网结构对合环条件也提出严格边界条件 3 社会经济的高速发展对供电可靠性要求仅依靠运行人员经验难以满足 1 3 本文主要研究内容 在不停电转电操作推进过程中 各地的供电企业都进行了不同程度的探索 完善 的理论研究和操作规程尚未形成 在全网全国也未有相关的标准出台及推广 本课题 主要针对网内国内现状以及佛山的实际情况进行了相关的研究 主要内容包括 1 从佛山现有的配电网结构入手 分析并提出 10kV 不停电转电操作的模式 建立不停电转电计算模型 在实际的应用过程中将合环转电计算模型进行简化 将大 量参数的定量计算转化成为简化网络的定性计算为合环转供电风险评估提供决策参考 2 全面掌握佛山 10kV 电网合环操作情况 通过分析大量数据 提出六类合 环计算方案 根据不同方案计算合环成功率 整体评估佛山 10kV 电网合环操作风险 3 根据合环影响因素 提出 10kV 电网合环操作风险的个体评估方法 使本 文的风险评估方法具有更丰富的应用性 极大完善了 10kV 合环操作的风险评估方法 第二章 佛山电网 10kV 合环转电影响因素分析 高标准的供电可靠性和保证重要用户的不间断供电的要求 配电网在设计和建设 中采用 手拉手 N 1 以及 N 供一备 等环网接线结构 而在运行过程中受系统短路电 流等因素的影响一般采取开环运行的方式 在这种情况下为保证对用户的可靠供电 除采取合理的结构 严把挂网运行设备质量关等措施外 仍然会遇到设备检修或负荷 需要转移时 不停电转电便成了减少用户停电次数提高供电可靠性的重要措施 变电站及开闭所 10kV 母线馈线之间的合环转电操作提高了供电可靠性 但由于配 电网接线比较复杂 负荷随机性大等特点 10kV 合环转电操作受到众多因素的影响 本章结合佛山电网对变电站及开闭所 10kV 母线馈线之间的合环转电操作进行了分类 分析各类方式的特点 建立 10kV 合环等值模型和合环冲击电流等值模型 并深入分析 合环稳态潮流计算 得出 10kV 合环转电操作的影响因素 2 1 10kV 合环方式的分类 变电站变低母线 10kV 馈线之间的合环是目前降低配电网停电次数和停电时间的重 要手段 准确分析 10kV 合环方式的类型 分析合环对电网拓扑的改变时正确计算潮流 的关键 本节主要结合佛山地区变电站变低母线 10kV 馈线之间合环的实际情况 从拓 扑结构上对 10kV 合环方式进行了分类 主要包括以下 8 种 1 方式一 相对独立的220kV电网 220kV主变10kV馈线与110kV主变10kV馈线 之间存在环网关系 220kV 10kV 110kV 220kV 图 2 1 2 方式2 相对独立的220kV电网之间跨110kV主变的10kV馈线间存在环网关系 110kV 220kV 10kV 220kV 10kV 110kV 图 2 2 3 方式3 相同110kV电源 不同线变组供电的10kV馈线间存在环网关系 220kV 10kV10kV 110kV 图 2 3 4 方式4 相同110kV线路 不同主变之间的10kV馈线间存在环网关系 1 220kV 10kV10kV 110kV 2 图 2 4 5 方式5 相同主变 不同10kV馈线间存在环网关系 10kV 1 图 2 5 6 方式6 相同馈线 不同支线之间存在环网关系 线路自环 10kV 1 图 2 6 7 方式7 相同的220kV电源 220kV主变10kV馈线与跨110kV主变10kV馈线 之间存在环网关系 220kV 10kV 110kV 10kV 1 2 图 2 7 8 方式8 相对独立的220kV电网之间的10kV馈线间存在环网关系 220kV 10kV10kV 220kV 图 2 8 2 2 10kV 合环转电影响因素分析 从 10kV 配电网环网点的结线方式的分类来看 其影响因素主要包括两类 1 以 环网点两侧 10kV 母线为参照点 上一级电网的的运行方式 2 10kV 馈线的运行参数 2 2 1 合环网络等值 在不停电转电合环操作前 15 保留环网开关两侧节点 i 和 j 利用网孔等值方法 对外网作等值 等值后的电路如图 2 9 所示 由 2 个节点和三条支路组成 包括两条 对地支路 Zi0 Zj0 分别串联等值电源和一条节点 i j 之间串联的支路 Zij 由于配电网 中 10kV 母线电压通过数据采集与监视控制 SCADA 系统获得 相角可以通过调度员潮 流间接估算 因此 无需计算等值电动势 其中 Zij 即为影响端口 i j 之间的戴维南等 效电路的等值阻抗 假设其值为 对合环方式 1 对合 XT Z 外网等值阻抗合环主变 Z ZZXT 环方式 2 至 5 方式 7 8 对合环方式 外网等值阻抗合环主变合环馈线 ZZZZXT 6 根据理论分析 一般 即 合环馈电支线 ZZXT 合环主变外网等值阻抗 ZZ 可用代替 但对于低阻变 应根据 10kV 母线的最大短路电 外网等值阻抗合环主变 Z Z 合环主变 Z 流折算其 外网等值阻抗合环主变 Z Z 合环开关 iE i0 Z ij Z jE j0 Z ACAC i j 图 2 9 合环点等值电路 在电网实际运行过程中 由于变压器 线路等电气元件参数匹配不合理 会在合 环形成的环网内产生功率环流 可采用叠加定理分析这一循环功率 如图 2 10 所示 合环前相当于一个无穷大等值电阻并联于节点 i j 之间 合环时 相当于一个并联 Z 小电阻增加在节点 i j 之间 有源网络 Z k Z S iS ij S i S S iS j S Z i j i Sj S ij U i j S k Z 有源网络无源网络 图 2 10 利用叠加定理的合环等值电路 根据叠加定理 合环后的线路潮流由两部分叠加而成 一部分为合环前线路的初 始潮流 另一部分由合环开关两侧电压向量差引起的均衡潮流 当合环前两侧 ijU S 线路潮流为零时 节点 i j 之间的潮流即为纯粹的均衡潮流 图 2 11 中的端口戴维南 等值阻抗即为图 2 10 中的 故环路的总阻抗 以为参考 ZkZij jXR kij ZZZ j U 向量 为合环开关两侧的电压相角差 均衡潮流 可以推导出 ij QjPS 2 1 22 sin cos XR XUUUURU P ijjijijij 2 2 22 sin cos XR RUUUUXU Q ijjijijij 2 2 2 合环稳态电流计算模型 在配电网中 10kV 母线电压通过数据采集与监视控制 SCADA 系统获得 相角可 以通过调度员潮流间接估算 而在实际的合环操作中很难直接获得环网点开关两侧的 电压幅值 需根据 10kV 母线电压以及馈线电流引起电压降落来计算环网点的两侧的电 压 为了分析 10kV 配网合环转电合环操作时线路潮流 将 10kV 配网合环转电各种 方式归纳等值电路如图 2 11 所示 1 U 1T X 11L X 11L R 10 I 2T X 2 U 21L X 21L R 20 3 0 I iU jU 10 5 0 I 10 3 0 I 10 2 0 I 10 8 0 I 10 5 0 I 20 I 20 7 0 I 20 1 0 I 20 2 0 I 20 2 0 I 13L X 12l X 12L R 13L R 22L X 22L R 23L X 23L R 图 2 11 等值网络 已知以下参数 A 侧相关的参数 主变等值阻抗 可由地区电网继电保护整定方案提供 母线 1T X 电压 A 站第一 二 三段 10kV 馈线阻抗分别为 1 U 11L X 11L R 12l X 12L R 13L X 10kV 馈线阻抗 线路初始电流 功率因素 B 侧相关的参数 主变等值阻 13L R 10 I 1 cos 抗 母线电压 B 站第一 二 三段 10kV 馈线阻抗分别为 2T X 2 U 21L X 线路初始电流A 功率因素 21L R 22L X 22L R 23L X 23L R 20 I 2 cos 由上述参数可知 馈线 1 初始电流 2 3 sin cos 11101110 10 jIII 馈线 2 初始电流 2 4 sin cos 22202220 20 jIII 根据电路原理可知 2 5 5 0 8 0 131310 1212101111101 LL LLLLi jXRI jXRIjXRIUU 2 6 2 0 3 0 232320 2222202121202 LL LLLLj jXRI jXRIjXRIUU 合环两侧电压差异引起的环流 2 7 Z UU I ji 3 环 合环后流经馈线 1 出线开关的电流 2 8 10 1环 III 合环后流经馈线 2 出线开关的电流 2 9 20 2环 III 2 2 3 合环冲击电流 在配电网不停电转电操作时 我们不仅需要分析合环过程稳态潮流对电网安全稳 定运行的影响 而且需要考虑环网点开关闭合的瞬间冲击电流对电网和设备运行的影 响 环网点开关闭合的瞬间电流最大可能的瞬时值称为合环冲击电流 冲击电流通常 幅值较高而持续时间较短 计算合环暂态冲击电流单相等值电路如图 2 12 所示 E EmaxSin wt XT RT 图 2 12 冲击电流单相等值电路 A 相激励电压 电路的非齐次微分方程为 1 3 30 U E 合环电流完全表达式为 2 sin max dt di LRitE 2 10 R L t LR E R L LR E eti L Rt 1 222 max1 222 max tansin tansin 从式 2 10 可知 合环电流由周期分量和非周期分量两部分叠加组成 当已知 时 合环电流周期分量的幅值随电路参数变化而变 呈指数规律单调衰减的直流即为 非周期分量 当环网点开关闭合的瞬间非周期分量刚好为零时 15 即环网点开关闭合 的瞬间在零冲击电流的情况下立即进入稳态 通过合环冲击电流的最大瞬时值与非周 期分量的初始值及其衰减速度的关系 以及非周期分量的初始值与合环时等值电动势 的初相角的内在联系 可以推断出冲击电流的衰减速度则与电路中电阻和电抗比值有 关 因此 合环冲击电流的最大瞬时值是由合环时等值电势的初相角和电路中电阻和 电抗比值共同决定 第三章 佛山电网 10kV 合环风险整体评估 通过对佛山电网五个区局的统计 佛山电网一共有 1426 个合环点 本章主要介绍 合环点的整体状况 根据上一章的计算模型 全面分析合环操作的具体影响因素 由 大量的实际参数出发 提出合环计算的六类方案并进行计算 对佛山电网 10kV 合环操 作进行风险评估 3 1 佛山电网合环情况 3 1 1 合环点阻抗情况 合环点阻抗情况主要包括 10kV 归算阻抗 馈线阻抗 合环总阻抗以及合环两侧主 变阻抗差 合环两侧馈线阻抗差等几个方面的阻抗分布情况 通过计算上述阻抗的平 均值 最小值 最大值以及各自对应的阻抗角的平均值 最小值 最大值以及各种阻 抗的分布示意图来反映合环点阻抗的总体分布情况 具体结果如表 3 1 和图 3 1 中的系 列图所示 表 3 1 各种阻抗值及其对应的阻抗角情况 最大值最小值平均值 阻抗角 最大值 阻抗角 最小值 阻抗角 平均值 10kV 母线归算 阻抗 大方式 0 70 210 3158 10kV 母线归算 阻抗 小方式 1 170 30 4391 馈线阻抗 一侧 2 76450 0050 4717909 6359 39 馈线阻抗 二测 6 86650 006240 4942902 0463 42 合环总阻抗 大方式 6 76270 41441 59389044 276 18 合环总阻抗 小方式 7 07510 48251 7999048 7177 86 合环两侧 10kV 母线归算阻抗差 大方式 0 700 06894 合环两侧 10kV 母线归算阻抗差 小方式 1 1700 1838 合环两侧馈线阻 抗差 4 468700 34290050 77 10kV母线归算阻抗 大方式 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 050010001500200025003000 欧姆 系列1 a 10kV母线归算阻抗 小方式 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 1 4 050010001500200025003000 欧姆 系列1 b 馈线阻抗 一侧 0 1 2 3 4 5 6 050010001500 欧姆 系列1 c 馈线阻抗 二测 0 1 2 3 4 5 6 7 8 050010001500 欧姆 系列1 d 合环总阻抗 大方式 0 2 4 6 8 10 12 050010001500 欧姆 系列1 e 合环总阻抗 小方式 0 2 4 6 8 10 12 14 050010001500 欧姆 系列1 f 图 3 1 合环点各类阻抗的阻抗值分布图 从表 3 1 和图 3 1 的分析可得出如下结论 1 佛山电网各 10kV 归算阻抗分布较均匀 大方式下绝大部分阻抗集中在 0 3 0 4 欧姆姆左右 小方式下阻抗集中分布在 0 3 0 6 欧姆姆之间 合环点两侧 10kV 归算 阻抗比较对称 差值较小 绝大半部分分布在 0 0 1 欧姆姆之间 因此 10kV 合环点两 侧的 10kV 母线的电压差异 幅值 相角 主要取决于两主变的负荷情况 2 合环点两侧 10kV 合环馈线阻抗分布波动较大 最大值达6 8665欧姆 最小 值仅为 0 00624 欧姆 但一侧大部分馈线阻抗都在 2 欧姆以下 馈线阻抗角大部分集 中在 40 度到 90 度之间 极少数在 20 度到 40 度 主要是截面为 25 70 之间的电缆线 路 二侧馈线阻抗差大多集中在 3 欧姆以下 阻抗差的阻抗角主要分布在 40 90 度之 间 因此馈线阻抗与馈线负荷情况对合环点两侧的电压差异都有贡献 即如果两馈线 负荷较均衡的情况下 有可能由于两馈线的阻抗差异而可能产生较大的电压差异 进 而产生合环电流 3 合环总阻抗在大 小方式下均主要集中在 4 欧姆以下 阻抗角集中在 60 90 度之间 3 1 2 合环方式分布 根据对佛山供电局提供的数据的统计 佛山 10kV 电网共计 1426 个可合环点的各 种合环方式分布如表 3 2 表 3 3 和表 3 4 所示 表 3 2 合环方式分布情况 区局 方式 1 方式 2 方式 3 方式 4 方式 5 方式 6 方式 7 方式 8合计 禅城24203198629228432697 高明1127108512064 南海610311345210216315 三水4151727170216107 顺德43792393502016243 合计393594471831737158601426 所占百 分比 2 725 231 412 812 10 511 14 2100 从表 3 2 中可以看到 按合环方式的分类统计 佛山电网变电站变低母线 10kV 馈 线之间的合环方式主要是方式 2 和方式 3 占所有合环点的 56 6 方式 4 方式 5 和 方式 7 分别占 12 8 12 1 和 11 1 而方式 1 和方式 8 所占比例不到 10 其中方 式 6 最少 仅有 7 个合环点 表 3 3 各区局内部各方式分布情况 区局方式 1 方式 2 方式 3 方式 4 方式 5 方式 6 方式 7 方式 8 合计 禅城3 4429 1228 418 9013 200 2912 054 59100 高明1 561 5642 1815 6312 507 8118 750100 南海1 9032 7035 8714 296 6706 671 90100 三水3 7414 0215 8925 2315 89019 6314 95100 顺德1 6515 2337 8616 0514 4008 236 58100 表 3 3 从各个区局的合环点情况反映合环方式分布 从中表明 禅城局的 10kV 合 环方式与佛山电网整体分布一致 高明局主要以方式 3 为主 其次是方式 4 方式 5 和 方式 7 其他合环方式仅占 11 左右 其中没有方式 8 的合环点 南海局合环点主要 以方式 2 和方式 3 为主 占整个区局合环点的 68 其次是方式 4 其他几类合环方 式所占比例很小 三水局的合环方式分布比较均匀 除方式 1 和方式 6 以外 其他方 式所占比例相差不大 顺德局主要以合环方式 3 为主 方式 2 方式 4 方式 5 各占 15 左 右 其他四中合环方式所占比例在 17 以内 表 3 4 各区局合环点数目占总数的百分比 区局禅城高明南海三水顺德 百分数 48 884 4922 097 5017 04 表 3 4 显示佛山电网所有 1426 个合环点中 各个区局的合环点分布情况 从表中 看到 禅城局的合环点数据最多 占整个佛山电网的 49 其他依次为南海局 顺德 局 三水局和高明局 3 1 3 馈线载流量统计 佛山电网存在环网关系的馈线载流量总体分布情况如图 3 2 所示 各环网馈线的 最大载流量为 633A 最小载流量为 200A 由载流量总体分布图可以看出馈线的载流 量大多分布在 350 450A 之间 载流量分布 0 100 200 300 400 500 600 700 050010001500200025003000 A 系列1 图 3 2 佛山电网合环馈线的载流量总体分布 3 2 合环计算条件 根据第二章的分析可知 合环两馈线所在的 10kV 母线的电压差异 包括幅值差和 相角差 合环总阻抗 馈线的阻抗及馈线所带的初始负荷 影响着合环电流的大小 在系统接线方式确定的情况下即线路参数不发生改变的情况下 合环的总阻抗 两条 馈线的阻抗就固定不变 可以改变的参数只有随系统运行方式改变而变化的两馈线所 在的 10kV 母线的电压和所供的负荷 在佛山电网 10kV 合环计算中 具体参数来源如 下 1 外网等值阻抗采用佛山电网 2010 年变电站变低母线归算阻抗 2 馈线阻抗采用佛山电网变电站变低母线负荷普查数据中提供的馈线阻抗 包括 线路长度 线型 分段情况 3 馈线负荷采用佛山电网变电站变低母线负荷普查数据 有最大负荷电流 最小 负荷电流 平均负荷电流三种 4 馈线分支电流采用佛山电网变电站变低母线负荷普查数据中馈线分支配变容量 折算系数 由于无法从 BPA 潮流数据中提取所有 110 站点的 10kV 母线信息 仅有的数据包 括各个 220kV 站点内的 10kV 电压向量 因此 需要对 10kV 电压做一个合理的估计 3 2 1 电压向量范围 根据 BPA 潮流数据得知 目前佛山地区共有 29 个 220kV 等值站点 其中包含的 10kV 母线数据如表 3 5 所示 表 3 5 佛山电网 220 站点 10kV 母线电压 站点10kV 母线相角10kV 电压幅值站点10kV 母线相角10kV 电压幅值 大良站 47 610 86平胜站 44 110 09 丹桂站 42 910 84三水站 46 210 91 都宁站 47 410 90石龙站 44 511 29 汾江站 39 511 26陶博站 39 511 27 佛山站 40 111 03桃源站 43 610 82 高明站 39 810 77桃源站 44 610 09 高明站 39 510 77藤沙站 47 410 87 荷城站 39 710 87文华站 42 810 73 红星站 43 410 63文华站 42 310 93 后龙站 38 410 41仙溪站 41 510 82 吉安站 48 810 59旭升站 45 211 09 康乐站 45 710 58瑶岗站 40 810 96 坑田站 42 310 94竹园站 38 711 24 雷岗站 45 310 51紫洞站 40 910 83 南海站 44 610 56 从表中可以得知 最大相角 38 4 最小相角 48 8 平均值 43 而电压幅值受建 模等影响 与实际值有一定差距 根据佛山电网实际运行情况 一般佛山地区 10kV 母 线电压在 10 1kV 10 6kV 之间 另外各个站点中 110kV 母线的最大相角 38 1 最小相 角 48 8 平均值 42 8 假设线路阻抗为 线路上的潮流为 若以首端母线电压相量为参 11 XR 11 PjQ 1 V 考相量 则根据电压降落公式有 3 1 1111 1 1 1111 1 1 PRQ X V V PXQ R V V 则末端相对于的相角为 1 V 3 2 1 1 11 arctan V VV 根据上述公式 可推算出线路上的电压损耗 对于 110kV 线路 一般情况下 在 2 以内 同时计及变压器的影响 各 110 站内的母线相角一般比 220kV 站点的 1 110kV 母线相角值小 3 5 综合考虑后 可估计各个 110kV 站点的 10kV 母线相角范围 35 50 实际取 值时可参考表 1 的相角参数 3 2 2 不同合环方式母线电压相角差范围 对于不同 10kV 合环方式的相角差问题 我们统计了广东电网某市局所有合环点的 情况 其夏大 夏小两种方式的不同合环方式的相角差分布如表 3 6 表 3 7 所示 表 3 6 夏大方式不同 10kV 合环方式母线电压相角范围 方式 2方式 3方式 4方式 5方式 6方式 7方式 8合计相角差绝对值 范围88377231154347240702868 10 3101000032 5 10 1629710270206 3 5 123525330700301 1 3 357231110309531796 0 1 2034801425374737391446 平均值 3 251 111 56002 780 95 表 3 7 夏小方式不同 10kV 合环方式母线电压相角范围 方式 2方式 3方式 4方式 5方式 6方式 7方式 8合计相角差绝对值 范围88377231154347240702868 10 00000000 5 10 4735005060 3 5 264382080285 1 3 340152843013514714 0 1 2326142165384792561739 平均值 2 270 560 87001 430 53 可以看到大部分合环点的相角差在 0 3 之间 夏大方式下有 19 的合环点相角差 大于 3 夏小方式 12 左右的合环点相角差大于 3 极少有超过 10 的合环点 参考上述统计数据 对佛山地区不同方式的合环点两侧母线电压相角估计如下 对于方式 5 方式 6 属于同一母线上的合环 不存在电压差问题 故计算时可设 定取某一值即可 对于方式 8 相角差一般在 0 3 范围内 对于方式 4 属于同一站内的不同主变之间的合环 一般情况下合环两侧的电压差 异很小 相角差取值范围在 0 3 以内 对于方式 7 相角差一般不超过 5 主要在 0 3 范围内 对于方式 3 相角差取值范围主要在 0 3 以内 对于方式 2 相角相差