本文針對10kV線路手拉手換電，為了實現(xiàn)合環(huán)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(huán)裝置對合環(huán)線路參數(shù)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(tǒng)模型，根據(jù)當前系統(tǒng)運行狀態(tài)，分析合環(huán)對系統(tǒng)的影響，提供合環(huán)判據(jù)，對合環(huán)操作進行指導。
電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷發(fā)展對供電可靠性和電能質量的要求也越來越高。10KV配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設計，開環(huán)運行的方式供電。但是配網(wǎng)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(huán)操作對提高供電可靠性與經濟性有著重要意義。
合環(huán)操作中，因為合環(huán)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(huán)系統(tǒng)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(shù)據(jù)對比潮流軟件計算的幅差和相差驗證合環(huán)軟件準確度。通過軟件計算合環(huán)后流過合環(huán)點的電流等參數(shù)，為合環(huán)參數(shù)提供可靠的判據(jù)。
一、合環(huán)點參數(shù)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(shù)進行采樣和將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
2.裝置測試基本原理
測量裝置通過兩根測量桿掛在合環(huán)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(xiàn)場，通過手持終端無線操作，安全便捷。
合環(huán)裝置原理框圖圖1
3.合環(huán)點電壓相位測量
10kV線路電壓相位測量屬于一個高壓環(huán)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(tǒng)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(huán)系統(tǒng)的分析
1.合環(huán)系統(tǒng)建模
10kV配網(wǎng)合環(huán)系統(tǒng)分析的基礎是潮流計算，通常的潮流計算的方式是根據(jù)給定的網(wǎng)絡結構及運行方式求出整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，包含了系統(tǒng)各節(jié)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(tǒng)是一個多元非線性代數(shù)方程組的求解問題。但是由于配網(wǎng)系統(tǒng)分布復雜，無法對系統(tǒng)參數(shù)進行準確的折算，因此網(wǎng)絡系統(tǒng)參數(shù)合理的等效折算以及網(wǎng)絡等效模型的建立是整個合環(huán)系統(tǒng)分析的關鍵，也是合環(huán)系統(tǒng)潮流計算的難點。
合環(huán)系統(tǒng)網(wǎng)絡模型如圖3所示，10千伏架空線路網(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)合環(huán)后，系統(tǒng)功率重新分布，兩個變電站的負荷通過合環(huán)點相互轉移，達到一個新的平衡。在合環(huán)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(huán)后流經合環(huán)點的電流大小直接反應了合環(huán)操作對系統(tǒng)的影響。
2. 合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流分析
合環(huán)后流過合環(huán)點的功率S合'與流經合環(huán)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(huán)點測量,故無法直接作為判據(jù)。根據(jù)基爾霍夫電流原理，可以將合環(huán)電流I合視為疊加在系統(tǒng)中的環(huán)流。
合環(huán)前合環(huán)點兩端有電壓差ΔU，合環(huán)后形成的環(huán)流與ΔU滿足如下關系：I合=ΔU/Z，其中Z為環(huán)流流過的環(huán)路阻抗，包含T1變壓器阻抗R1+X1、合環(huán)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(huán)環(huán)流等效電路圖如下：
由于合環(huán)后形成的環(huán)流不流經合環(huán)線路之外的線路，故可以將110kV變電站除合環(huán)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(tǒng)的模型可以進一步簡化。如圖5所示： SLD1和SLD2為合環(huán)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(huán)判據(jù)分析
通過對系統(tǒng)模型分析簡化以及合環(huán)電流計算的研究，我們可以看出合環(huán)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(wǎng)合環(huán)負荷模型的處理是根據(jù)配電網(wǎng)的負荷結構特點利用數(shù)學方法進行負荷轉移，提高系統(tǒng)建模時阻抗參數(shù)等效的精度，提高潮流計算的精度。
影響合環(huán)結果的三點因素最終體現(xiàn)在合環(huán)前合環(huán)點兩側的電壓差上，選取合環(huán)線路之后線路阻抗參數(shù)基本固定，因此在選取完合環(huán)線路之后，可以將合環(huán)點兩端線路的矢量電壓差ΔU作為合環(huán)判據(jù)。通過潮流計算軟件計算得到當前系統(tǒng)狀態(tài)下的合環(huán)電壓差ΔU以及合環(huán)電流，同時改變負荷參數(shù)仿真出當前網(wǎng)絡模型下允許最大合環(huán)電流對應的電壓差ΔUmax。
4. 合環(huán)判據(jù)約束條件
條件一：線路允許最大合環(huán)電流跟線路當前負荷電流以及線路允許載流有以下關系：I合max
條件二：合環(huán)操作過程中最大電流應該避開線路第三段保護動作值。合環(huán)過程中系統(tǒng)中疊加的最大暫態(tài)電流為合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流的1.8倍,即Ish=1.8×I合，故線路電流應該滿足如下關系：IⅢ>Ish+ILD，其中IⅢ為線路第三段保護動作值。
條件三：根據(jù)線路允許載流量以及線路保護動作值得到的允許最大合環(huán)電流，采用潮流計算軟件計算得到的允許合環(huán)電壓差ΔUmax。如果現(xiàn)場測量值小于ΔUmax，則對線路進行合環(huán)操作。
三、合環(huán)現(xiàn)場測量以及試驗操作
測量裝置通過測試幅值測量精度在0.5%，相位精確到0.1°可以保證測量誤差對合環(huán)操作系統(tǒng)無影響?，F(xiàn)場試驗我們與重慶市電力公司永川供電局選取線路接線形式具有代表性的勝廣Ⅱ線和永玉線形成的合環(huán)線路進行裝置測量試驗操作以及合環(huán)操作驗證整套系統(tǒng)可用性。
試驗時間：2012年7月12日
在每相測量了兩組數(shù)據(jù)后調取合環(huán)操作線路此時負荷情況，此處僅列出A相數(shù)據(jù)。讀取線路負荷電流為A相出線的電流。其中6:55時刻，永玉線負荷電流為18A，勝廣II線為66A。此時再對合環(huán)點兩側線路的電壓和相位進行測量。
表一
A相
測量時間6:556:56
勝廣II相電壓(kV)6.1956.14
永玉線相電壓(kV)6.076.07
相位差(°)-0.53-0.76
幅值差(kV)0.1250.069
矢量差(kV)0.1370.107
測量完之后申請合環(huán)操作，合環(huán)之后測量電壓和相位，以及調取合環(huán)后線路負荷電流。其中勝廣II線合環(huán)后A相電流為60.1A，永玉線A相電流為30.6A。
表二
A相
測量時間 7:107:25
勝廣II相電壓(kV)5.9946.022
永玉線相電壓(kV)6.0566.063
相位差(°)0.10.1
幅值差(kV)0.0590.041
矢量差(kV)0.0590.041
合環(huán)20分鐘之后進行解環(huán)操作。07:27線路狀態(tài)為合環(huán)，讀取線路電流：勝廣II線A相電流為66.8A，永玉線A相電流為28.1A。07:30線路狀態(tài)為解環(huán)，讀取線路電流：勝廣II線A相電流為67.5A，永玉線A相電流為20A。
表三
A相
測量時間7:25 7:30
勝廣II相電壓(kV)6.0226.081
永玉線相電壓(kV)6.0636.022
相位差(°)0.10.35
幅值差(kV)0.0410.059
矢量差(kV)0.0410.069
分析以上數(shù)據(jù)得到如下結論：由于清晨試驗變壓器觸點、線路負載情況不平度大，合環(huán)前兩端的實測電壓差較大，預估合環(huán)電流也比較大，但是合環(huán)點的隔離開關等接觸器銹蝕比較大存在很大的接觸阻抗，導致整個合環(huán)環(huán)路的阻抗比理想的大很多，因此時機的合環(huán)電流很小，在10A左右。
現(xiàn)場合環(huán)和解環(huán)操作成功，并且系統(tǒng)工作穩(wěn)定，從而驗證了測量裝置的準確性以及潮合環(huán)系統(tǒng)分析得到合環(huán)判據(jù)的收斂性。
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