10 kV配電網供電可靠性分析的研究

陳 曦

（重慶市電力公司江北供電局，重慶401147）

0 引 言

城市配電網，是指經降壓變電站起，根據電力用戶需求將配置好的各電壓等級的電能，經過電網送至用戶的系統部分。這部分的整個系統對用戶連續供電的能力被稱為供電系統的可靠性。由于供電系統可靠性是作為考核供電企業“安全生產文明雙達標、創一流”的必備條件，因此，如何預見城市配電網常見的故障，分析其原因，減少用戶的停電時間來提高供電可靠性，將越來越受到電力企業和電力客戶的重視。

1 10 kV配電網的接線模式

1.1 10 kV配電網的結構和運行特點

目前我國大多數中、小城市的配電網絡，即在城市市區邊緣建立具有110／35／10 kV三繞組變壓器的110 kV變電站，或具有35／10 kV雙繞組變壓器的35 kV變電站。由10 kV電壓對市區的開關站、配電室或者柱上式變壓器送電，然后由10 kV或220 V（380 V）電壓對用戶供電。

10 kV配電網對用戶供電的方式主要有以下幾種情況：

（1）由市區周圍或進入市區的變電站，通過10 kV配電室、開關站或單臺公用配電變壓器，以10 kV或220 V（380 V）電壓對用戶供電的方式。

（2）由市區周圍或進入市區的變電站，以10 kV電壓的單回線路直接向用戶供電的直饋線路方式。

（3）由線路兩端分別連接在不同的變電站或同一變電站不同的電源變壓器上，對用戶供電的單回線路雙電源的供電方式。由環形回路向用戶供電、開環運行的方式。

（4）由同一電壓等級的雙回線路向用戶供電，但在正常情況下，一回線路運行、一回線路備用的方式。

（5）主饋線以分段開關或斷路器分段操作，各分段又分別向不同用戶供電，故障時可以分階段進行處理的方式。

（6）主饋線以分段開關或斷路器分段操作，各分段又以聯絡開關與其他相鄰回路相連，故障時負荷可以通過倒閘操作，由相鄰回路供電的多聯絡的網形供電方式。

1.2 10 kV配電網的典型接線模式及其供電可靠性

我國10 kV配電網接線方式主要有單回路放射式、帶備用電源的單回路放射式、環網供電式和雙電源供電式四種典型的接線模式。

（1）單回路放射式：單回路放射對用戶供電方式是配電網最基本的接線方式。該方式的結構特征是從電源點開始，所有的元件都是串聯。在元件可用率確定的條件下，系統串聯的元件越多，失效的概率就越大，系統可用率就越低。因此這種接線的供電可靠性差。

（2）帶備用電源的單回路放射式：這種接線模式是在單回路放射式的基礎上，為了提高供電可靠性而發展起來的。備用電源通過聯絡開關與主饋線相連，當發生故障時，通過閉合聯絡開關來恢復對非故障線路的供電。

（3）環網供電式：環網供電模式可以開環運行，也可以閉環運行。這種接線模式供電可靠性較高，線路故障或檢修時，可以切換電源。

（4）雙電源供電式：雙電源供電式為并聯結構，每個負荷可以同時從兩個電源處獲取電源，當一回電源失效時，另一回電源可以向負荷繼續供電。這種接線模式的供電可靠性很高，但投資也很高。

2 影響配電網供電可靠性的因素及原因分析

2.1 供電中斷的分類

導致用戶供電中斷（停電）可以歸納為故障停電和預先安排停電兩種情況。

（1）故障停電是指供電系統無論何種原因未能按規定程序向調度部門提出申請，并在按供電合同要求的時間前得到批準且通知用戶的停電。

（2）預先安排停電可分為計劃停電、臨時停電和限電三種情況。

2.2 影響供電可靠性的內部因素

（1）線路方面：線路非全相運行、瓷瓶閃絡放電、斷線、倒桿、短路、樹害、接地、跌落熔斷器故障和柱上油開關故障。

（2）變電方面：

①配電變壓器常見故障主要有鐵芯局部短路或燒毀，絕緣損壞；套管對地擊穿或放電；分接開關觸頭灼傷或有放電；線圈間短路、斷線，對地擊穿。

②開閉所和配電室部分主要故障設施是電纜進、出線，大都發生在電纜中間接頭及電纜端頭短路等故障。

③戶內10 kV少油或真空斷路器故障主要有開斷關合類故障。

④電流互感器故障有二次開路，如引線接頭松、端子壞等；過熱絕緣老化、腐蝕而造成電暈放電或局部放電；受潮絕緣下降而擊穿。

⑤電壓互感器故障有鐵磁諧振、受潮短路、絕緣劣化、局部放電或擊穿。

（3）網架結構的影響：由于歷史的原因，我國許多地方配電網的網絡結構不合理，一些電網結構滿足不了安全標準，即在受端系統內發生任何嚴重單一故障時，不能可靠、快速地切除故障，保持系統穩定。

（4）電源的供電能力：即變電站根據需要，持續、不間斷地提供電力、電量的能力。

2.3 影響供電可靠性的外部因素

（1）氣候因素：氣候因素中對配電網供電可靠性影響最大的是雷害事故，其次是大風、雨雪天氣。

（2）作業停運：作業停運是指配電線路因檢修、試驗或施工造成的停運。

（3）人為因素：人為過失會影響配電網的供電可靠性。人為過失可以分為工作人員過失和外部人員過失。

3 重慶江北供電可靠性分析及改善措施

3.1 供電可靠性現狀

現以重慶市江北城區配電網為例，來對其供電可靠性進行分析。

（1）供電網現狀

截止2010年，重慶市江北城區現有10 kV公用配電線路14條，架空線路長度27.05 km（主干線），其中絕緣導線長度5.43 km，電纜長度6.88 km，城區10 kV線路電纜化率為20.3%；城區10 kV導線絕緣化率為36.3%，10 kV配電線路平均長度（主干線）2.4 km。城區共有配電變壓器408臺，總容量68 565 kVA（未包括用戶專線及農村供電所設備 ），其中公變224臺，總容量37 310 kVA；專變184臺，總容量37 718 kVA。

（2）統計口徑和手段

統計城區內的供電用戶，農村不統計在內。存在問題：只統計了城區以內10 kV中壓用戶的供電可靠性，低壓用戶只是試點，沒有全部參加統計，受統計范圍的限制，統計指標不能反映所有用戶的情況。統計主要以手工統計報表和人工錄入統計數據方式為主，部分利用調度自動化系統實現部分數據的自動采集。

存在問題：以傳統的手工統計方式為主，效率低，人為因素多，統計數據的真實性、可信度受到影響。

（3）統計指標

10 kV中壓用戶：共有線路14條、27.05 km，平均RS－1為99.82%。

220 V／380 V低壓用戶：共有163戶參加了低壓用戶供電可靠性統計試點工作，平均供電可靠率99.61%。

3.2 供電可靠性分析

（1）影響10 kV中壓用戶供電可靠性的主要因素

①10 kV城網不能達到N－1要求，尤其是線路手拉手比例遠沒有達到100%，現有14條線路參加統計，其中8條線路沒有實現手拉手，占參加統計線路的57.1%。因設備檢修等原因無法調電引起停電2.01 h／戶，降低可靠率0.02個百分點，占全部停電因素的51.4%。

②城網裝備水平的影響，主要表現在開關無油化現狀和線路絕緣化現狀不能滿足高供電可靠率的要求。10 kV開關無油化率僅為50.0%，10 kV電纜占線路總長度的20.3%，絕緣架空線僅占線路總長度的16.0%。由于受城網裝備尤其是受10 kV開關和線路裝備現狀的影響，設備的計劃檢修、預試工作量大，故障率高，2007年停電1.24小時／戶，影響可靠率0.01個百分點，占全部停電的31.7%。

③自動化程度低的影響，人工的配電故障報修、故障查找、故障處理延緩恢復供電的時間。當10 kV故障發生時，只能用常規的事故處理方式進行故障查找和處理，從用戶事故電話報警 →調度通知巡視線路→巡視人員向調度匯報巡視結果 →通知有關人員前去搶修 →搶修人員匯報調度 →調度通知送電等等，層層環節，手段落后，少則停電幾十分鐘、多則大半天時間，事故處理時間長，恢復送電速度慢。

（2）影響220 V／380 V低壓用戶供電可靠性的主要因素

①低壓網絡結構的影響。低壓網絡容量、結構和自動化程度低，延緩用戶報裝及事故搶修時間。

②“一戶一表”改造沒有全部完成。城區現有82.6%的用戶未實現一戶一表，這也是影響低壓用戶供電可靠性的主要因素之一。

3.3 提高供電可靠性的措施

（1）提高10 kV中壓用戶供電可靠性的技術措施

①完善網架結構，優化配電網絡，到2014年，城網供電基本達到N－1要求，具體措施分析如下：

規劃：2011～2014年每年增加1條手拉手線路，每年可增提高供電可靠率0.004個百分點。

四年增加手拉手線路8條，提高供電可靠率0.02個百分點。

今后所有新增加線路達到手拉手條件以后投入運行。

手拉手原則：在10 kV主干線路加裝分段開關、環網開關和環網開關柜，平均分2～3段／條，平均不超過3.6 km／條，1.2～1.8 km／段，用戶數不超過5～6戶／段。當負荷密度較大時，按負荷密度分段，平均負荷不超過2 200 kVA／段。

通過對城網進行以上的改造工作，增加導線截面，縮短供電半徑，合理分配用戶，使線路停電檢修、事故處理、線路改造等工作由過去的全線停電改為區段停電。

②大力提高裝備水平

a.一方面提高變電設備的裝備水平

到2012年，10 kV開關無油化率達到100%，消滅10 kV油開關。

規劃：2011～2014年每年改造2臺，2010年改造1臺，三年共改造7臺，提高可靠率0.01個百分點。今后新增加10 kV開關全部采用無油開關。

b.另一方面提高線路設備裝備水平

在適當的地方采用絕緣架空線路，消滅線路瓷瓶污閃、接地、外力破壞等事故，解決架空線路維護量大、故障機率高、樹線矛盾突出、線路設備停電比例大的問題，同時改善市政容貌。

（2）提高220 V／380 V低壓用戶供電可靠性的技術措施

①加強低壓網絡改造力度，至2012年，城網內公用低壓小區100%改造完畢。

②完成“一戶一表”改造工程。

規劃：城區82.6%一戶一表為長壽命表，還有3 076戶戶表為淘汰型電表，急需進行改造。2011－2014年對剩余3 076戶戶表進行改造。

③完善低壓用戶供電可靠性統計的基礎管理工作。

規劃：1個配電變壓器臺區配1個配電變壓器信息采集終端、2個集中器，每個居民住宅單元計量箱配一個單元采集器。

由于一戶一表供電，居民用戶表集中裝設在居民單元的計量箱內，因而可以由低壓抄表系統的單元采集器記錄居民住宅單元計量箱的停電事件，通過低壓載波按配電變壓器臺區到集中器集中；對于低壓供電的單位用戶，則由有載波通訊功能的電能表記錄停電事件，通過低壓載波到集中器集中，而后由配電網信息采集終端通過無線電通道發送到主站，由主站對數據進行供電可靠性統計分析。

4 結 論

本文以重慶市江北供電局城區配電網供電可靠性現狀進行了分析，找出其主要問題所在，并列舉了提高供電可靠性的相應措施。

［1］Billinton R，Jonnavithula S.A test system for teaching overall power system reliability assessment［J］.IEEE Trans.On Power Systems，2009，11（4）：1670－1676.

［2］陳文高.配電系統可靠性實用基礎［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［3］王 輝.影響城市配電系統用戶供電可靠性常見故障分析［J］.寧夏電力，2009，（02）：7－9.