上海市奉賢區10KV配電線路現狀分析及改善措施

劉承鑫，潘悅國網上海市電力公司

上海市奉賢區10KV配電線路現狀分析及改善措施

劉承鑫，潘悅
國網上海市電力公司

摘要：上海市奉賢區10KV配電線路，主要由城區供電、農村供電和城鄉結合部電網所組成。隨著城市化進程的推進和農村改革的不斷深入。近幾年電力用戶對用電量的需求不斷增加，對10KV配電線路的供電可靠性提出了越來越高的要求。10KV配電線路的供電能力，時刻影響著國民經濟的發展。但是目前奉賢地區的10KV配電線路發展還存在著許多問題。因此通過分析線路上廣泛使用的戶外跌落式熔斷器的故障現象和使用現狀，反思目前10KV配電線路建設中存在的問題，從而提出改善10KV配電線路的有效措施。

關鍵詞：10KV配電線路；跌落式熔斷器；供電可靠性；改善措施

1　簡介

上海市奉賢區10KV配電線路目前由40座35KV變電站和572條10KV線路組成，線路長度總計1800多公里，是上海至北京距離的兩倍。同時供電負荷超過800MW，并且電網負荷隨著城市的發展和人口的增加，還在持續高速增長。由于屬于郊區，所以配網類型既有典型的城區電網，也有分布廣大的農村電網，特別還有比較特殊的城鄉結合部電網。因此，10KV配電線路的地理和運行環境情況比較復雜，設備狀態也呈現出比較顯著的分布式特點。隨著，城市化進程的不斷推進，以及即將進行的電力線路改造和三一重工工廠的落成，以及南橋大型居住社區的啟動，奉賢地區對于供電要求即將步入一個新的階段，這對于現行的10KV配電線路來說是一個不小的挑戰。

如何創造城市讓生活更美好的夢想，如何保障電力在新形勢下的自我更新和完善，是我們電力企業必須面對的現實問題。不僅僅如此，將來，充電汽車，自動化樓宇，數字化通信，信息化辦公。這些時代課題，都必然要有一個堅強可靠，可自我成長更新的供電系統。

而這些時代的要求就目前的10KV配電線路的狀態還無法一蹴而就。

2　10KV配電線路目前主要遇到的幾個問題

目前就奉賢地區的10KV配電線路，面臨以下幾個主要問題：

2.1部分運行中的設備老化，新電氣設備更新速度快

奉賢10KV配電線路從建立到發展，就是隨著城市化的腳步，從郊區的典型農村電網，逐步發展為有較為成熟的城鎮電網。因此，在電力設備上，既有農村電網時期的裸導線，瓷橫擔，閥型避雷器，戶外變電站，70mm2的輸電線路，柱上電容器和屬于80年代的柱上跌落式熔斷器。也有全新的120mm2的絕緣線，新式柱上變壓器，小區箱變，和最新的合成絕緣子，玻璃鋼橫擔，氧化鋅避雷器和新型合成跌落式熔斷器。老式設備由于戶外長期風吹日曬，和長期的使用，目前的運行狀態很不穩定，但是由于他們分布較廣，更換不易，所以依然在使用沒有退出運行。一方面，這些“老家伙”機械結構陳舊，絕緣狀態不良，對于新工人來說往往很陌生。另一方便，備件停產，備件少，只能拆東墻補西墻。而新式的電力設備，隨著城市化發展速度的加快，這幾年也投入特別大，往往同樣的設備，供貨商不一樣，設備規格不一樣，操作方式也不盡相同。一方面，維護人員往往需要掌握大量的設備知識，但是由于各個廠商的技術壁壘，所以有時設備出現問題，不得不等廠家來進行作業指導。另一方面，需要大量不同的備件，和不同的調試儀器，這部分設備的投入非常大。沒有通用性，使得可靠性也打了折扣。

2.2電網周圍環境復雜，用戶需求多樣化

圖2-1　姚家港站（主供城區）2015年各月最高負荷圖

奉賢地區既有著農村用戶，也有著工業用戶，當然還有商業用戶。供電用戶不僅僅涵蓋各行各業，而且還大小通吃。主要根據地理位置分布劃分為城鎮供電，農村電網，和城鄉結合部用電網。農村電網，要滿足，農田灌溉，漁牧養殖，收割等時令性很強的用電需求，而且覆蓋地域廣，線路長且偏僻，很多電桿都豎立在農田、魚塘中，常常不得不步行進入現場工作，施工成本高，搶修和施工間期長。城鎮電網，要滿足居民用電，商業用電，公共事業用電。電氣設備一般設計美觀隱蔽，供電線路以電纜為主，往往供電設備周圍灌木密集，甚至堆積大量生活垃圾，運行環境惡劣。同時，電網負荷變化往往呈現很強的季節性和工作節奏（見圖2-1）。人們對于電力的需求和依賴很大，對供電可靠性特別敏感。城鄉結合，主要滿足工廠用電和建設用電。城鄉結合部是各種工廠的集中地，這些地方往往流動性人口多，房租便宜，居住密集。工廠生產注重效率，一般電氣設備全天運轉，負荷呈現一年四季都會比較平穩，但用電量特別大，電網負荷比較大（見圖2-2）。同時上海大力推進農村改造工程，建筑工地臨時用電量也居高不下。最終導致大量改造用來出租的民房和棚戶，隨著這些村中心街道的發展，道路情況越發復雜，電氣設備運行環境也出人意料的特殊，往往會有柱上設備在廠房中間，10KV線路緊靠民居的情況。

圖2-2　白石站（主供工廠）2015年各月最高負荷圖

2.3上海典型的氣候變化對電網運行有較大影響

上海屬亞熱帶濕潤季風氣候。夏天黃梅雨季，悶熱潮濕，陳雨頻繁；冬天吹濕冷風，寒冷刺骨，降雪量不大；春秋季不明顯。一、二月最冷，最低氣溫為-5℃至-8℃，通常七月最熱，最高氣溫達35℃—38℃。奉賢屬于上海南部，臨近大海，部分土地是圍墾造田，是典型的沖積平原。平時空氣中水汽充足，運行中的電氣設備，容易受潮放電，加速老化，特別是導線在使用過程中，會受到季節和環境的影響出現熱脹冷縮的現象。出現高溫環境時，導線伸長膨脹，下垂弧度加大，那么也就更易發生接地短路事故和交叉跨越處的放電事故[1]。同時，在夏天高溫和雷電頻繁的時候，設備故障風險增加，特別是面對臺風登陸的時候，大風和大雨對戶外電網設備威脅很大。而上海的夏季往往又是用電高峰期，電網負荷基本飽和，用電量的激增和氣溫的升高，會對設備運行造成負荷過重，從而產生大量因為過負荷或者自我保護性的設備故障。一般情況下，冬季或者非用電高峰期時，是電網進行改造、檢修和更新的最佳施工期，但是近幾年，上海冬季氣溫都比較低，體感寒冷難耐，取暖設備大量使用，因此冬季用電量也呈現激增的態勢,從圖2-1中也可以看出冬季城鎮居民用電量已經接近夏季的用電量。這種情況，壓縮了配電線路檢修和更新的最佳施工期，對供電單位的生產計劃提出了很高的難度。

2.4配電線路負荷重，抗風險能力差

目前奉賢地區10KV配電線路的年平均負荷率都超過80%，最高負荷率都超過95%。在夏季和近幾年的冬季，電網負荷很重，長線路無法停電進行檢修和維護，10KV配電線路設備故障數量一直居高不下。運行設備的老化、用電量的激增不斷增加著10KV配電線路供電可靠性的風險。而現實生活中，10kv配電線路設施隨處可見，影響配電線路供電可靠性的事故也就隨處都有可能發生：1、車輛碰撞架空線路路桿或施工吊車吊臂誤觸電線，引發線桿倒塌或電線斷裂，造成接線故障或人員傷亡；2、偷盜10KV配電線路柱上變壓器，電纜電線，接地線和拉線，導致配電線路無法正常工作；3、隨意接線拉線，盜取電力資源，易引發短路故障或線路跳閘；4、在電線附近放風箏或者有飄帶，會出現風箏纏住電線或者飄帶掛在電線上，造成相間短路引起跳閘；5、在線路附近伐木，傾倒的樹木易壓倒電線造成線路故障，引發供電問題，從而影響10KV配電線路供電可靠性[1]。同時近六年，上海沒有遇到臺風登陸，新投入的設備沒有經歷極端氣候的考驗，而臺風終究會有登陸上海的一天，目前運行中的老化設備無法有效抵御這樣的天氣威脅，而新裝設的電氣設備是否可以抗擊這樣的天氣是個未知之數，而各種故障的應急方案并沒有標準作業手冊，同時工作人員面對大量應急事故處理的知識和經驗不足。

綜上而言，我認為，目前的奉賢區10KV配電線路還不是很成熟，雖然投入了很多新的設備，也加大了改造力度。但是整體性的提升和規劃還不全面，線路各種故障還不少。當前建設一個堅強，穩定，可靠，安全的配電線路絡是當務之急，而最好的方法是從電網故障中吸取經驗教訓。先完善各個供電終點的設備改造和維護，然后完善線路的拓撲結構，最后達到改善整個供電系統的供電效率

3　10KV配電線路遇到的主要故障分析

通過近幾年奉賢地區10KV配電線路故障情況分析，可以從圖3-1看出，10KV配電線路的應急故障數一直居高不下。而在這些配電線路故障中，柱上跌落式熔斷器故障始終占了很大一部分，并且故障數增長明顯。因此對柱上跌落式熔斷器進行故障分析，從而采取有針對性的改善措施，可以直接使10KV配電線路事故率下降，達到事故預控和可控。另一方面，也可以發現10KV配電線路結構上的不足，從而可以更好的完善10KV配電網的建設。

圖3-1　2013年至2015年奉賢地區應急故障搶修分析表

目前在奉賢地區各種柱上跌落式器截至2015年12月30日，約為7068*3個，其中圖3-2中的PRW5（蘇州海達電器廠）約占了4分之3，而圖3-3中的新式硅膠PRW4（上海電力器材廠和蘇州海達電器廠各占一部分）的新式熔斷器約4分之1，而還有一部分是非常老式的H33型和RW型鴨舌式跌落式熔斷器依然在一些較早發展的10KV配網線路中。

圖3-2　PRW4-12/100噴射式跌落式熔斷器

主要由：①上接線板；②上頂蓋；③上觸頭；④導桿④；⑤熔管；⑥擋板；⑦下托架；⑧下接線板；⑨硅橡膠絕緣子。

常用的跌落式熔斷器安裝在10KV配電線路支線上，它的主要作用是可縮小停電范圍，因其有一個明顯的分段點。具備了隔離開關的功能，給檢修線路和設備創造了一個安全的環境，也符合安全操作規程。即使在帶負荷的情況下，也允許停、送電操作，所以在10KV配電線路和配電變壓器中得到了普及。它具備耐用、經濟、操作方便等特點，被廣泛應用于各配電線路和配電變壓器一次側作為后備保護裝置[2]。因此，它的實際使用情況和故障原因能很好的反應目前配電線路的實際運行狀態。

3.110KV跌落式熔斷器結構及工作原理

跌落式熔斷器一般由絕緣子、上下接觸導電系統和熔管構成。一般10KV跌落式熔斷器額定電壓為10KV和12KV，額定電流200A，開斷電流12.5KA，配用熔斷件額定電流從15A至200A。正常使用條件：海拔高度不超過1000m；環境溫度不高于+40℃，不低于-30℃；風速不大于35m/s；地震烈度不大于8級；無劇烈震動、引起火災、爆炸、嚴重腐蝕金屬和絕緣材料的氣體、蒸汽的場所[3]。而各地區使用的跌落式熔斷器型號根據生產廠家的不同而不同，但一般主要分為RW型和PRW型，以絕緣材料主要分為硅橡膠和陶瓷。當電流使熔斷件熔斷時，斷口在熔管內產生電弧，熔管內襯的消弧管產氣材料在電弧作用下產生高壓噴射氣體，吹滅電弧。隨后熔斷的熔斷件迅速從熔管內彈出，同時熔管在上下彈性觸頭的推力和熔管自身重量的作用下迅速跌落，形成明顯的隔離空間[4]。

圖3-3　PRW5-10(F)/200-12.5型可合分負荷電流戶外跌落式熔斷器

①瓷質絕緣子；②上接線板；③上頂蓋；④上觸頭；⑤消弧刀片；⑥熔管；⑦擋板；⑧下托架；⑨下接線板；⑩絕緣密封填充物

3.210KV跌落式熔斷器故障現象及其原因分析

3.2.1正常保護性熔斷故障

跌落式熔斷器在發生電氣設備短路故障，后段用戶過負荷或者線路遭受雷擊時，會進行保護性動作，熔斷件會正常熔斷，熔管會自動跌落。通過這樣的動作可以縮小事故范圍，保證故障電氣設備和操作人員的安全。從圖3-4中可以看出，目前這樣的保護性熔斷故障占總的跌落式熔斷器故障數的48%左右，這充分證明了柱上跌落式熔斷器在控制電網故障上的優秀表現。但是同時我們也可以發現，如果加上同樣是用戶過負荷導致熔管整體熔斷的數量之后，這個由于用戶負荷過重而導致的熔斷器故障總量就要占到65%左右。這是非常高的一個數字，這說明目前配電網負荷過重。需要及時進行設備改造和擴容工作。

圖3-4　2015年跌落式熔斷器故障分析表

3.2.2跌落式熔斷器非正常故障

從圖3-4中我們可以看到除了正常保護性熔斷故障外，熔斷器非正常故障率占了總體故障率的52%。這種故障一般是由以下幾個主要原因：

(1)跌落式熔斷器的自然老化。主要是由于熔斷器在戶外使用時間長，經過風吹日曬，引起金屬部分腐蝕生銹和熔管部分受潮失效。以PRW5-10(F)/200-12.5型可合分負荷電流戶外跌落式熔斷器為例（圖3-3），目前這種跌落式熔斷器大量使用在奉賢地區的10KV配電線路中。但是已經出現了瓷質絕緣子斷裂，這是因為由瓷質包裹的固定上頂蓋裝置的金屬底座受潮生銹，而生銹導致的膨脹超過了陶瓷的承受能力從而引起了斷裂；還有上觸頭彈簧機構由于生銹引起機械失靈，無法固定熔管，從而引起熔管因接觸不良而自落的現象；同時，由于上海地區氣候潮濕，浮塵較重，這會導致熔管受潮，阻燃性能嚴重下降，最終導致熔斷件發熱或者熔斷時的熔管自燃，引起故障。

(2)跌落式熔斷器操作不當。目前奉賢地區負荷增長較快，有些支線負荷已經達到了3000KVA以上，甚至超過了6000KVA。因此這些地方的跌落式熔斷器，時常發生熔斷器保護性動作的現象，頻繁的進行搶修操作讓這些地方的跌落式熔斷器產生了隱患。由于往往是帶負荷進行停、送電操作，所以會產生大量的電弧，而這些高熱量的電弧會造成瓷質絕緣部分的退釉，失去絕緣性能，從而形成爬電，對設備和操作人員都構成了一定的影響。同時，由于瓷質沒有金屬彈性好，而金屬被電弧的高溫燒退火之后容易生銹，從而使觸頭相互銹蝕連結，操作時常常需要用力，最終導致連著熔管把瓷質絕緣子拉斷。

因此，現在10KV配電線路正在大量更換新式硅橡膠跌落式熔斷器，即PRW型跌落式熔斷器。硅橡膠絕緣子，外膠裝結構，無零值，硅橡膠的憎水性使絕緣子的防污閃性能提高[5]，克服了以往的瓷絕緣子采用內膠裝結構，易發生開裂零值，產生接地故障的這一缺陷。另外硅橡膠絕緣子還具有體積小、重量輕、耐高低溫、抗老化、抗臭氧等優點。

通過更換新式柱上跌落式熔斷器的措施，這些配電線路的供電可靠性和施工效率都已經有了顯著提升，非正常故障數幾乎為零。這說明，先進可靠的電氣設備，可以促進電網的自我發展。隨著新式熔斷器不斷的投入，這樣的改善將更加明顯。

4　10KV配電線路發展的改善措施

4.110KV配電線路應使用質量合格、技術成熟的電氣設備

目前10KV配電線路電氣運行的環境復雜，線路負荷大，用電可靠性要求高。因此需要運行中的設備質量過硬，設計合理。這樣才能在負荷過重或者各種故障中，有效動作，從而減少故障數量和減小事故范圍。特別在面對極端氣候條件下，設備的良好材質往往能保障電網的可靠運行。只有有了這樣的改造基礎，才有可能去建設一個堅強可靠安全的電網。

4.2供電設備應有進入和退出機制

當前的10KV配電線路，越來越由簡單的線路轉變為網絡，并正逐步升級成為智能化的配電線路絡系統。如同一個生物成長需要新陳代謝一樣，配電線路的發展必然也需要不斷的投入設備、淘汰設備。因此不僅僅需要使用新設備來促進電網的發展，也同時需要一個合理的設備使用時間表來淘汰陳舊的設備。計劃性的改善電網設備狀態，可以使電網的運行始終處在一個良好可控的范圍。

4.3完善標準作業指導和應急作業指導

電網的建設有著自身的特殊性和危險性。完善的標準作業指導，可以作為指導工程施工的標準，也可以作為電力工人安全工作的標準。同時，這樣的標準可以使新進的人員迅速明白自己該干什么、怎么去干，這對于提高供電企業日常生產的效率會有很大的幫助。同樣的，有針對性的應急作業指導，可以加強面對自然災害和突發事故時的處置能力，加快故障的排除。

4.4合理規劃10KV配電線路的發展

優秀的城市規劃可以給城市以生命力，同樣對電網進行“職業發展規劃”，不僅僅可以推進配電線路的改造，還可以配合城市的發展。這樣的規劃，應由點集線，由線及面。從改善單個電氣設備的生產運行，然后改善整條線路的供電效率和可靠性，從而才能達到改善整個電網的最終目的。于此同時，規劃應要有前瞻性，只有可以自我更新成長的電網才能跟上時代的韻律。

4.5加強企業管理，優化資源配置

建設先進的配電線路，需要多個部門的配合，需要行之有效的規范管理。高效的管理加上合理的資源配置可以減少建設的周期、提高建設的質量、優化生產的成本。這對于前期需要大量投入的電力建設來說可以節約大量的時間和投入。在市場經濟環境下，企業的自我提升和完善對于一個企業的生存壯大來說是必須的。而這最終將會在電網發展建設的潮流中體現出來。

總結

電力發展從一個電燈開始到縱橫交錯的城市配電線路，一直到如今縱橫神州大地的能源電網，漫漫長路已經走了120多年。隨著城市化進程的不斷推進，10KV配電線路將會覆蓋更多的用戶，需要承擔更重的用電需求，也同時對它的供電可靠性提出越來越嚴苛的要求。電力建設永遠無法離開人、設備和管理制度的建設。龐大的供電系統，無時無刻會有突發故障，但是只要做好人員管理，設備維護和制度建設，故障所帶來的事故影響將會減到最小?！坝掠诔剑非笞吭健北揪褪请娏θ擞啦煌淖非?。期待有朝一日可以見證在這片土地上樹立起的堅強智能電網。

參考文獻：

[1]溫州華電實業有限公司,陳輝.10KV配電線路供電可靠性研究與解決措施[J].城市建設理論研究,2011（20）.

[2]磐安縣供電局,陳堅.跌落式熔斷器的選擇和維護[J].機電信息2009（1）.

[3]GB/T 15166.3—2008（1）.

[4]北京電力公司,關城《供用電工人技能手冊----配電線路》中國電力出版社,2004（269）.

[5]司馬文霞,劉貞瑤,蔣興良,楊慶.硅橡膠表面分離水珠的局部放電對表面特性的影響[J].中國電機工程學報,2005.

作者簡介：劉承鑫（1987-），男，上海人，學士，研究方向：工程管理，電網建設管理。