基于可靠性的10 kV城市配電網網架結構優化方案

于晶

摘 要：城市電力建設工作逐漸取得了全新進展，為了優化電力供給系統，與電力配給工作相關的系統均須進行技術化改造，城市電網建設活動也取得了很多全新的成果，優質電網使城市供電工作更為安全連續。在對配電網進行完善時，可以從網架結構入手，解決網架結構設置過程中的各種問題，該文根據對現有10 kV配電網的了解，探討優化網架結構的相關工作。

關鍵詞：10 kV城市配電網；網架結構；電網改造

中圖分類號：TM73 文獻標志碼：A

在現代城市的輸配電系統中，配電網具有極為重要的作用，其可以與輸電和發電系統進行聯系，確保用戶可以使用到高質量的電能，如果配電網出現故障問題，供電工作也不能保持連續性，因此需要在電網改造期間充分重視配電網建設工作，通過優化網架結構提升配電網的使用效果，在改造網架結構時，還要注意對相應的配電設備加以調整，該文結合現有城市電網規劃工作，探討優化網架結構時可用的可靠性工作方案，并提供優化建議。

1 電網結構分析

針對某市使用的10 kV電網情況，對其網架結構設置情況加以總結。

1.1 運行指標分析

對公用線路系統進行N-1校驗，校驗次數為72回，占城區線路的67.93 %，在校檢過程中發現共有34條線路不能有效通過校驗，線路安全隱患極多，必須對電網線路進行改造。

1.2 電纜網結構分析

該城市的電纜網使用并不普遍，高新區域配置了電纜網，其他地區并沒有全面設置電纜網，在其他區域之中，只有變電站的特殊線路才會設置電纜。電纜網為環網型結構被設置為開環運行模式，在電力線路中一共設置 了14條電力線路，有8條為環網線路，4條為雙設線路，2條為單設線路，剩余14條為電纜線路。

1.3 架空網

該城市的主干線線路已經進行了絕緣處理，架空線路一共有92回。

分段總數311 段，平均分段數為 3.38 段/條；其中，單輻射線路共有 9 回，單聯絡線路共 54 回，兩聯絡及多聯絡線路共 29 回，分別占線路總回數的 9.78 %、58.7 %和 31.52 %。

通過上述關于該城市的電網線路分析可以發現該配網系統存在的主要特點是網架結構過于薄弱，欠缺供電穩定性，需通過改造配網系統來提升整體可靠性。

2 網架結構系統分析

2.1 建設混合式架空網

在優化配電網系統使用的網架結構時，技術人員可以增加架空網的形式，混用多種形式的架空網。首先可以建設輻射式的網架結構，這種網架結構的優點包括運行方便、簡單清晰，在建設時不需投入過多的建設資金。該種架空網系統也存在一定的劣勢，在配電網出現故障問題時，需要進行停電檢修處理工作，停電范圍過大，會影響用戶用電，同時其具有的供電可靠性也相對比較差，不能通過校驗測試，另外主干線的實際負載率可以達到100 %。

除了普通的輻射式架空網外，國內很多城市還會在網架結構中使用單聯絡式的網架結構，這種分段式的網架形式具有更高的可靠性，接線系統相對清晰，可以靈活運行該網架結構，當某處配電網出現故障問題時，線路之中的聯絡開關會直接閉合，線路上的電力負荷會被直接轉移，饋線需要承擔一定的負荷，雖然該網架結構可以滿足校驗測試的各方面要求，但是其主干線的實際負載率相對比較低，僅為50 %。

剩余一種網架結構為多聯絡多分段式的結構，該網架應用的接線模式比較特殊，線路使用的電源是獨立的，某一段線路存在的故障問題不會影響到其他線路路段，其他線路的供電活動可正常進行，線路的故障情況影響范圍被縮小，供電工作變得更加可靠。受到聯絡數量變動的影響，電力線路的應用率也被提升，負載率一般在70 %左右。

2.2 電纜網

電纜網也是網架結構的重要構成部分。電纜網的網架結構主要有以下幾種：單射式的網架結構應用的接線方式是最簡單的，雖然主干線的實際負載率可以達到100 %，但是并不能通過校驗測試。雙射式網架結構比單射式網架結構復雜，2種網架結構具有的特點也是一致的。單環式網架結構與前2種不同，其具有運行靈活與接線清晰的特點，具有的可靠性也極強，在單環式接線模式的影響下，線路的具體備用容量是50 %，通過異站單環化的接線方式可以使該網架結構維持正常運行狀態，如果應用條件比較差，也可以通過單環接線方式滿足接線需求。

在電纜網中，雙環網架結構是最穩定的結構，其內部應用的接線方式也極為靈活，線路可承受的負荷量能夠調整，供電活動也更加可靠。

3 結構設計可靠性分析

3.1 構建可靠性模型

研究在相同的供電需求下采用不同網架結構時，網架結構可靠性的差別。即在一定的區域范圍內、一定的負荷的密度下，對比各種負荷密度下計算的結果。供電區域選取面積為7 km2的圓形區域（半徑 1.5 km）作為研究對象。總負荷和用戶數供電區域內的總負荷為 36 MW，負荷密度大約為 5 MW/km2 。這些負荷平均分布在供電區域內供電區域內。中壓用戶數為 36戶，戶均容量為 1 MW/戶。2個變電站對該區域供電，容量不限。不考慮變電站故障，變電站母線的可靠率認為是 0.99999。線路為了滿足網架結構的經濟負載率，線路條數不限。

3.2 確定評估方法

在已經獲取了基礎式的評估信息之后，還要選出合適的評估方法，在進行可靠性評估活動時，可以選擇使用最小割集法來完成評估測定工作，配網系統的最小割集與配電系統的故障模式之間存在聯系，最小割集內部含有多種元件，這些元件抽選失效的問題之后，系統也會出現運行失敗的情況，因此在評估時必須要確保全面考慮各種情況。

每個割集中的元件存在并聯關系，近似認為系統的失效度可以簡化為各個最小割集不可靠度的總和。最小割集法的優點是：將計算的狀態限制在最小割集內，避免計算系統的全部狀態，從而大大減少了計算量；考慮到了負荷的恢復過程及網絡的約束條件，使評估結果更加全面，更符合系統運行的實際情況；通過對故障影響范圍搜索，能找到系統的薄弱環節。

可靠性參數：可靠性評估計算使用常見的可靠性參數，包括故障率、故障修復時間和切換時間。其中，假設系統中使用的同類型設備具有相同的可靠性參數。

3.3 獲取評估結果

隨著配網建設技術不斷成熟，可建設的電網的結構形式也逐漸多樣化，對各種網架結構想形式進行比較后，可以獲得網架的可靠性評估結構。在架空網系統之中，可靠性最差的是單聯絡多分段式的電網結構，多聯絡多分段式的線路連接方式具有的可靠性及較強；在電纜網系統中，三供一備化的連接方式是最可靠的，單環網連線方式的可靠水平最差。另外低壓用戶也會給線路接入方式帶來影響，在實際的接線工作中還需考慮到低壓用戶這一類特殊用戶的情況，進行有針對性的可靠性評估工作。

4 結語

城市電網建設工作直接關系著日后的供電服務質量，基于全新的電能供給需要，電網建設方需要根據輸配電工作需求建設輸配電電網。原有電網系統因各種外部因素的影響而出現故障時，最基礎的電能輸送工作是無法有效維持的，為了確保電網的可靠性，可從網架結構入手，來優化整體電網結構，該文以具體城市的電網建設工程為例，提供了可行的網架建設法方案。隨著電力事業發展，電網建設工作水平還可以被進一步提升，須繼續優化城市電網。

參考文獻

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