10 kV 配電網研究綜述

（中國電建集團福建工程有限公司 福建福州 350003）

0 引言

電力系統是由生產、輸送、分配、消費電能等部分構成的電能生產與消費系統，配電網主要起分配電能的作用，在電力系統末端進行電能分配。配電網是電力系統中與用戶緊密相連的重要樞紐，其網架性能的強弱與廣大群眾的生產生活息息相關，配電網的水平也決定著電能的傳輸質量，電壓質量，供電連續性［1-3］。現有絕大多數的用戶停電故障是由電力系統中的配電部分造成的。隨著社會經濟與人們生活水平的顯著提高，經濟發展模式的變化，產業升級的提升優化，城市建設進程的加快，電力體制改革逐步深入，配電網發展面臨新的機遇和挑戰。

多年來，隨著我國電網網架結構日益強大完善，各級電網網架結構都得到了顯著增強，極大程度上滿足了經濟建設發展與人們生產生活的用電需求，但10 kV 配電網水平依然較為薄弱，運行管理水平較低，因此全面提升配電網供電連續性、電能質量和智能化水平是當前亟待需要解決的問題。改善當前配電網網架結構，提高供電可靠性，提高運行管理水平，為全面建設堅強智能電網和泛在電力物聯網奠定堅實基礎。10 kV 配電網網架結構規劃不合理、過多考慮經濟性是造成當前配電網網架結構不強的決定性因素，合理的網架結構對于當前建設和優化網架至關重要［4-5］。因此要想更好的發展當前配電網，就需對配電網網架結構進一步優化，不僅確保配電網的安全穩定運行的基本功能需求，同時在電力需求增加的情況下，仍然能夠支持配電網正常運行。

配電網網架結構主要包括電纜與架空線路網架，本文對10 kV 配電網的電纜線路與架空線路進行了研究，以當前典型使用的10 kV 配電網的網架結構［6-8］討論分析，列舉了10 kV配電網網架結構中的輻射、多分段適度聯絡、環網等接線的特點以及應用范圍，提出了典型10 kV 配電網供電方案，為10 kV 網架優化升級提供關鍵的理論支撐。

1 10 kV 配電網結構

10 kV 配電網網架結構應綜合考慮所處地域社會經濟發展目標定位、劃分區域類型、負荷密度、負荷性質、供電可靠性等需求，確定技術目標和技術路線。10 kV 配電網接線主要選用架空、電纜以及架空電纜混合的接線方式，下文分別對架空與電纜接線方式結構特點展開研究。

1.1 10 kV 架空網

（1）10 kV 輻射式接線。10 kV 配電網架空網接線種類包括輻射、多分段單聯絡、多分段適度聯絡等3 種。輻射式接線結構較為簡略明晰、設備利用率高、工程投資少，具體分成單輻射與雙輻射2 種連接方式。

單輻射接線即為單一電源供電連接方式，最大的特點是線路接線簡易，經濟投資較小，但線路供電可靠性差。當單一電源或線路發生檢修或故障時，整個線路停運，不會有負荷的轉移。雙輻射接線即為雙電源供電接線方式，2 個電源點可以是來自不同變電站母線或者是相同變電站的不同的母線段，相比與單輻射接線模式，假若單電源或者線路發生檢修或者故障，且線路的負載率不超過50%時，可以通過聯絡開關動作實現負荷的轉移，保證供電連續性得到較大的提升。

（2）10 kV 多分段聯絡接線。多分段聯絡接線方式是通過分段開關對線路進行分段，依靠若干個聯絡開關將來自不同變電站或相同變電站不同母線的10 kV 多條出線連接起來。當其中任何單一分段發生故障時，聯絡開關動作，使其故障分段負荷轉移到相鄰出線實現負荷轉移，符合N-1 需求。當僅通過一個聯絡開關將兩條出線連接起來時，稱之為多分段單聯絡，此時每條線路正常運行時的負載率不大于50%。多分段聯絡接線當任一分段出線停運時，決不會干擾其它分段的正常工作，極大的提高了供電連續性。

1.2 10 kV 電纜網

10 kV 電纜網的連接方案含有單環、雙環、N 供一備線、花瓣等4 種接線方式。單環網接線方式正常運行時每條線路負載率不大于50%，2 個電源點可以來自于不同變電站或同一變電站的不同母線段10 kV 出線，有著靈活的運行模式以及良好的供電連續性。為進一步提高線路供電可靠性，將2 個單環網疊加形成電纜雙環網。與單環網不同的是，雙環網電源必須來自不同變電站，當其中任意分段發生故障時，失電的故障分段可以轉移到其它分段供電，線路運行模式更加靈活，保證供電連續能力更強。N 供一備的接線是N 條電纜相互連接形成環網運行，另外單條作為N 條主用線路的備用線，正常運行情況下線路負載率可至100%，保證供電連續能力強，組網方案靈活，但接線較為繁瑣，轉供電操作繁雜，聯絡線比較長，建設投資成本大。花瓣式接線的末端出線出自同一段母線，不同花瓣之間相互聯絡，工作運行時聯絡開關斷開，正常工作時線路最大負載率不超過50%，可用于特殊需要地區。

2 典型10 kV 配電網結構

綜合考慮現有10 kV 配電網供電能力、電能質量、經濟性以及安全性，其典型網架有單環網、雙環網、多分段適度聯絡等接線模式。根據不同供電區域以及負荷需求，網架結構推薦表見表1。

表1 10 kV 配電網網架推薦表

圖1 為10 kV 架空網多分段適度聯絡網架結構圖，其和雙輻射接線的經濟造價差別不大，但組網方式更為靈活，架空線多分段適度聯絡提高了線路的利用率，有著比雙輻射更強的供電連續性，縮短了線路的故障范圍，便于改造擴展，運行難度小，相比于輻射接線為技術經濟性綜合最優網架結構。

圖1 10 kV 架空網多分段適度聯絡網架結構圖

圖2 為10 kV 電纜網環式網架結構圖，其線模式線路運行方便、接線也較為簡單、經濟投資少、建設速度快，是當前電纜網網架中普遍成熟使用的一種接線方式，依靠主干線路末端之間的相互連接，極大程度上保證了供電連續性。單環網連接方式要求單條線路負載率不大于50%，當其中一條線路發生停運時能夠實現負荷的轉移，以符合“N-1”的供電需求。隨著后期網架結構的不斷優化，在單環的基礎上增加新的聯絡，進一步提高供電連續性，可以逐步發展為雙環網的網架結構，連續供電性強，結構更加可靠穩定，相比于單環網接線保證供電連續性能力更強。當其中一條線路故障時，其余線路均可為故障線路供電，線路工作更為靈活，可滿足N-1-1 安全準則，設備利用率為50%；滿足N-1 情況下，設備利用率為75%。

圖2 10 kV 電纜網環式網架結構圖

圖3 為10 kV N 供一備網架結構圖，其中n 條線路作為主用一條線路作為公共備用，供電可靠性較高，能夠符合N-1 用電需求，運行靈活簡單可靠，線路的理論利用率高，3 供1 備為75%，2 供1 備為67%，但線路連接較為繁瑣，轉供電操作繁瑣，建設投資大。

圖3 N 供一備（2≤N≤4）網架結構圖

3 10 kV 配電網供電模式

（1）采用開關站供電接線，供電連接方式見圖4，當開關站2 回電源點中任一回線路停運時，另一回線路能實現負荷轉移，符合N-1 需求。通過開關站向用戶供電模式中開關站的兩路電源點既可來自不同變電站，也可來自相同變電站不同母線段。

（2）采用環網柜的環網接線模式，供電接線模式見圖5 和圖6，接線模式中的2 路電源點可來自不同變電站或同座變電站不同母線。供區內對于供電連續性需求一般的用戶可通過單環網接線；對于供電連續性需求特別高的供電區域，可通過由兩個單環網組合供電。

（3）采用開關站供電+環網柜的環網供電模式，對于負荷12 000 kW～16 000 kW 規模的負荷區域，通過圖4 和圖5 所示的連接方案，向用戶供電模式的2 路電源點可來自不同變電站或同座變電站不同母線。

圖4 開關站向用戶供電接線模式

圖5 電纜單環網接線

圖6 電纜雙環網接線

4 結論

本文針對10 kV 配電網典型網架結構展開討論探索，通過對典型10 kV 配電網的網架結構供電能力、電能質量、安全性以及經濟成效等要素展開論證分析，將不同接線模式的網架結構論證分析對比，對不同網架結構的供電能力和應用情況概括歸納，可以根據不同的供電需求更優的選取網架接線，對當前10 kV 配電網的建設改造有重要的借鑒意義。