基于10kV配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型的供電可靠性研究

姚勇

摘要：供電可靠性是配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型控制應(yīng)用的基本要求。本文以10kV配電網(wǎng)為例，在闡述城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)類型的基礎(chǔ)上，就10kV中壓電纜網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型供電可靠性展開(kāi)分析，期望能為城市配電網(wǎng)絡(luò)控制提供參考，確保配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型控制應(yīng)用的可靠性、安全性。

關(guān)鍵詞：10kV配電網(wǎng);網(wǎng)架結(jié)構(gòu);設(shè)備選型;可靠性

城市化背景下，我國(guó)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)日益完善，配電設(shè)備應(yīng)用形式也逐漸豐富。在配地網(wǎng)系統(tǒng)中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型對(duì)于供電的可靠性具有深刻影響;有必要進(jìn)行配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型的系統(tǒng)控制和全面優(yōu)化?；诖耍疚牧⒆阌?0kV配電網(wǎng)系統(tǒng)，就網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性的影響展開(kāi)分析。

一、城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

中壓架空網(wǎng)是我國(guó)城市中應(yīng)用最多的一種網(wǎng)絡(luò)框架，其包含了輻射式、多分段單聯(lián)絡(luò)、多分段多聯(lián)絡(luò)式三種基本形式[1]。就輻射式而言，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的接線較為簡(jiǎn)單、清晰，而且從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層面來(lái)看，設(shè)備運(yùn)行也較為方便。此外，輻射式中壓架空網(wǎng)的建設(shè)投資較少。但要注意的是，一旦架空網(wǎng)出現(xiàn)故障，則停電的范圍較大，這嚴(yán)重地影響了供電的穩(wěn)定性。作為輻射式的升級(jí)版，多分段單聯(lián)絡(luò)式中壓架空網(wǎng)的接線更阿基清晰，供電系統(tǒng)運(yùn)行靈活。實(shí)際運(yùn)作中，一旦網(wǎng)架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障，多分段單聯(lián)絡(luò)式的停電范圍集中在一個(gè)區(qū)域，這種方式可使得干線的運(yùn)行負(fù)載率控制在50%。多分段多聯(lián)絡(luò)式配電網(wǎng)網(wǎng)架接線的負(fù)載率可達(dá)到67%～75%，該模式下，各線路均可在自己運(yùn)行的區(qū)域內(nèi)正常供電，這有效地降低了線路的故障發(fā)生率，提升了電路系統(tǒng)的可靠性，但配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè)階段的投資較大（見(jiàn)圖1）。

二、10kV的中壓電纜網(wǎng)典型網(wǎng)架

對(duì)于10kV的中壓電纜網(wǎng)而言，其網(wǎng)架形式類型較多，除單射式、雙射式外，單環(huán)式、雙環(huán)式也是其重要的架構(gòu)形式，此外10kV中壓電纜網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還包括供電設(shè)備。

就單射式、雙射式中壓電纜而言，其接線方式均不滿足N-1要求，但當(dāng)主干線處于正常運(yùn)行狀態(tài)是，接線的負(fù)載率可達(dá)到100%。單環(huán)式一般多采用異站單環(huán)接線方式;該類型配電網(wǎng)接線線路清晰、運(yùn)行靈活，且可靠性得到了大大提升。在單環(huán)式接線模式下，線路的備用容量保持在50%作用。要注意的是，當(dāng)不具備條件時(shí)，單環(huán)式配電網(wǎng)采用同站不同母線單環(huán)接線方式;對(duì)于單環(huán)網(wǎng)尚未形成的狀況，需將線路與現(xiàn)狀架空線路暫時(shí)連接在一起。與其他接線方式相比，雙環(huán)式配電網(wǎng)是最可靠、最靈活的接線方式，其能使得客戶同時(shí)得到兩個(gè)方向的電源，滿足N-1的基本要求。N供一備用電模式下，線路的平均負(fù)載率有所不同，這種線路繁瑣復(fù)雜，且聯(lián)絡(luò)線路的長(zhǎng)度較大，投資較高;在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)注重N供一備線路負(fù)載率的有效提升[2]。

三、基于10kV配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型可靠性研究

1、設(shè)備選型

在相同的供電需求下，采用不同的網(wǎng)架模式進(jìn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可靠性，并找出其差別可實(shí)現(xiàn)邊界條件的有效研究。具體研究要點(diǎn)為：先注重負(fù)荷密度的系統(tǒng)控制，統(tǒng)籌并計(jì)算系統(tǒng)對(duì)不同負(fù)荷密度的承載了，最終結(jié)合計(jì)算結(jié)果，可選擇出最適合的設(shè)備類型。

2、設(shè)備選型故障處理方法

最小割集法在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)評(píng)估中的應(yīng)用較多，該方法是基于“配電系統(tǒng)的故障模式與系統(tǒng)的最小割集有最直接地聯(lián)系”這一原理而展開(kāi)的。其中就最小割集中而言，其主要是由許多元件的結(jié)合而組成的，一旦集合在工作中產(chǎn)生故障，則系統(tǒng)發(fā)生癱瘓失效的概率會(huì)大大增加，且這種故障具有不可逆特征。這種模式下，最小集合之間存在并聯(lián)關(guān)系，這使得對(duì)于具體狀態(tài)的控制集合在小的集合范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)其他設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生影響。值得注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中，最小割集法實(shí)現(xiàn)了設(shè)備選型上網(wǎng)絡(luò)約束的評(píng)估，這確保了設(shè)備運(yùn)行評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，有助于提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，防控設(shè)備運(yùn)行薄弱環(huán)節(jié)。

3、可靠性參數(shù)

依托可靠性參數(shù)可實(shí)現(xiàn)10kV配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型可靠性的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。在配電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)中，先要將兩者的中壓電氣接線結(jié)構(gòu)設(shè)置相同的數(shù)值，這樣才能使得兩者具有相同的可靠率指標(biāo);其次應(yīng)調(diào)整電源供電負(fù)荷，并使其保持到最大值;最后觀察并分析中壓電氣接線結(jié)構(gòu)，若兩者哪一方在這時(shí)出現(xiàn)了故障，則表明哪一方的可靠性有待提升。結(jié)合電力工程項(xiàng)目實(shí)踐可知，低壓用戶配電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可靠性較高，但相比之下，高壓用戶的電壓指數(shù)更加強(qiáng)勁。從設(shè)備選型層面來(lái)看，單環(huán)式與雙環(huán)式相結(jié)合模式的應(yīng)用較多，其能在降低配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè)成本的同時(shí)，最大限度地保證配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的穩(wěn)定性，確保電力系統(tǒng)使用高效、安全。

結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型對(duì)于供電的可靠性具有深刻影響，10kV的配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選擇中，架空網(wǎng)網(wǎng)架的應(yīng)用較多，這是因?yàn)?0kV架空網(wǎng)網(wǎng)架運(yùn)行模式更加穩(wěn)定，安全性更加突出，能有效地防范運(yùn)行設(shè)備故障問(wèn)題發(fā)生。基于此，在新時(shí)期的城市10kV配電網(wǎng)建設(shè)中，可加大架空網(wǎng)模式的選擇和應(yīng)用，以此來(lái)提升配電網(wǎng)運(yùn)行效率，減少配電輸出故障，促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]胡列翔，鄭偉民，王蕾，等.基于配網(wǎng)拓?fù)渚仃嚨墓╇娍煽啃栽u(píng)估[J].電網(wǎng)與清潔能源，2019，235（2）：48-55.

[2]許悅，余濤.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與供電可靠性的數(shù)學(xué)關(guān)系分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2019，43（2）：168-175.