10 kV配電網(wǎng)供電可靠性設(shè)計(jì)考慮因素及對(duì)策

陳艷春

福州萬山電力咨詢有限公司，福建 福州 350108

0 引言

10 kV配網(wǎng)是我國供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在整個(gè)電力系統(tǒng)中發(fā)揮著最基本的作用，因?yàn)閷?duì)于普通的工業(yè)用戶、居民用戶及商業(yè)上的供電而言，最適用的供電電壓等級(jí)就是10 kV配電網(wǎng)，其供電的安全可靠性將直接影響我國居民正常用電的安全性及穩(wěn)定性。相關(guān)企業(yè)一定要重視10 kV配電網(wǎng)的重要性，隨著技術(shù)的發(fā)展，不斷建設(shè)并完善現(xiàn)有的10 kV配電網(wǎng)，使其能夠更加可靠地服務(wù)于社會(huì)[1]。

1 10 kV配電網(wǎng)供電可靠性的影響因素

1.1 配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理

在過去數(shù)年的時(shí)間里，受到技術(shù)條件的制約及人們對(duì)未來發(fā)展趨勢預(yù)判不夠等因素，已建成的10 kV配電網(wǎng)絡(luò)絕大部分結(jié)構(gòu)不合理，多采用的是10 kV單輻射線路的形式，該形式的配電網(wǎng)絡(luò)的接地形式為單端電源供電的樹狀放射形式，一旦線路出現(xiàn)故障，發(fā)生跳閘或者需要檢修等，則需要計(jì)劃性停電，無法通過其他線路進(jìn)行電力的補(bǔ)給，從而使得當(dāng)?shù)夭坏貌幻媾R經(jīng)常性的停電，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐墓╇娍煽啃浴?/p>

1.2 配電系統(tǒng)出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象

出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象同樣影響供電的可靠性。具體而言，出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象的原因有兩個(gè)：一是長期承受高壓環(huán)境的絕緣件表面會(huì)出現(xiàn)污漬，且污漬面積隨著時(shí)間的推移不斷擴(kuò)大；二是受到當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響，如環(huán)境潮濕使得空氣中的含鹽累積量增大，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)值后同樣容易產(chǎn)生閃絡(luò)的現(xiàn)象。無論因?yàn)楹畏N原因?qū)е麻W絡(luò)現(xiàn)象出現(xiàn)，都會(huì)使其瞬間電壓增大到正常電壓的2.5倍左右，此時(shí)極易發(fā)生配電系統(tǒng)短路及相關(guān)設(shè)備的損壞。

1.3 配電網(wǎng)電源分布點(diǎn)過少

近些年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工商業(yè)快速發(fā)展，很多工業(yè)性企業(yè)加大了對(duì)電力設(shè)備的使用，對(duì)電量的需求也逐年增加，對(duì)電力的依賴也逐年加大。但是目前我國已建的10 kV配電網(wǎng)電源點(diǎn)分布不足，變電站與負(fù)荷中心位置相距較遠(yuǎn)，改造難度較大，最終造成實(shí)際使用過程中10 kV電網(wǎng)線路與配電設(shè)備所需的電量不匹配，無法滿足部分地區(qū)生產(chǎn)用電需求，影響整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠性。

1.4 系統(tǒng)設(shè)備老化

10 kV配電網(wǎng)中的設(shè)備在工作過程中不僅需要承受環(huán)境及電流壓力的考驗(yàn)，同時(shí)由于長年累月不間斷地運(yùn)行，導(dǎo)致其容易出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，這樣會(huì)影響整個(gè)供電線路的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，為了解決設(shè)備老化及損壞現(xiàn)象，需要有針對(duì)性地檢修，在檢修過程中需要合理安排時(shí)間，如果安排不合理，就會(huì)導(dǎo)致一條線路短期內(nèi)多次停電，給人們的生產(chǎn)與生活帶來極大不便。

2 提高10 kV配電網(wǎng)供電可靠性的方法及措施

2.1 改善配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)行靈活性

從相應(yīng)的參考文獻(xiàn)中得知，不同配網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可靠性有所差異，其中放射線或者樹枝網(wǎng)的可靠性較低，而全聯(lián)絡(luò)樹枝網(wǎng)的可靠性則相對(duì)較高，因此需要對(duì)傳統(tǒng)單電源放射式結(jié)構(gòu)的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善[2]。原有的10 kV配電系統(tǒng)多為樹狀放射形式，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)及生活所需，在對(duì)10 kV配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，要保證基本的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在形式上應(yīng)選擇靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。例如，可以采用環(huán)網(wǎng)式的接線方式（見圖1）或者采用多回路的輻射狀接線方式。改善后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局更加合理，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)互相供電的能力增強(qiáng)，在某一單路出現(xiàn)故障需要檢修時(shí)，其余回路可進(jìn)行補(bǔ)給供電，減少了停電的時(shí)間與次數(shù)，提高了配電網(wǎng)供電的可靠性和靈活性。除此之外，需要進(jìn)一步優(yōu)化線路的合理性，最大限度地減少每一段用戶的數(shù)量，從而減小故障情況下的影響范圍。對(duì)于10 kV配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)而言，可以采取母線分段帶旁路的設(shè)計(jì)方式來提升母線的靈活性，并通過在10 kV饋線上設(shè)置干線分段、分支線開關(guān)的方式來降低母線開關(guān)試驗(yàn)及檢修停電等對(duì)供電可靠性的影響。對(duì)于負(fù)荷采取單電源輻射方式進(jìn)行分布的情況，需要在干線上設(shè)置2～3臺(tái)斷路器，同時(shí)在大支線始端設(shè)置斷路器，一旦此線路產(chǎn)生故障，就能夠極大地縮小停電范圍，并以此線路末端最小短路電路為依據(jù)實(shí)施相應(yīng)的整定。

圖1 環(huán)網(wǎng)式配網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.2 改造舊有的配電線路

對(duì)于已經(jīng)建成的舊有的配電線路，部分影響嚴(yán)重，無法滿足使用需求的，需要對(duì)其進(jìn)行改造升級(jí)。首先，需要改造的點(diǎn)位是電源部分，在10 kV配電網(wǎng)中宜選擇雙電源。這種改造對(duì)設(shè)備本身要求低，并且改造所需的費(fèi)用也少，還可以使原有線路上的戶數(shù)有效分段。在分段供電線路設(shè)計(jì)過程中，要區(qū)分對(duì)待母線設(shè)計(jì)和饋線設(shè)計(jì)，母線設(shè)計(jì)采用的是母線分段帶旁路的設(shè)計(jì)手法，饋線設(shè)計(jì)需采用干線分段設(shè)計(jì)方法，這樣才可以避免在母線停電檢修過程中所帶來的大范圍停電現(xiàn)象。

2.3 推進(jìn)電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加快自動(dòng)化進(jìn)程

在10 kV配電網(wǎng)中，為了減少故障造成的大范圍停電現(xiàn)象，在線路上進(jìn)行了分段處理，但這并不代表各段線路是完全獨(dú)立運(yùn)行的，設(shè)計(jì)人員需要通過相應(yīng)的技術(shù)將其進(jìn)行融合，最終形成一個(gè)整體網(wǎng)絡(luò)。因此，在設(shè)計(jì)上就需要對(duì)主線及支線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，并在實(shí)際應(yīng)用過程中通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行連接與應(yīng)用[3]，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掌握配電網(wǎng)中每個(gè)部件的運(yùn)行狀況，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)內(nèi)部的設(shè)備、開關(guān)的動(dòng)作次數(shù)及電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及相應(yīng)的管理。這樣可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)潛在的危害，增大線路供電的可靠性。

2.4 提高線路防污與抗雷擊的能力

由于長期運(yùn)行下10 kV配電網(wǎng)中的絕緣件表面會(huì)出現(xiàn)污漬等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致線路的電壓不穩(wěn)，易造成配電系統(tǒng)短路及相關(guān)設(shè)備的損壞。為了改善這一現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)上就需要有針對(duì)性的處理方法。例如，在設(shè)計(jì)上可以采用增加防護(hù)罩來保護(hù)絕緣件的方式，同時(shí)對(duì)母線的防護(hù)設(shè)計(jì)上可采用增加熱縮絕緣管的形式。通過設(shè)計(jì)上的防護(hù)改造，不僅可以防止設(shè)備表面污漬的產(chǎn)生，同時(shí)可以避免小動(dòng)物的接觸，降低出現(xiàn)短路的概率。

另外，10 kV配電網(wǎng)的落雷點(diǎn)位置較多，雷電擊中配網(wǎng)設(shè)備就會(huì)引發(fā)絕緣子的放電閃絡(luò)，嚴(yán)重影響絕緣子的絕緣性能，甚至?xí)斐山^緣子擊穿。針對(duì)雷擊問題，在設(shè)計(jì)上需要考慮避雷設(shè)計(jì)，以提高線路抗雷擊的能力。

線路不同位置上所采用的設(shè)計(jì)要求不同。一般來說，在避雷器安裝在線路一端時(shí)，需要將接地引線及電纜外皮一同接地，以防止電纜芯線對(duì)金屬外皮進(jìn)行放電；當(dāng)避雷器安裝在線路中線位置時(shí)，則在該線路的兩端同時(shí)需裝上相應(yīng)的避雷設(shè)備。除此之外，要做好防雷系統(tǒng)中絕緣子的選擇工作，加強(qiáng)工頻電弧的疏導(dǎo)，防止電弧在絕緣子表面發(fā)生燃燒的問題。例如，可以在安裝絕緣子時(shí)設(shè)置并聯(lián)保護(hù)空隙。現(xiàn)階段，我國絕大多數(shù)配電線路所用的絕緣子都是合成硅橡膠及玻璃材料。采用合成硅橡膠材料的絕緣子具有較強(qiáng)的抗灼燒性能，這是因?yàn)榇朔N材料絕緣子一旦受到工頻電弧的灼燒，就會(huì)噴出氣體，該氣體具有較好的吹弧效果，可以將電弧吹離絕緣子表面而起到保護(hù)作用[4]。另外，采用合成硅橡膠材料的絕緣子即使發(fā)生局部受熱的情況，也不會(huì)立即發(fā)生炸裂，因此此種材料更加有利于絕緣子線路性能的恢復(fù)。同時(shí)，此種材料絕緣子就算受到灼燒其傘裙也不會(huì)發(fā)生脫落，因此可以更加有效地確保線路進(jìn)行重合閘操作。雖然此種合成絕緣子具有較好的性能，但是還是會(huì)在一定程度上受到工頻電弧的影響而發(fā)生材料性質(zhì)的變化，在受到灼燒之后某些容易分解的成分會(huì)揮發(fā)，在一定程度上影響了合成絕緣子的憎水性及抗污性，因此要采取綜合性措施來加強(qiáng)雷電的防治。

2.5 提高設(shè)備的制造和安裝質(zhì)量，降低設(shè)備故障率

配電網(wǎng)設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選擇符合相關(guān)要求的高標(biāo)準(zhǔn)，只有過硬的質(zhì)量才能降低故障率，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中需要明確指出安裝過程中需要引起注意的點(diǎn)位，便于施工作業(yè)。后期還可以成立一個(gè)專門的維修中心，并對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，確保在線路出現(xiàn)故障時(shí)相關(guān)人員能夠及時(shí)有效地進(jìn)行搶修工作。

3 結(jié)束語

10 kV配電網(wǎng)的供電可靠性直接體現(xiàn)供電企業(yè)的運(yùn)營管理能力。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員需要充分分析影響因素，在此基礎(chǔ)上采取更具針對(duì)性的方法，以提升10 kV配電網(wǎng)供電的可靠性，進(jìn)一步推動(dòng)電力行業(yè)的發(fā)展。