基于可靠性的10kV城市配電網網架結構優化方案

內蒙古電力（集團）有限責任公司薛家灣供電分公司 楊元凱

當前城市電力建設工作已經取得了新成就，在電力供給系統上和電力配給工作上都得到了技術升級和改造，為城市配電網網架結構優化指明了方向。為了更好地優化城市電網，確保供電工作更加穩定和安全，需要從多個方面制定配電網網架結構優化方案，有效解決網絡結構設置中的疑難問題。

配電網在整個電力系統中發揮著重要作用，是連接終端用戶、發電系統、輸電系統的中間紐帶，在保證城市居民用電穩定和安全，及電網建設長期發展方面都起著舉足輕重的作用。但因其受到多方面影響，當前城市配電網還存在多種問題，如網架結構不完善、配電設備性能差、電網規劃不科學等。

對此需要供電單位深入研究，以10kV 城市配電網網架結構為例，從多方面入手，優化方案，提高供電可靠性，滿足城市供配電需求。本文主要以可靠性的10kV 城市配電網為例進行研究，旨在提高城市配電網的安全性、可靠性、經濟性，最終構建出更加優質的城市配電網網架結構。

1 10kV 城市配電網概述

10kV 城市配電網也叫做中壓配電網，其主要由架空線路、電纜線路、桿塔、配電變壓器、開關設備、無功補償裝置等元件構成，并在整個電力系統中發揮著分配電能的作用。10kV 配電網可對多個城市中變電站或用電負荷提供電能、電量。采用10kV 城市配電網可有效提高城市供配電的可靠性和穩定性，為了更好的提高供配電可靠性，需要對配電網架結構進行優化，并科學使用配電自動化系統，以此將電力設備參數信息和空間屬性進行結合，優化配電網網架，確保配電網有效管理和運維。

1.1 電網結構

本文主要以某城市10kV 配電網運行情況進行分析，并對網架結構設置情況進行分析。

運行指標：對某城市10kV 公用線路進行多次系統校驗，占據整個城區線路的一半以上（圖1）。在校驗中發現有部分線路沒有通過校驗，主要原因是線路存在較大安全隱患，對此需要對城區內電網進行升級改造。

圖1 所示電網網架

電纜網結構：該城市電纜網使用較為頻繁，并在新城區整體布置了電纜網，其他區域內一些安裝有變電站的線路配置電纜網，電纜網是一種環網型結構，其屬于環形運行模式，在整個電力線路中設置了多條線路，具體包括環網線路、雙設線路、單設線路、電纜電路等。

架空網：對該城市內的主干線線路進行絕緣處理后，架空線路回路數多，分段總數多，單聯絡線路為55回，雙鏈路和多聯絡線路為28回，在整個線路總回數中分布占比為9.75%、54.2%、30.2%。對上述線路各回路進行數據分析后發現該配網系統中存在網架結構不完善、電源點單一等問題，對此需要通過配網系統升級提升配網系統的可靠性。

1.2 網架結構系統

1.2.1 混合式架空網

技術人員在優化改進配電網系統中的網架結構時，可選擇混合架空網多種形式。首先可選擇輻射式的網架結構，該網架結構運行效率高、易于操作、投資費用少，但是該網架結構也存在一些缺陷。如在配電網發生故障時對其進行啟停檢修處理，需要大范圍停電，對用戶持續供電造成影響，且供電可靠性比較低，無法進行校驗測試，易造成主干線負載率高等問題。

其次，也可選擇單聯絡式網架結構，該網架結構屬于分段形式，可靠性強、接線系統結構簡單、運行靈活，如果配電網發生故障時，主干線路聯絡開關會自動（手動）閉合，線路電力負載會自動轉移到饋線上，該形式的網架結構可任意進行校驗測試。

最后，也可選擇多聯絡式分段式結構，該形式的網架接線模式不同于前兩種，線路電源屬于獨立控制系統，當配電網出現故障時對其他線路供電不會產生影響，可確保其他線路穩定運行，有效控制線路故障影響范圍，確保供電的穩定性，但是該形式的網架結構會受到聯絡線路數量的影響，大大提高電力線路應用負載率。

1.2.2 電纜網

電纜網在整個網絡結構中也發揮著主干作用，電纜網網架結構形式主要分為以下幾種：

單射式網架結構。該形式的網架結構采用的是單射式接線方式，一般主干線接帶負荷較大，不能隨意進行校驗測試；射式網架結構。該形式的網架結構復雜，但是和單射式特點相似；單環式網架結構。該形式的網架結構簡單、運行方便、接線簡單、可靠性強，但受到單環式接線模式的影響，線路備用容量少，一般需要通過異站單環接線方法確保運行穩定，如果異站條件不完善，則需要采用單環接線方法來進行接線。

雙環式網架結構，該形式的網架結構可為線路優化提供理論支持，并促使客戶可獲取不同的電源，有效滿足10kV 線路客戶側10kV 配電變壓器網絡系統運行需求，操作靈活；N 供-備網架結構形式。該形式的網架結構模式會隨著N 值的變化而變化，接線方式簡單、可靠性強，線路負載率會平均分布。但是當N 變化大于4時，接線模式復雜度會提高，不容易操作，且聯絡線長度越長耗費成本越大。以上結構形式中雙環網結構比較穩定，且其接線方式簡單，各種線路負載率可隨時調節，供電可靠性高[1]。

2 電網網架結構可靠性提升策略

2.1 建立可靠性模型

在供電條件相同情況下分析不同的網架結構，結果發現不同的網架結構可靠性各不相同，對此需要在同一特定范圍內、同一負荷密度下對計算結果進行分析，當前選擇某一城市圓形區域為分析對象，對用電總負荷和用戶數供電區域負荷、負荷密度進行計算。在此基礎上進一步確定中壓用戶數、戶均容量，發現該區域內主要有2個變電站，容量沒有限度，在變電站沒有發生故障的情況下對變電站母線可靠率進行確定，并得出滿足網絡結構經濟負載率，線路條數不做限定。

2.2 選擇評估方法

已經搜集了基礎連接評估信息后，需要選擇評估方法，一般在集體的可靠性評估活動中，需要選擇最小分割法進行評估、測試。當前配電網系統中的最小割與集和配電系統故障模式之間具有關聯性，且最小割集之間含有多種元件，如果元件選擇不準確，系統也會出現運行故障等問題，對此在選擇評估方法時需要考慮各方面情況。對于其中割集中的元件關聯性問題，可通過簡化割集中的總和來解決系統實效問題。

2.3 分析評估結果

隨著城市配電網建設的進一步發展，電網結構形式也多樣化，根據各種理想型的配電網網架結構進行分析后得出可靠評估網架結構，在網架系統內，單聯絡多分段式電網結構可靠性低，多聯絡多分段式線路連接電網結構可靠性高。且在電纜系統中三供一備化連接可靠性最強，單環網連接可靠性最低，且低壓用戶數也會對線路連接產生影響，對此在后期的接線過程中還需要考慮低壓用戶情況，并對不同的接線方式的可靠性程度進行評估[2]。

2.4 可靠性研究的基本理論

分析目標網架結構可靠性提升網架結構。對以上可靠性評估模型進行計算和分析后得出以下可靠性評估結果：在架空網中多分段單聯絡結構式架空網可靠性低，多分段多聯絡結構式架空網可靠性高；電纜網中雙環網可靠性低，三供一備式電纜網可靠性強；不靠看用戶低壓配電接線方式，根據評估結果發現單環網和雙環網之間的可靠性相似。

總結我國多個城市的10kV 配電網架結構。對少數城市采用無輻射式網架結構，對多數城市采取輻射式、單聯絡、多聯絡式三種網架接線方式，結果發現單聯絡和多聯絡方式之間的地區特點不顯著；得出具體的城市10kV 配電網目標網架結構。根據該城市經濟發展水平和配電網架結構特點、使用要求得出城區目標網架結構優化方案。

3 10kV 城市配電網運行問題和優化方案

對當前的10kV 城市配電網運行情況進行調查分析，對10kV 城市配電網線路安全問題和隱患故障進行分析，以此制定優化線路運行的方案和對策，確保10kV 城市配電網運行的安全和可靠，具體問題如下所示：在10kV 城市配電網運行中，線路故障率高，其主要原因是外界環境的影響，導致線路頻繁跳閘，且在外力作用下，線路負載過大、設備老化、技術標準不明確，供配電網運行網絡結構受到較強的干擾。為了提高配電網可靠性，減少用戶用電故障發生率，避免出現大范圍停電，提出了以下解決對策。

3.1 解決對策

針對于10kV 城市配電網出現的問題，主要解決目的在于提高環網率，通過環網線路持續供電，滿足不同線路用戶的用電需求，且在具體的故障解決中需要遵循安全生產標準，及時檢查配電網系統中的各種安全問題、故障隱患，并加強運行管理，以此保證配電網運行可靠和安全。

首先，對于系統中的各種老舊設備需要及時更換，縮短線路供電半徑，新建變電站（或變壓器）盡可能放置在負荷中心區，方能有效避免配電網運行中電壓過低、供電不穩定、電力過度消耗、用電管理不到位導致故障發生的情況。且相關人員還需完善電網運行管理系統規范，配置節點智能型設備，以此形成一體化、可靠性強、高效率的解決方案，確保電網智能化運行。

其次，啟動系統控制配電網運行管理模式，對用電管理、電力損耗檢查、故障處理等工作進行一體化管理，避免10kV 城市配電網線路和供電區域內出現負荷不均勻導致電網故障情況的出現。在此基礎上制定配電網建設和結構優化技術標準、控制標準，配電變壓器裝載容量標準、開放容量標準。

最后，在對10kV 城市配電網網架結構進行優化升級時，需要根據用電負荷情況、線路數控制、負荷變化等因素來調整配電網架結構中線路導線截面。并及時更換各種高耗能設備，控制電壓異常損失情況，提高電壓質量，確保10kV 城市配電網穩定、可靠運行。另外，當10kV 城市配電網中的某一線路或開關裝置出現故障時、或需要檢修報停時，可通過配電網負載轉移或者自動換閘等方法確保用戶供電穩定。

3.2 10kV 城市配電網運行和維護管理

在構建10kV 城市配電網運行和維護管理系統時，需從電力系統的整體安全性、可靠性出發，以降低配電網故障率和損耗率為目標，科學規劃、統一部署，采取分層或分區管理的方法，確保設備、線路、電網整體穩定運行。并確保配電網可無功補償分布、無功分層功能調節，以此降低電壓損耗，提高運行效益。配電網運行主要依靠電網內各節點電壓，對此可通過短期負荷預測、配電網智能化建設、信息系統等技術方法，對線路進行無功補償、補償功能均勻分配、無功調節控制，以此保證電壓質量和電壓穩定。通過以上方法實現自動負載控制、自動故障隔離、自動檢測功能上報，最終提高配電網自動化管理水平。

另外，想要確保10kV 城市配電網運行安全、可靠，還需要確保配電網網架可靠，對此需對10kV城市配電網供電結構、主干配結構進行升級、優化，并在日常運行維護管理中需根據用戶負荷需求和供電可靠性需求，進行自動分級、自動分層管理，以此確保供配電效益最佳。

總之，城市電網建設效果直接關系著供電服務質量和居民用電可靠性，為更好滿足城市配電網供電需求，需根據實際的輸配電工作進行優化、建設輸配電網，且受到各方面的影響，傳統的電網系統在運行中容易出現線路故障。對此需要著重從電網結構入手，優化配電網網架結構，以此制定切實、可行的配電網架建設方案，提高電網建設水平，保證城市配電網整體運行效率。