10 kV 配電網(wǎng)供電可靠性的技術(shù)措施研究

楊 森，葉友橋

（國網(wǎng)陜西省電力有限公司石泉縣供電分公司，陜西 石泉 725200）

0 引 言

10 kV 配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的中壓網(wǎng)絡(luò)部分，主要負責(zé)將變電站的電力傳輸?shù)礁鱾€分配點，保證電能有效分配和輸送，在提高能效、降低成本及增強供電可靠性等方面發(fā)揮著重要作用。然而10 kV 配電網(wǎng)面臨著自然條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及設(shè)備壽命等方面的影響和挑戰(zhàn)，如何采取有效的技術(shù)措施提高10 kV 配電網(wǎng)的供電可靠性，是一個值得研究的問題。因此，文章從理論和實踐2 個方面探討10 kV 配電網(wǎng)供電可靠性的技術(shù)措施，為電力系統(tǒng)的優(yōu)化和改進提供一些思路和建議。

1 供電網(wǎng)絡(luò)中10 kV 配電網(wǎng)的主要作用

10 kV 配電網(wǎng)通常由10 kV 線路、配電變壓器和配電設(shè)備組成，是連接高壓輸電網(wǎng)和低壓用戶的重要橋梁。在供電網(wǎng)絡(luò)中，10 kV 電壓級別能有效減少輸電過程中的能量損失。相較于更高電壓級別的輸電網(wǎng)，它更適用于城市和鄉(xiāng)村地區(qū)的電力分配。常規(guī)條件下，10 kV 配電網(wǎng)的線損率需要控制在6%以內(nèi)。這是保證電能傳輸質(zhì)量和實現(xiàn)經(jīng)濟效益的關(guān)鍵因素。在實際應(yīng)用中，10 kV 配電網(wǎng)能夠滿足不同規(guī)模的負荷需求，有效承載從幾十到數(shù)千千瓦的負荷。10 kV 配電網(wǎng)可以通過變壓器將電壓降至220 V 或380 V 供應(yīng)給終端用戶，達到精確控制電壓和電流的效果，滿足不同用戶的需求[1]。因此，10 kV 配電網(wǎng)在整個供電系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色，不僅保證了電能的有效分配和輸送，而且在提高能效、降低成本和增強供電可靠性等方面發(fā)揮著重要作用。

2 影響10 kV 配電網(wǎng)供電可靠性的相關(guān)因素

2.1 自然條件

自然條件會對10 kV 配電網(wǎng)的供電可靠性產(chǎn)生顯著影響，如表1 所示。首先，極端氣候如暴雨、高溫及雷暴等，可能導(dǎo)致電線斷裂、絕緣材料老化等，從而增加故障率。其次，地形特征會造成間接影響，如山區(qū)、丘陵等地形會增加配電網(wǎng)的布線難度和成本，地震等自然災(zāi)害可能損壞配電設(shè)施[2]。最后，生物活動如樹木生長和環(huán)境動物等易導(dǎo)致設(shè)備短路或損壞。因此，要重視自然因素，降低配電網(wǎng)出現(xiàn)問題的可能性。

表1 自然條件影響情況

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計是確保10 kV 配電網(wǎng)供電可靠性的關(guān)鍵因素。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效提升配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，減少因設(shè)計不當(dāng)導(dǎo)致的供電故障。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，應(yīng)著重優(yōu)化節(jié)點布局，減少線路長度和損耗，如采用星型或環(huán)型布局等，有效平衡負荷，降低供電中斷的風(fēng)險。同時，需要在關(guān)鍵節(jié)點增加冗余設(shè)計，如雙路供電等，以提高供電可靠性。設(shè)計過程中，可以按照“N+1”原則（N代表正常運行的設(shè)備數(shù)量，1 代表備用設(shè)備）設(shè)計系統(tǒng)冗余，以增強供電穩(wěn)定性。設(shè)計過程中，高壓線路的配置合理性對減少故障和維護時間至關(guān)重要。只有保證10 kV 配電網(wǎng)配置合理，才能避免出現(xiàn)過載問題，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行[3]。通過數(shù)學(xué)模型分析負荷流，確保每條線路都在安全運行范圍內(nèi)。例如，采用最小化總線路損耗或負荷平衡模型進行分析。最小化總線路損耗計算公式為

式中：Ptotal·loss為線路損耗。

負荷平衡模型需要使用線性規(guī)劃方式，計算公式為

式中：Pimbalance為負荷不平衡總量；Pload為各個節(jié)點負荷；Paverage為平均負荷。結(jié)合計算結(jié)果進行設(shè)計，即可實現(xiàn)負荷的均衡分配目標(biāo)。

2.3 設(shè)備壽命

10 kV 配電網(wǎng)中的各種設(shè)備，如變壓器、斷路器及電纜等，隨著使用年限的增加，性能穩(wěn)定性逐漸下降，會影響整個電網(wǎng)的供電可靠性。電力設(shè)備的故障率與使用年限之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，如表2 所示。

表2 設(shè)備壽命與故障率對應(yīng)情況

隨著設(shè)備的老化，維護和替換成本逐年增加，增加了運營成本和突發(fā)故障的風(fēng)險。因此，及時更新和維護老化設(shè)備至關(guān)重要。

3 增強10 kV 配電網(wǎng)供電可靠性的有效技術(shù)措施

3.1 加快高壓配電網(wǎng)布點建設(shè)

高壓配電網(wǎng)布點建設(shè)指在合適的位置建設(shè)高壓變電站或配電室，提供高壓電源給下級配電網(wǎng)或用戶。加快高壓配電網(wǎng)布點建設(shè)，可以有效提高10 kV 配電網(wǎng)的供電可靠性，增加供電來源，降低單一供電源的供電風(fēng)險，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。供電公司可以通過建設(shè)高壓環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)多路供電，當(dāng)某一路發(fā)生故障時，利用其他路繼續(xù)供電，避免出現(xiàn)停電或電壓波動的問題。高壓配電網(wǎng)布點能夠降低供電距離，減少線路損耗。線路損耗與電流的平方、線路的長度成正比，因此縮短供電距離可以有效降低線路損耗，提高電能利用率[4]。此外，布點建設(shè)能夠優(yōu)化10 kV 配電網(wǎng)的供電結(jié)構(gòu)，提高供電質(zhì)量。通過建設(shè)高壓配電網(wǎng)可以實現(xiàn)高壓直供，避免中壓變壓器的轉(zhuǎn)換損耗，提高電壓的精準度和穩(wěn)定性。在特定情況下，供電公司可以利用高壓配電網(wǎng)實現(xiàn)高壓并網(wǎng)目標(biāo)。借助高壓電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，平衡10 kV 配電網(wǎng)的負荷波動，提高電網(wǎng)的抗干擾能力。因此，加快高壓配電網(wǎng)布點建設(shè)是一種有效的技術(shù)措施，可以從多個方面提高10 kV 配電網(wǎng)的供電可靠性，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

3.2 提升中壓架空線路絕緣水平

中壓架空線路指電壓等級在1 ～35 kV 的架空線路，是10 kV 配電網(wǎng)的主要組成部分，負責(zé)將電能從高壓變電站或配電室輸送到各個配電變壓器或用戶。中壓架空線路的絕緣水平是影響供電可靠性的重要因素。一個高效的絕緣系統(tǒng)可以有效防止短路、閃絡(luò)及跳閘等故障，保證電網(wǎng)的安全運行。在提升中壓架空線路絕緣水平的過程中，供電公司可以通過更換高性能絕緣材料的方式，保證線路的耐壓性、耐熱性和耐候性等。目前，常用的絕緣材料有橡膠、塑料、陶瓷等。其中：橡膠和塑料具有較好的柔韌性和絕緣性，但容易老化和受潮；陶瓷具有較高的耐熱性和耐候性，但容易破裂和污染。為了提升中壓架空線路絕緣水平，可以更換高性能的絕緣材料，如聚乙烯、聚丙烯和聚苯硫醚等。這些材料具有較高的絕緣強度、耐熱性和抗老化性，可以有效提高線路的絕緣性能，延長線路的使用壽命。

絕緣子是連接導(dǎo)線和支架的絕緣裝置，通過隔離導(dǎo)線和支架之間的電勢差，防止電流泄漏或跳火。絕緣子的數(shù)量和間距是影響中壓架空線路絕緣水平的重要參數(shù)，決定線路的耐壓等級和絕緣距離。為提升中壓架空線路絕緣水平，可以增加絕緣子的數(shù)量和間距，從而提高線路的耐壓能力和抗干擾能力。根據(jù)國家標(biāo)準，10 kV 架空線路的絕緣子數(shù)量應(yīng)不少于4 個，絕緣子間距應(yīng)不小于0.5 m，以保證線路的安全運行。

3.3 積極推廣應(yīng)用中壓避雷線和OPGW

中壓避雷線和光纖復(fù)合架空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）光纜是2 種適用于10 kV 配電網(wǎng)的新型光纜產(chǎn)品，能夠提高供電可靠性和通信效率，值得在電力系統(tǒng)中積極推廣應(yīng)用。中壓避雷線是將光纖單元與金屬鎧裝線絞合在一起的光纜，外觀類似于普通的架空地線，但具有通信功能。中壓避雷線可以直接替換原有的架空地線，無須增加額外的掛點，節(jié)省了施工成本和時間[5]。同時，它能夠起到架空地線的作用，提供短路接地路徑，保護電路免受雷擊，保障電網(wǎng)安全運行。

OPGW 是一種將光纖單元放入金屬保護管并與金屬鎧裝線絞合在一起的光纜，外觀類似于普通的架空地線，但具有更好的通信功能。OPGW 可以承受高壓輸電線路的電氣和機械負荷，提供短路接地路徑，保護電路免受雷擊，在保障電網(wǎng)安全運行的同時能夠抵抗惡劣的環(huán)境條件，如高溫、低溫、濕度及污染等，確保光纖長期穩(wěn)定使用。中壓避雷線和OPGW 的性能參數(shù)和應(yīng)用范圍如表3 所示。

表3 中壓避雷線和OPGW 的性能參數(shù)和應(yīng)用范圍

中壓避雷線和OPGW 是2 種具有多重優(yōu)勢的光纜產(chǎn)品，可以保證電力供應(yīng)，同時實現(xiàn)光纖通信，提高電力系統(tǒng)的信息化水平，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。因此，電力系統(tǒng)應(yīng)積極推廣應(yīng)用中壓避雷線和OPGW，提高10 kV 配電網(wǎng)的供電可靠性。

4 結(jié) 論

文章分析了10 kV配電網(wǎng)供電可靠性的技術(shù)措施，認為10 kV 配電網(wǎng)供電可靠性的技術(shù)措施是一個綜合性問題，需要根據(jù)具體的地理環(huán)境、負荷需求、設(shè)備狀況和運維管理等進行綜合分析和優(yōu)化，從而促進10 kV 配電網(wǎng)的高效運行和可持續(xù)發(fā)展。