淺談１０ＫＶ中壓配電網(wǎng)接線模式的新思路

［摘要］文章對10kV中壓配電網(wǎng)各種接線模式的分段情況進(jìn)行分析論證，并提出可以計算不同配電網(wǎng)接線模式的方法、新思路，以供同行參考。

［關(guān)鍵詞］配電網(wǎng)；接線模式

［作者簡介］胡云石，廣東電網(wǎng)高州供電局助理工程師，研究方向：配網(wǎng)建設(shè)管理，廣東高州，525200

［中圖分類號］ TM72［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1007-7723（2008）10-0166-0003

一、配電網(wǎng)接線模式

一般城市的配電線路是由架空線和電纜線混合組成的。因此，本文僅分析各種典型的架空線和電纜線接線模式。

二、配電網(wǎng)最優(yōu)分段數(shù)計算方法

（一）基本思路

配電網(wǎng)的基本功能是向用戶輸送電能，所有用戶都期望以較低的價格購買到具有較高可靠性的供電服務(wù)。為了提高供電可靠性并減小停電損失就必須增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資成本。但是如果所增加的投資高于所減少的用戶停電損失，那么這種投資就不經(jīng)濟(jì)了。

線路的停電損失隨可靠性的增加而單調(diào)遞減且逐漸趨于水平。當(dāng)供電可靠率為100%時，用戶的停電損失費(fèi)用為零，但此時供電企業(yè)為改善可靠性而投入的費(fèi)用卻大大增加了。因此，供電可靠率最高的方案并不一定具有最好的經(jīng)濟(jì)性?？傎M(fèi)用曲線上的最低點(diǎn)是總費(fèi)用最小時所對應(yīng)的點(diǎn)，可以由它來確定線路的最佳供電可靠性水平。

對于某種特定的接線模式，假設(shè)線路的年總費(fèi)用為T，在不同分段情況下線路的投資費(fèi)用年值為Z(包括檢修維護(hù)費(fèi)用年值和線路投資年值)且年停電損失值為L，則有

T=Z+L（1）

針對不同接線模式進(jìn)行計算可知，當(dāng)供電半徑取值一定時T是一條近似下凹的曲線，曲線最低點(diǎn)所對應(yīng)的分段數(shù)就是該接線模式的最優(yōu)分段數(shù)，而且同一種接線模式的最優(yōu)分段數(shù)隨著供電半徑的變化而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。

（二）配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性計算

在進(jìn)行方案的經(jīng)濟(jì)性計算時，配電線路及相關(guān)設(shè)備的投資費(fèi)用可以表示為：

Z=Lk′C0+Cd+(n-1)Cf（2）

式中L為每回主干線長度；k'為線路曲折系數(shù)（即用理想線路長度估算實際線路長度的比例系數(shù)，對于不互聯(lián)的接線方案k'取1.1，互聯(lián)的接線方案k'取1.3）；C0為單位長度的線路投資：Cd為出口斷路器的投資；n為線路的分段數(shù)；Cf為分段開關(guān)的投資。架空線路的分段開關(guān)為負(fù)荷開關(guān)，電纜線路的分段開關(guān)為主饋線上的環(huán)網(wǎng)柜。

（三）配電網(wǎng)的可靠性評估

配電網(wǎng)可靠性的評估方法有多種，本文采用故障模式后果分析法。下面以單環(huán)網(wǎng)接線模式為例對其進(jìn)行可靠性評估，并假設(shè)沿線負(fù)荷均勻分布且用戶總數(shù)為N，如圖1所示。

為滿足配電網(wǎng)線路的N-1要求，單環(huán)網(wǎng)接線正常運(yùn)行時需預(yù)留50%的裕量，目的是為了在線路出現(xiàn)故障時能通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)恢復(fù)對故障線路的供電。當(dāng)線路為三分段時，如果第一段出現(xiàn)故障，則N/3用戶的平均停運(yùn)時間為線路的修復(fù)時間。由于聯(lián)絡(luò)開關(guān)的作用另外2N/3用戶的平均停運(yùn)時間僅為查找故障并通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)恢復(fù)供電的倒閘操作時間，所以此時的用戶停電持續(xù)時間總和為：

（四）中壓線路停電損失計算

配電系統(tǒng)的停電損失分為直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失，前者即為電力部門因為系統(tǒng)停電而減少的經(jīng)濟(jì)效益，后者即為停電造成的社會影響所引起的經(jīng)濟(jì)損失。計算停電損失(又稱缺電成本)的方法有多種，它們大多是建立在對用戶進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，這種調(diào)查的實施難度較大且所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也較差。本文基于產(chǎn)電比的概念來計算配電系統(tǒng)的停電損失。產(chǎn)電比是指某一時期(年)某一地區(qū)內(nèi)國民生產(chǎn)總值(GDP)與所消耗電能的比值(元/kwh)，它描述了某一時期(年)某一地區(qū)內(nèi)單位電能所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益，是對電能貨幣價值的一種社會度量。利用產(chǎn)電比計算的停電損失為：

L1=P1·SAIDI·a×10-4 （4）

L2=P1·SAIDI·k×10-4（5）

L= L1+ L2（6）

式中Ll為直接經(jīng)濟(jì)損失； L2為間接經(jīng)濟(jì)損失；L1為系統(tǒng)總的停電損失；P1為線路所帶的最大負(fù)荷； SAIDI為系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間；a為電力企業(yè)的綜合售電收益，即電力企業(yè)的供電純利潤(元/kwh)，它是售電價與企業(yè)供電成本的差值；k為產(chǎn)電比。

三、最優(yōu)分段數(shù)計算結(jié)果分析

（一）分段數(shù)-總費(fèi)用曲線

分段數(shù)—總費(fèi)用曲線是指在一定的供電半徑下，配電線路的分段數(shù)與線路投資年值、年停電損失和年總費(fèi)用的關(guān)系曲線。由于停電損失費(fèi)用相對于線路的總體投資來說比較小，因此圖中略去了線路的基本投資費(fèi)用（包括線路本身的投資和出口斷路器的投資）。對于同一種接線模式的不同分段情況，線路的基本投資費(fèi)用相同。下面仍然以電纜單環(huán)網(wǎng)接線為例進(jìn)行分析，其他接線模式也具有相似規(guī)律。隨著分段數(shù)的增加，線路的停電損失在相應(yīng)地減少，即線路的供電可靠性得到了提高。當(dāng)停電損失降低到一定程度后，隨著分段數(shù)的增加則停電損失減小的趨勢將變緩。

（二）最優(yōu)分段數(shù)與供電半徑的對應(yīng)關(guān)系

利用公式（1）代入（6）計算得到的配電網(wǎng)在各種接線模式下最優(yōu)分段數(shù)與供電半徑的對應(yīng)關(guān)系，如表1、表2所示，其中分段數(shù)為1即為不分段情況。可見線路的最優(yōu)分段數(shù)與供電半徑密切相關(guān)，隨著供電半徑的增大最優(yōu)分段數(shù)也在逐步增加；最優(yōu)分段數(shù)越大，其對應(yīng)的供電半徑也就越長。

由表1和表2還可看出，無論是電纜還是架空線，其單輻射接線模式和單環(huán)網(wǎng)接線模式的最優(yōu)分段數(shù)的分布規(guī)律基本相同，電纜“N—1”接線模式之間也存在類似情況，其原因在于沒有考慮聯(lián)絡(luò)開關(guān)的故障和配電線路的多重故障。

四、最優(yōu)分段數(shù)的靈敏度分析

（一）分段開關(guān)造價的影響

當(dāng)線路的供電半徑一定時，各種接線模式的最優(yōu)分段數(shù)將隨著分段開關(guān)造價、產(chǎn)電比、線路故障率和修復(fù)時間、線路的線型和綜合售電收益等因素的變化而變化，不同的參數(shù)對最優(yōu)分段數(shù)的影響程度不同。當(dāng)分段開關(guān)的造價不同時，電纜單環(huán)網(wǎng)接線模式的計算結(jié)果如表3所示。可見分段開關(guān)造價越高則相同供電半徑對應(yīng)的最優(yōu)分段數(shù)越少。這是因為，分段開關(guān)造價越高則線路增加分段數(shù)所需增加的投資越多，而停電損失未發(fā)生變化，因此線路總費(fèi)用曲線的最低點(diǎn)向左平移，從而導(dǎo)致了最優(yōu)分段數(shù)的減少。

（二）產(chǎn)電比的影響

由于各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，其產(chǎn)電比也存在著一定的差異。統(tǒng)計結(jié)果表明，大部分地區(qū)的產(chǎn)電比在4～9之間，因此在對產(chǎn)電比進(jìn)行靈敏度分析時，取產(chǎn)電比k1=6.6518×10%=4.65626、k2=6.6518、k3=6.6518×130%=8.64734、k=6.6518。

這三種情況下的計算結(jié)果如表4所示?？梢姰?dāng)產(chǎn)電比在正負(fù)30%范圍內(nèi)變化時，各接線模式的最優(yōu)分段數(shù)也會隨之發(fā)生變化，產(chǎn)電比越大則最優(yōu)分段數(shù)越大，產(chǎn)電比越小則最優(yōu)分段數(shù)越小。

（三）線路故障率和修復(fù)時間的影響

線路的故障率越高則修復(fù)時間越長，進(jìn)而導(dǎo)致了可靠性的降低以及停電損失的增大，此時停電損失隨線路分段數(shù)的增加而下降的趨勢也會越明顯。如圖2和圖3所示。在線路投資不變的情況下，總費(fèi)用曲線的最低點(diǎn)將向右平移，從而使線路的最優(yōu)分段數(shù)也相應(yīng)地增大。

其他因素(如線路線型及綜合售電收益等)對配電線路最優(yōu)分段數(shù)分布規(guī)律也將產(chǎn)生影響，對此本文將不再細(xì)述。從以上的靈敏度分析結(jié)果可見，各種接線模式的最優(yōu)分段數(shù)將隨著各項參數(shù)的取值不同而發(fā)生相應(yīng)的變化，而影響最優(yōu)分段數(shù)分布規(guī)律的各因素都是通過影響線路的供電成本或停電損失來影響最終結(jié)果的。

五、結(jié)語

本文提出的配電網(wǎng)接線模式最優(yōu)分段方法對城網(wǎng)規(guī)劃與改造工作提供了良好的借鑒，相應(yīng)成果已應(yīng)用于多個城市的配電網(wǎng)規(guī)劃中并取得了很好的效果。