淺析城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)線路分段設計

謝杰君 王方權(quán)

（貴州沅豐恒工程有限公司 550001）

淺析城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)線路分段設計

謝杰君 王方權(quán)

（貴州沅豐恒工程有限公司 550001）

配電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及工作效率對于配電網(wǎng)線路電能輸送和調(diào)配產(chǎn)生十分重要的影響，為了有效提升10kV配電網(wǎng)的電力輸送和調(diào)配水平，可以采用分段設計方式。對此，本文首先對10kV配電網(wǎng)線路規(guī)劃及其分段設計進行了介紹，然后對城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)線路分段設計原則進行了分析，并對城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)線路分段設計的發(fā)展方向進行了詳細探究。

10kV配電網(wǎng)；線路；分段

1 引言

在對城市10kV的配電網(wǎng)進行規(guī)劃時，通常需要根據(jù)街道的分布情況對其進行布置，主要結(jié)構(gòu)為開環(huán)運行、環(huán)網(wǎng)結(jié)線。隨著電網(wǎng)改造的不斷深入，配電網(wǎng)的自動化運轉(zhuǎn)的水平也在不斷的提高。對lOkV電力配電網(wǎng)的線路實行分段設計，能夠有效提升配電網(wǎng)運行可靠性，因此，對10kV配電網(wǎng)線路分段設計進行詳細探究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2 10kV配電網(wǎng)線路分段規(guī)劃概述

2.1 配網(wǎng)線路作用

10kV配電網(wǎng)的主要組成部件為電纜、配電變壓器、桿塔、隔離開關(guān)以及架空線路等，在城市、農(nóng)村以及縣鎮(zhèn)隨處可見，分布于人們的生活環(huán)境之中，10kV配電網(wǎng)起到主要傳輸電能的基礎性部件是線路，線路是傳輸電能的主要載體，能夠起到導向作用，10kV配電網(wǎng)線路在各個地區(qū)的發(fā)展軌跡是分期發(fā)展，主要目的是讓電力傳輸逐漸覆蓋整個地區(qū)。

2.2 10kV配電網(wǎng)線路規(guī)劃難點

2.2.1 配電網(wǎng)線路分布凌亂

從電力需求較大的區(qū)域開始建設，在該種形式的建設之下，10kV配電網(wǎng)線路分布凌亂，存在過多的交集現(xiàn)象，難以進行修改、重新規(guī)劃，線路之間的距離低于安全距離，導致整個地區(qū)的電力輸送系統(tǒng)意外發(fā)生幾率增加。

2.2.2 運行安全性較差

配電網(wǎng)線路在人們的生活范圍內(nèi)隨處可見，一旦線路出現(xiàn)意外事故，不僅導致電力輸送受到嚴重影響，各種生產(chǎn)無法正常進行，而且還會威脅人們的安全，對于社會的穩(wěn)定發(fā)展造成較大的阻礙，是現(xiàn)今較為嚴峻的一個電力問題。

2.2.3 對于配網(wǎng)要求越來越高

隨著社會工業(yè)的發(fā)展以及人口的增加，電力需求量不斷增加，在生產(chǎn)、生活方面對于電力的需求處于不斷增加狀態(tài)，10kV配電網(wǎng)所能夠承受的傳輸電力范圍要求也在逐漸增加，對于10kV配電網(wǎng)傳輸電能的質(zhì)量以及效率也處于不斷增長狀態(tài)。傳統(tǒng)的10kV配電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)更為凸顯，不僅無法達到社會預期的要求，而且發(fā)生危險的概率也會迅速增加，10kV配電網(wǎng)無法正常發(fā)揮作用，就會經(jīng)常出現(xiàn)問題，直接影響社會的穩(wěn)定發(fā)展。

2.3 10kV配電網(wǎng)線路分段設計的作用

10kV配電網(wǎng)線路規(guī)劃的主要目的是讓線路的布置更為科學，讓線路之間保持安全距離，避免線路運行出現(xiàn)問題對人們的生命財產(chǎn)安全造成影響，提升配電網(wǎng)線路電能運輸能力，降低配電網(wǎng)線路運行成本呢，增加配電網(wǎng)線路使用壽命，擴大輸送電能范圍。

對于配電網(wǎng)線路分段的主要意義是減輕規(guī)劃的難度，讓線路的管理以及線路的設計更為精準，逐步提升配電網(wǎng)線路的運行狀態(tài)，能夠滿足社會對于電力輸送的要求，能夠進一步降低電力輸送過程中出現(xiàn)的損耗程度。

3 配電網(wǎng)規(guī)劃成本—效益分析法概述

3.1 成本與效益分析法的依據(jù)

在對配電網(wǎng)的分段規(guī)劃的成本以及效益進行分析時，其主要依據(jù)有以下兩個方面：①配電網(wǎng)線路上分段開關(guān)的數(shù)量增加，使電網(wǎng)運行的可靠性提高所得的全部收益必須在滿足各類設備維護成本的基礎上，還有一定的利潤。②電網(wǎng)運行過程中，每增加lkW·h的電量供應，其消耗的設備投資一定要與每減少lkW·h的電量供應所造成的電能損失費用一致。

3.2 成本、效益比的計算方式

一般來說，電網(wǎng)在投資的過程中，其設計使用期限相對較長，在對其進行規(guī)劃的過程中，如果滿足上述的第二個依據(jù)，那么它也可以滿足第一個依據(jù)。因此，在對配電網(wǎng)的分段規(guī)劃進行成本以及效益分析時，只需要用第二個條件來對其進行分析即可。成本與效益的比值V的計算公式如下：

式中：c-主要成本；b-各類可行性投資以及設備的維修年費用；s-電網(wǎng)的投資可靠性以及運行效率提高所帶來的年費節(jié)省額；E-可靠性投資所帶來的預計損失電量的減少量。

對于配電網(wǎng)的投資過程來說，s具有一定的意義，不過在配網(wǎng)的評估初期，基本上不需要對其進行考慮。所以，在對配電網(wǎng)的成本、效益比進行計算時，可以采用以下的簡化方程來對其進行分析。即：

從該方程式中看出，預計投資的可行性隨著V的減小而增加。

4 城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)線路分段原則

4.1 簡單常開環(huán)網(wǎng)分段原則

通常情況下，10kV配電網(wǎng)采用開環(huán)運行的環(huán)網(wǎng)結(jié)線，對于饋電線分段的選擇，可以以簡單的開環(huán)網(wǎng)饋電線的情況進行分析，然后再將結(jié)論推廣至較為復雜的配電網(wǎng)。

配電網(wǎng)中較為常見的典型的簡單的常開環(huán)網(wǎng)結(jié)線如圖1所示。在配電網(wǎng)正常運行狀況下，分段開關(guān)1，2，3，4，5中，至少有一個分段開關(guān)處于斷開狀態(tài)，即聯(lián)絡開關(guān)。在開環(huán)網(wǎng)正常運行狀況下，聯(lián)絡開關(guān)的兩側(cè)都相當于一條饋電線的末端，如果某側(cè)失去電源，則可以通過自動或人工操作聯(lián)絡開關(guān)，向另一側(cè)供電。為了盡量避免因設備檢修而造成全線停電，提高維護便捷度，避免對用戶正常供電造成不良影響，各分段開關(guān)以及聯(lián)絡開關(guān)兩側(cè)都需要安裝隔離開關(guān)，這樣能夠有效提高供電可靠性。

圖1 簡單常開環(huán)網(wǎng)示意圖

表1設定了10kV配電網(wǎng)可靠性參數(shù)的符號及相應統(tǒng)計值。

表1 10kV線路可靠性參數(shù)符號及其統(tǒng)計值

假設P-饋電線的總負荷，L-線路的總長度，如果配電網(wǎng)線路不分段，則一條線路就可以定義為一個區(qū)段，其損失電能主要是由故障停電損失以及計劃檢修停電損失所組成的，如式（3）：

如果將一條饋電線分為n段，則這條饋線就可以認為是由n個區(qū)段所組成的，并且在n個區(qū)段中，同時有兩個區(qū)段同時發(fā)生故障的概率幾乎為零，因此，只考慮有一個區(qū)段發(fā)生故障的情況。假設這條饋線的負荷分布均勻，并且各個區(qū)段的負荷大小相同、區(qū)段長度相等，則分段后的饋電線的電能損失主要是由三部分所組成的，即故障巡查損失電能、故障檢修損失電能以及計劃檢修停電損失電能，如式（4）：

假設U-分段開關(guān)單價，Vt-多供電1kW·h電量所得的收益，a-分段開關(guān)的年維護費用率，一般為設備投資額的2～5%，定義γ=i/1+i，則成本-效益比為：

根據(jù)表1可見，開關(guān)的故障發(fā)生率比較低，在工程計算中，λk可以忽略不計，則 B=0，A=C，則式（12）可簡化為：

根據(jù)公式（14）可見，饋電線的分段數(shù)n與線路負荷和線路長度為正比關(guān)系，而與分段開關(guān)單價成反比關(guān)系。上式n值可能不為整數(shù)，可以取值最近的整數(shù)作為線路分段數(shù)。

4.2 復雜的開環(huán)網(wǎng)的分段原則

根據(jù)圖2的線路分段回路與開關(guān)數(shù)量關(guān)系可以得出，任何復雜的樹枝環(huán)網(wǎng).都可以按照電源到所有聯(lián)絡開關(guān)間的總長作為線路長度L，線路分為n個段，分段開關(guān)數(shù)就是n-1，聯(lián)絡開關(guān)的數(shù)量主要由獨立的閉環(huán)數(shù)決定，所以，n=PLt1（λ1+λ0）Vt/（γ+a）U的結(jié)論對于復雜的開環(huán)網(wǎng)是仍然適用的。

圖2 復雜的開環(huán)網(wǎng)結(jié)線

5 城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)線路分段設計實例

假如饋電線的總長度L為6km，線路的負荷為4000kVA，每臺分段開關(guān)的價格為3萬元。在電網(wǎng)的運行過程中，每增加lkW·h的電能供應，得到的經(jīng)濟效益vt為0.1元，貼現(xiàn)率為0.1，設備的維修率為0.02。從表l所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，線路在運行過程中其故障率為0.05次/（年·km），而對于每千米的線路的年檢修率為1次，每臺設備在線路的平均維修時間內(nèi)出現(xiàn)故障的概率為0.005次/（年·km），線路的平均維修時間為5h，故障的巡查時間則為2h。根據(jù)公式計算，線路分的段數(shù)n為3.78，因此，最終的分段數(shù)為4段，分段開關(guān)為3臺。

6 10kV配電網(wǎng)線路規(guī)劃及其分段發(fā)展方向

6.1 全局性規(guī)劃以及分段設計

10kV配電網(wǎng)規(guī)劃設計分段確定需要具體問題具體判斷，主要操作是對具體地區(qū)進行配電網(wǎng)分布狀況分析探究，確定存在的主要問題以及問題類型，并進行詳細記錄，在線路分布地圖上進行各個部分問題標注，并且提出改進措施。在改進措施提出過程中，需要考慮的主要原則是全局性，即各個地區(qū)問題解決的方案存在連貫性，且互不影響，這樣能夠保證工期縮短，并且按照該思路解決之后能夠達到一定的統(tǒng)一性效果，同時需要考慮成本問題，至于分段設計則是按照各個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展程度以及電能需求程度進行相應的劃分，同時要注意地區(qū)的地形分布情況。

6.2 線路分段明確化制定

10kV配電網(wǎng)線路分段明確化制定的主要方向是將線路傳輸屬性進行相似化處理，進行老化線路的更換以及進行傳輸差距大線路的改進，分段不僅僅需要考慮地域關(guān)系，同時需要考慮地區(qū)范圍以及線路傳輸方向線路分布情況進行相似性分段，即將傳輸電能需求相似以及傳輸?shù)貐^(qū)相近的部分歸為一段。

7 結(jié)語

綜上所述，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和城市化進程的加快，電能使用量越來越大，同時電網(wǎng)負荷也越來越重。為了切實提高電力用戶的電能使用舒適度，提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益，需要對10kV配電網(wǎng)進行科學合理的分段設計。在對10kV線路進行分段設計時，應該嚴格依據(jù)區(qū)段上負荷大小基本相等的原則進行設計，提升配電網(wǎng)線路規(guī)劃設計經(jīng)濟性。

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TM75

A

1004-7344（2016）25-0098-02

2016-8-22

謝杰君（1991-），漢族，重慶忠縣人，主要從事配電網(wǎng)設計工作。