10 kV配電網(wǎng)網(wǎng)架模式優(yōu)選內(nèi)容的研究

陳 曦

（重慶市電力公司江北供電局，重慶401147）

1 10 kV配電網(wǎng)的技術(shù)要求

10 kV配電網(wǎng)在技術(shù)方面有如下要求：

（1）供電可靠性

10 kV配電網(wǎng)的可靠性，是指衡量電網(wǎng)設(shè)備停運的情況下，對用戶連續(xù)供電的可靠程度。衡量必須在電網(wǎng)供電安全的前提下進行，即：

①高壓變電所內(nèi)部失去任何一組變壓器或者任何一回線時，也要保持向下級配電網(wǎng)正常供電。

②當(dāng)高壓配電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生如下兩種情況，即變電所中某組降壓變壓器因故障突然停運，或者某一條線路發(fā)生故障停運。一般來說，除故障段以外，不可以停電，同時不允許設(shè)備過負(fù)荷；如在計劃停運時再次發(fā)生故障，也應(yīng)該采取讓部分停電，并且在規(guī)劃時間里讓供電正常。

③當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)中某一臺電網(wǎng)或者變壓器發(fā)生故障時，為了盡快恢復(fù)供電，應(yīng)當(dāng)把完好的區(qū)段切換至臨近電網(wǎng)。

（2）容載比

容載比是一項比值，即在供電可靠的前提之下，配電網(wǎng)的變電容量與最高負(fù)荷之比。它表明該地區(qū)、該站或該變壓器的安裝容量與最高實際運行容量的關(guān)系，反映容量備用情況。這也是宏觀控制電網(wǎng)容量的一項指標(biāo)。容載比與配電網(wǎng)的導(dǎo)線截面、變電所的變壓器臺數(shù)、同時率、用戶的重要性、功率因數(shù)等因素不無聯(lián)系。

（3）電壓調(diào)整

《電能質(zhì)量——供電電壓允許偏差》中規(guī)定了我國關(guān)于配電網(wǎng)允許范圍內(nèi)偏差的國家標(biāo)準(zhǔn)，對于10 kV及10 kV以下三相供電，允許電壓偏差的電壓幅度為±7%。

（4）短路容量

10 kV線路所能承載的最大短路電流為16 kA。

2 可靠性的計算

分銷網(wǎng)絡(luò)的可靠性計算包括年均故障率、平均停電持續(xù)時間和平均每年的電力短缺等主要參數(shù)計算。這三個參數(shù)按下列公式計算：

式中，rs表示平均停運持續(xù)時間；ts表示平均年停運時間；λs表示平均年故障率；i表示第i個元件；λi表示元件i的平均年故障率；ri表示元件i的平均停運持續(xù)時間。

一般而言，可靠性指標(biāo)通過平均停電持續(xù)時間、每年平均故障率、時間這三個方面來衡量。同時如果只通過這三個方面去衡量配電系統(tǒng)的可靠性也并不合理。例如：在同一個小區(qū)的10個用戶和另外一個小區(qū)的100個用戶中，假設(shè)這兩個小區(qū)的平均停電持續(xù)時間、平均缺電時間、每年平均故障率都相等的前提下，也不能代表兩個小區(qū)的配電可靠性相等，原因在于他們各自的系統(tǒng)中斷造成的損失程度是不一樣的。對于網(wǎng)架模式可靠屬性的計算中，本文同時考慮了各個網(wǎng)架模式中各個元件的平均年故障率、各個元件受用戶數(shù)及平均修復(fù)時間內(nèi)所出現(xiàn)的故障、任意一種方案通過轉(zhuǎn)移負(fù)荷等。因此，為了有效評價電力可靠性，添加下面的計算公式：

式中，ASAI表示系統(tǒng)的平均用電有效度；N總表示系統(tǒng)中總用戶數(shù)；Ni表示元件i故障時受影響的用戶數(shù)；tsi表示元件i的平均年停運時間。

3 經(jīng)濟性屬性

在選擇電網(wǎng)結(jié)構(gòu)時，對經(jīng)濟上的考慮主要包括建設(shè)成本和經(jīng)營成本。本文以動態(tài)經(jīng)濟比較法來比較各網(wǎng)架模式，其基本思路是：每個網(wǎng)架模式方案的投資成本和單位負(fù)載每年的費用，網(wǎng)架模式的經(jīng)濟屬性也由其比值大小來決定。具體來說，網(wǎng)架模式中的線路配電設(shè)備、線路、變電所這三者構(gòu)成的投資費用；設(shè)備耗損、線路耗損等構(gòu)成的運行費用；設(shè)備和線路的維護、檢修、運行線路費用和變電所費用。在得出這些費用的基礎(chǔ)上，用“最小年費法”轉(zhuǎn)化為變電所該年費用及該年的線路費用，這兩個費用相加構(gòu)成配電方案年費用，除以等效負(fù)載，結(jié)果就是各方案的負(fù)荷年費用，計算公式為：

式中，F(xiàn)n表示單位負(fù)荷年費用；Fnf表示配電方案年費用；P＊表示配電方案等效負(fù)荷。

配電方案的運行年費用由兩部份組成：變電所運行年費和線路運行年費用，其計算公式為：

式中，F(xiàn)ns表示變電所運行年費；Fnl表示線路運行年費用。等效負(fù)荷P＊由變壓器額定容量決定，其計算公式如下：

式中，Sn表示變電所中變壓器額定容量之和；cosφ為功率因數(shù)，取0.85；UF為變壓器負(fù)載率，當(dāng)變壓器為2取0.65，當(dāng)變壓器為3取0.87。

4 可實施性

就重慶地區(qū)來說，10 kV配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型的計算是否可以實現(xiàn)，還應(yīng)考慮以下幾點需求：城市規(guī)劃和市政的要求，與其它組織的合作要求，環(huán)境要素，運行、管理、操作、維護和檢修相協(xié)調(diào)等。

城市規(guī)劃和以市為主體的分配制度的要求，是指配電設(shè)施、電力線路走廊占地面積及布局要求是否符合城市建設(shè)的要求總體規(guī)劃面積。

近年來，環(huán)境要素成為一個越來越重要的課題。配電系統(tǒng)與環(huán)境的協(xié)調(diào)主要體現(xiàn)在：感官受線路的影響、線路的輻射污染、線路對通訊所進行的干擾、線路事故帶來的影響等問題。線路對城市建設(shè)也起著制約作用，如：電信線路建設(shè)、給排水、燃氣的制約問題，變壓器的SF6氣體泄漏、線路配電設(shè)備油對配電所外帶來的環(huán)境影響，以及變壓器、線路配電設(shè)備運行時產(chǎn)生的噪聲，對居民區(qū)生活也會帶來一定程度的影響，低壓母線的電磁場也威脅著人類的身體健康。關(guān)于判斷網(wǎng)架模式與環(huán)境之間是否相協(xié)調(diào)，要全面考慮多方面因素，最終選擇一個線路觀感較好的網(wǎng)架模式。

由于可實施方面很難以量化數(shù)值表示，引入經(jīng)濟學(xué)方面的計算辦法，運用專家評分的機制，即專家對于實際的情況制定出這一實施屬性的評分級別及內(nèi)容，最終對于不同網(wǎng)架模式給出相應(yīng)分值。具體方案如下：

①達到市政要求獲得的相應(yīng)分?jǐn)?shù)為20%，這一要求具體是指線路走廊資源及配電設(shè)施所占地大??；

②達到城市總體規(guī)劃的各方面要求獲得相應(yīng)分?jǐn)?shù)10%；

③與其它組織合作，線路對建筑物、其它管線的制約問題對應(yīng)分?jǐn)?shù)20%；

④線路觀感和污染問題不嚴(yán)重，做到與環(huán)境協(xié)調(diào)獲得相應(yīng)分?jǐn)?shù)為10%；

⑤達到便于運行、操作維護、管理和檢修時獲得的相應(yīng)分?jǐn)?shù)為40%。

對于以上每一項評分規(guī)則，專家并沒有給出具體分值，而是采用了語言評價等級。屬性的定量采用了級別制度，分為5～9級，遇到特殊情況會采用9個等級，更加利于提高判別效果。

5 可發(fā)展性

對于重慶地區(qū)的10 kV配電網(wǎng)網(wǎng)架模式在可發(fā)展性方面，應(yīng)注意以下兩個方面的內(nèi)容：配電網(wǎng)網(wǎng)架模式的自動化升級、配電網(wǎng)后期自動化改造，是否便于新負(fù)荷的接入。

配電網(wǎng)自動化與城市電網(wǎng)的發(fā)展步伐不無聯(lián)系，也是在城市用電量居高的趨勢下催生的，配電網(wǎng)自動化也是我國配電網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)。從技術(shù)層面來說，配電網(wǎng)自動化是機電一體化技術(shù)與計算機技術(shù)兩者不斷發(fā)展的成果。通過配電網(wǎng)自動化，有利于提高配電網(wǎng)供電的可靠性；有利于用戶年停電時間處于理想水平；有利于降低配電網(wǎng)線損、提高城市供電質(zhì)量；有利于增加用戶對電網(wǎng)的滿意度；有效提高供電部門勞動生產(chǎn)效率。

所謂配電自動化功能，由運行程序的仿真和優(yōu)化能力、電網(wǎng)監(jiān)控和管理功能、用戶負(fù)荷監(jiān)測和故障修復(fù)功能、運行分析和維護管理功能，這四個方面構(gòu)成。

從上述的四大功能可以看出，在判斷配網(wǎng)自動化升級和改造能力方面，應(yīng)當(dāng)考慮以下幾個方面：

（1）目前的網(wǎng)架模式對于加入配電網(wǎng)自動化通道是否便利。至今為止，自動化通道主要包括：無線、微波、載波、光纖、音頻等電路通道。

（2）目前的網(wǎng)架配電設(shè)備在增加數(shù)據(jù)采集功能方面是否便利，同時，網(wǎng)架模式要有利于自動化的改造及升級，體現(xiàn)在：定性的電壓傳感器、斷路器位置信號傳送裝置、分支線跌落熔斷器都配有電源傳感器、網(wǎng)架在饋線線路上的分段斷路器，配電變壓器也有功率因數(shù)、電壓、電流、有功功率等數(shù)據(jù)采集裝置，在主要的低壓線路上也應(yīng)當(dāng)設(shè)置有運行數(shù)據(jù)采集裝置。

（3）電網(wǎng)連接的方式是否達到簡化、標(biāo)準(zhǔn)化。在確保質(zhì)量的前提下，更簡化的布線供應(yīng)，更標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)架，更容易升級和配電自動化改造。

（4）在網(wǎng)架模式接入新負(fù)荷時應(yīng)該注意：是否有足夠大的變壓器容量和配電設(shè)施的足夠數(shù)量的線路走廊。

綜上所述可以得出，計算可實施屬性和可發(fā)展性屬性是一致的，計算可發(fā)展性屬性同樣可采用專家評分機制。評分內(nèi)容如下：

①達到便于加入配網(wǎng)自動化通道時獲得相應(yīng)分?jǐn)?shù)為20%；

②在網(wǎng)架的配電設(shè)備方面有利于增加數(shù)據(jù)采集功能時獲得相應(yīng)分?jǐn)?shù)為30%；

③接線模式簡易以及達到標(biāo)準(zhǔn)化時獲得相應(yīng)分?jǐn)?shù)為10%；

④方便接入新負(fù)荷時獲得相應(yīng)分?jǐn)?shù)為40%。

上述各項評分規(guī)則和可實施性屬性一致。

6 小 結(jié)

本文結(jié)合重慶地區(qū)的實際情況，從技術(shù)性、經(jīng)濟性、可實施性及可發(fā)展性這四個方面，深入分析每個層面對于10 kV配電網(wǎng)關(guān)于網(wǎng)架模式的優(yōu)選方式及內(nèi)容。

［1］ 康慶平.城市電網(wǎng)改造技術(shù)［M］.北京：國家電力公司電化教育中心，2009.

［2］ 陳章潮.城市電網(wǎng)規(guī)劃與改造［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［3］ 鄭賀偉.10 kV配電網(wǎng)中網(wǎng)架模式優(yōu)選方法的研究［D］.重慶：重慶大學(xué)碩士論文，2008，5.