基于可靠性的10 kV城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

于晶

摘 要：城市電力建設(shè)工作逐漸取得了全新進(jìn)展，為了優(yōu)化電力供給系統(tǒng)，與電力配給工作相關(guān)的系統(tǒng)均須進(jìn)行技術(shù)化改造，城市電網(wǎng)建設(shè)活動(dòng)也取得了很多全新的成果，優(yōu)質(zhì)電網(wǎng)使城市供電工作更為安全連續(xù)。在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行完善時(shí)，可以從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)入手，解決網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)置過程中的各種問題，該文根據(jù)對(duì)現(xiàn)有10 kV配電網(wǎng)的了解，探討優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的相關(guān)工作。

關(guān)鍵詞：10 kV城市配電網(wǎng)；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；電網(wǎng)改造

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在現(xiàn)代城市的輸配電系統(tǒng)中，配電網(wǎng)具有極為重要的作用，其可以與輸電和發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，確保用戶可以使用到高質(zhì)量的電能，如果配電網(wǎng)出現(xiàn)故障問題，供電工作也不能保持連續(xù)性，因此需要在電網(wǎng)改造期間充分重視配電網(wǎng)建設(shè)工作，通過優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提升配電網(wǎng)的使用效果，在改造網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時(shí)，還要注意對(duì)相應(yīng)的配電設(shè)備加以調(diào)整，該文結(jié)合現(xiàn)有城市電網(wǎng)規(guī)劃工作，探討優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時(shí)可用的可靠性工作方案，并提供優(yōu)化建議。

1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)某市使用的10 kV電網(wǎng)情況，對(duì)其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)置情況加以總結(jié)。

1.1 運(yùn)行指標(biāo)分析

對(duì)公用線路系統(tǒng)進(jìn)行N-1校驗(yàn)，校驗(yàn)次數(shù)為72回，占城區(qū)線路的67.93 %，在校檢過程中發(fā)現(xiàn)共有34條線路不能有效通過校驗(yàn)，線路安全隱患極多，必須對(duì)電網(wǎng)線路進(jìn)行改造。

1.2 電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

該城市的電纜網(wǎng)使用并不普遍，高新區(qū)域配置了電纜網(wǎng)，其他地區(qū)并沒有全面設(shè)置電纜網(wǎng)，在其他區(qū)域之中，只有變電站的特殊線路才會(huì)設(shè)置電纜。電纜網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)型結(jié)構(gòu)被設(shè)置為開環(huán)運(yùn)行模式，在電力線路中一共設(shè)置 了14條電力線路，有8條為環(huán)網(wǎng)線路，4條為雙設(shè)線路，2條為單設(shè)線路，剩余14條為電纜線路。

1.3 架空網(wǎng)

該城市的主干線線路已經(jīng)進(jìn)行了絕緣處理，架空線路一共有92回。

分段總數(shù)311 段，平均分段數(shù)為 3.38 段/條；其中，單輻射線路共有 9 回，單聯(lián)絡(luò)線路共 54 回，兩聯(lián)絡(luò)及多聯(lián)絡(luò)線路共 29 回，分別占線路總回?cái)?shù)的 9.78 %、58.7 %和 31.52 %。

通過上述關(guān)于該城市的電網(wǎng)線路分析可以發(fā)現(xiàn)該配網(wǎng)系統(tǒng)存在的主要特點(diǎn)是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)過于薄弱，欠缺供電穩(wěn)定性，需通過改造配網(wǎng)系統(tǒng)來提升整體可靠性。

2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分析

2.1 建設(shè)混合式架空網(wǎng)

在優(yōu)化配電網(wǎng)系統(tǒng)使用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時(shí)，技術(shù)人員可以增加架空網(wǎng)的形式，混用多種形式的架空網(wǎng)。首先可以建設(shè)輻射式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)包括運(yùn)行方便、簡(jiǎn)單清晰，在建設(shè)時(shí)不需投入過多的建設(shè)資金。該種架空網(wǎng)系統(tǒng)也存在一定的劣勢(shì)，在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障問題時(shí)，需要進(jìn)行停電檢修處理工作，停電范圍過大，會(huì)影響用戶用電，同時(shí)其具有的供電可靠性也相對(duì)比較差，不能通過校驗(yàn)測(cè)試，另外主干線的實(shí)際負(fù)載率可以達(dá)到100 %。

除了普通的輻射式架空網(wǎng)外，國(guó)內(nèi)很多城市還會(huì)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中使用單聯(lián)絡(luò)式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這種分段式的網(wǎng)架形式具有更高的可靠性，接線系統(tǒng)相對(duì)清晰，可以靈活運(yùn)行該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，當(dāng)某處配電網(wǎng)出現(xiàn)故障問題時(shí)，線路之中的聯(lián)絡(luò)開關(guān)會(huì)直接閉合，線路上的電力負(fù)荷會(huì)被直接轉(zhuǎn)移，饋線需要承擔(dān)一定的負(fù)荷，雖然該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以滿足校驗(yàn)測(cè)試的各方面要求，但是其主干線的實(shí)際負(fù)載率相對(duì)比較低，僅為50 %。

剩余一種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為多聯(lián)絡(luò)多分段式的結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)架應(yīng)用的接線模式比較特殊，線路使用的電源是獨(dú)立的，某一段線路存在的故障問題不會(huì)影響到其他線路路段，其他線路的供電活動(dòng)可正常進(jìn)行，線路的故障情況影響范圍被縮小，供電工作變得更加可靠。受到聯(lián)絡(luò)數(shù)量變動(dòng)的影響，電力線路的應(yīng)用率也被提升，負(fù)載率一般在70 %左右。

2.2 電纜網(wǎng)

電纜網(wǎng)也是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)成部分。電纜網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：?jiǎn)紊涫降木W(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)用的接線方式是最簡(jiǎn)單的，雖然主干線的實(shí)際負(fù)載率可以達(dá)到100 %，但是并不能通過校驗(yàn)測(cè)試。雙射式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比單射式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，2種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有的特點(diǎn)也是一致的。單環(huán)式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與前2種不同，其具有運(yùn)行靈活與接線清晰的特點(diǎn)，具有的可靠性也極強(qiáng)，在單環(huán)式接線模式的影響下，線路的具體備用容量是50 %，通過異站單環(huán)化的接線方式可以使該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)維持正常運(yùn)行狀態(tài)，如果應(yīng)用條件比較差，也可以通過單環(huán)接線方式滿足接線需求。

在電纜網(wǎng)中，雙環(huán)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部應(yīng)用的接線方式也極為靈活，線路可承受的負(fù)荷量能夠調(diào)整，供電活動(dòng)也更加可靠。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性分析

3.1 構(gòu)建可靠性模型

研究在相同的供電需求下采用不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時(shí)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可靠性的差別。即在一定的區(qū)域范圍內(nèi)、一定的負(fù)荷的密度下，對(duì)比各種負(fù)荷密度下計(jì)算的結(jié)果。供電區(qū)域選取面積為7 km2的圓形區(qū)域（半徑 1.5 km）作為研究對(duì)象。總負(fù)荷和用戶數(shù)供電區(qū)域內(nèi)的總負(fù)荷為 36 MW，負(fù)荷密度大約為 5 MW/km2 。這些負(fù)荷平均分布在供電區(qū)域內(nèi)供電區(qū)域內(nèi)。中壓用戶數(shù)為 36戶，戶均容量為 1 MW/戶。2個(gè)變電站對(duì)該區(qū)域供電，容量不限。不考慮變電站故障，變電站母線的可靠率認(rèn)為是 0.99999。線路為了滿足網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)負(fù)載率，線路條數(shù)不限。

3.2 確定評(píng)估方法

在已經(jīng)獲取了基礎(chǔ)式的評(píng)估信息之后，還要選出合適的評(píng)估方法，在進(jìn)行可靠性評(píng)估活動(dòng)時(shí)，可以選擇使用最小割集法來完成評(píng)估測(cè)定工作，配網(wǎng)系統(tǒng)的最小割集與配電系統(tǒng)的故障模式之間存在聯(lián)系，最小割集內(nèi)部含有多種元件，這些元件抽選失效的問題之后，系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行失敗的情況，因此在評(píng)估時(shí)必須要確保全面考慮各種情況。

每個(gè)割集中的元件存在并聯(lián)關(guān)系，近似認(rèn)為系統(tǒng)的失效度可以簡(jiǎn)化為各個(gè)最小割集不可靠度的總和。最小割集法的優(yōu)點(diǎn)是：將計(jì)算的狀態(tài)限制在最小割集內(nèi)，避免計(jì)算系統(tǒng)的全部狀態(tài)，從而大大減少了計(jì)算量；考慮到了負(fù)荷的恢復(fù)過程及網(wǎng)絡(luò)的約束條件，使評(píng)估結(jié)果更加全面，更符合系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況；通過對(duì)故障影響范圍搜索，能找到系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

可靠性參數(shù)：可靠性評(píng)估計(jì)算使用常見的可靠性參數(shù)，包括故障率、故障修復(fù)時(shí)間和切換時(shí)間。其中，假設(shè)系統(tǒng)中使用的同類型設(shè)備具有相同的可靠性參數(shù)。

3.3 獲取評(píng)估結(jié)果

隨著配網(wǎng)建設(shè)技術(shù)不斷成熟，可建設(shè)的電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式也逐漸多樣化，對(duì)各種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)想形式進(jìn)行比較后，可以獲得網(wǎng)架的可靠性評(píng)估結(jié)構(gòu)。在架空網(wǎng)系統(tǒng)之中，可靠性最差的是單聯(lián)絡(luò)多分段式的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，多聯(lián)絡(luò)多分段式的線路連接方式具有的可靠性及較強(qiáng)；在電纜網(wǎng)系統(tǒng)中，三供一備化的連接方式是最可靠的，單環(huán)網(wǎng)連線方式的可靠水平最差。另外低壓用戶也會(huì)給線路接入方式帶來影響，在實(shí)際的接線工作中還需考慮到低壓用戶這一類特殊用戶的情況，進(jìn)行有針對(duì)性的可靠性評(píng)估工作。

4 結(jié)語

城市電網(wǎng)建設(shè)工作直接關(guān)系著日后的供電服務(wù)質(zhì)量，基于全新的電能供給需要，電網(wǎng)建設(shè)方需要根據(jù)輸配電工作需求建設(shè)輸配電電網(wǎng)。原有電網(wǎng)系統(tǒng)因各種外部因素的影響而出現(xiàn)故障時(shí)，最基礎(chǔ)的電能輸送工作是無法有效維持的，為了確保電網(wǎng)的可靠性，可從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)入手，來優(yōu)化整體電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，該文以具體城市的電網(wǎng)建設(shè)工程為例，提供了可行的網(wǎng)架建設(shè)法方案。隨著電力事業(yè)發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)工作水平還可以被進(jìn)一步提升，須繼續(xù)優(yōu)化城市電網(wǎng)。

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