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(shè)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(shè)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(shè)計進行了介紹，然后對城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)線路分段設(shè)計原則進行了分析，并對城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)線路分段設(shè)計的發(fā)展方向進行了詳細(xì)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(shè)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(shè)計進行詳細(xì)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(chǔ)性部件是線路，線路是傳輸電能的主要載體，能夠起到導(dǎo)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(shè)，在該種形式的建設(shè)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(dǎo)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(dǎo)致電力輸送受到嚴(yán)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(yán)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(yù)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(shè)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(xué)，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(shè)計更為精準(zhǔn)，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(shè)備維護成本的基礎(chǔ)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(yīng)，其消耗的設(shè)備投資一定要與每減少lkW·h的電量供應(yīng)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(shè)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(shè)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(yù)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(yù)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(fù)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(luò)開關(guān)。在開環(huán)網(wǎng)正常運行狀況下，聯(lián)絡(luò)開關(guān)的兩側(cè)都相當(dāng)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(luò)開關(guān)，向另一側(cè)供電。為了盡量避免因設(shè)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(luò)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(shè)定了10kV配電網(wǎng)可靠性參數(shù)的符號及相應(yīng)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(shè)P-饋電線的總負(fù)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(rèn)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(shè)這條饋線的負(fù)荷分布均勻，并且各個區(qū)段的負(fù)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(shè)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(shè)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(fù)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(fù)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(fù)雜的樹枝環(huán)網(wǎng).都可以按照電源到所有聯(lián)絡(luò)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(luò)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(fù)雜的開環(huán)網(wǎng)是仍然適用的。

圖2 復(fù)雜的開環(huán)網(wǎng)結(jié)線

5 城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)線路分段設(shè)計實例

假如饋電線的總長度L為6km，線路的負(fù)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(yīng)，得到的經(jīng)濟效益vt為0.1元，貼現(xiàn)率為0.1，設(shè)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(shè)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(shè)計

10kV配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)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(xì)記錄，在線路分布地圖上進行各個部分問題標(biāo)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(shè)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(yīng)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(fù)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(xué)合理的分段設(shè)計。在對10kV線路進行分段設(shè)計時，應(yīng)該嚴(yán)格依據(jù)區(qū)段上負(fù)荷大小基本相等的原則進行設(shè)計，提升配電網(wǎng)線路規(guī)劃設(shè)計經(jīng)濟性。

[1]方勇.淺析城市10kV配電網(wǎng)線路分段原則[J].大科技：科技天地，2011（17）：146～147.

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[3]賀偉文.關(guān)于10kV配電網(wǎng)線路構(gòu)建的探討[J].中國科技投資，2012（2）.

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(shè)計工作。