溫州華電實(shí)業(yè)有限公司 林 昊

關(guān)鍵字：電力系統(tǒng)；10kV配電線路；關(guān)鍵技術(shù)；設(shè)計(jì)

1 引言

配電線路在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，對(duì)配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)的熟練掌握能夠?yàn)殡娏ζ髽I(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展帶來(lái)促進(jìn)的作用。因此，對(duì)配電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化非常關(guān)鍵，通過(guò)提高配電線路設(shè)計(jì)的技術(shù)水平，能夠改善配電線路的可靠性，為供電持續(xù)性與穩(wěn)定性提供保障。

2 電力系統(tǒng)配電線路設(shè)計(jì)的意義

對(duì)于電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行而言，其配電線路起到的作用較大。一般根據(jù)作用的不同，配電線路分為多種不同形式，如35kV 配電線路，主要運(yùn)用在遠(yuǎn)距離配電方面；10kV 配電線路，主要運(yùn)用在電網(wǎng)及用戶連接中。在整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力輸送過(guò)程中，10kV 配電線路作為最后一道程序，在電力系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用和效果。通常而言，在電力運(yùn)行過(guò)程中，由于配電線路比較長(zhǎng)，覆蓋面積較大，加之電力設(shè)備性能以及其他不可確定性因素的干擾和影響，使得10kV 配電電路運(yùn)行難免會(huì)存在一些故障和缺陷，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行造成一定程度的影響。因此，要想從根本上上解決這些故障和缺陷問(wèn)題，首先必須要強(qiáng)化對(duì)于10kV 配電線路的設(shè)計(jì)與管理，嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)流程實(shí)施操作，同時(shí)結(jié)合實(shí)際的線路運(yùn)行情況選擇與之相匹配的電力設(shè)備，為10kV 配電線路的穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

3 10kV 配電線路設(shè)計(jì)現(xiàn)狀以及故障原因分析

3.1 現(xiàn)狀分析

對(duì)于10kV 配電線路設(shè)計(jì)而言，其作為一項(xiàng)重要的前期工作，影響著后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。但是在實(shí)際進(jìn)行線路設(shè)計(jì)中，由于整體工作內(nèi)容復(fù)雜繁瑣，對(duì)于設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)要求極高，并且線路設(shè)計(jì)過(guò)程中可能面臨一系列的問(wèn)題和隱患，需要人員及時(shí)做出方案的調(diào)整和優(yōu)化，以確保10kV 配電線路正常有效運(yùn)行。但是在實(shí)際開(kāi)展設(shè)計(jì)工作中，很多設(shè)計(jì)人員并不具備足夠高的素質(zhì)水平，在實(shí)際開(kāi)展設(shè)計(jì)工作中也無(wú)法綜合考量多方面因素對(duì)線路設(shè)計(jì)造成的干擾，最終限制了配電線路設(shè)計(jì)水平的提升。除此之外，在實(shí)際開(kāi)展10kV 配電線路設(shè)計(jì)中還需要進(jìn)一步強(qiáng)化監(jiān)督和管理，如此可以進(jìn)一步提升線路設(shè)計(jì)質(zhì)量，但是很多電力企業(yè)對(duì)此沒(méi)有給予高度的重視，線路設(shè)計(jì)過(guò)程總監(jiān)管工作流于形式，很多故障和隱患未能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)，埋下了一系列的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，給線路設(shè)計(jì)質(zhì)量造成影響的同時(shí)，也對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性造成干擾。

3.2 故障原因

3.2.1 內(nèi)部原因

10kV 配電線路設(shè)計(jì)過(guò)程中的故障內(nèi)在誘因存在以下幾點(diǎn)：第一，線路使用不合理。當(dāng)前，社會(huì)發(fā)展對(duì)于電力系統(tǒng)供配電提出了更加嚴(yán)格的要求，但是實(shí)際開(kāi)展線路設(shè)計(jì)中由于配電線路質(zhì)量存在很大的差異，如果沒(méi)有進(jìn)行有效的試驗(yàn)評(píng)價(jià)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致配電線路設(shè)計(jì)質(zhì)量存在隱患。與此同時(shí)，配電線路長(zhǎng)期運(yùn)行缺乏定期的維護(hù)和管理，很多接頭老化的問(wèn)題得不到及時(shí)控制，導(dǎo)致嚴(yán)重的短路故障。

第二，線路設(shè)計(jì)不規(guī)范[1]。在實(shí)際開(kāi)展10kV 配電線路設(shè)計(jì)工作中，需要嚴(yán)格按照規(guī)范流程執(zhí)行操作，一旦中途出現(xiàn)不規(guī)范、不合理的設(shè)計(jì)問(wèn)題，會(huì)使得線路運(yùn)行出現(xiàn)超負(fù)荷的情況，嚴(yán)重的會(huì)由于電流過(guò)大而出現(xiàn)線路損壞。例如，在線路檔距設(shè)計(jì)中，如果檔距參數(shù)設(shè)置過(guò)大，此時(shí)會(huì)造成導(dǎo)線下垂弧度增加，從而埋下了一系列的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。

第三，基礎(chǔ)設(shè)施不完善。通常而言，在10kV 配電線路設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)涉及大量的電力設(shè)備以及基礎(chǔ)設(shè)施，這些設(shè)備設(shè)施安裝不完善，極有可能對(duì)后續(xù)線路設(shè)計(jì)質(zhì)量造成干擾。例如，10kV 配電線路中避雷設(shè)備可以有效防止雷電對(duì)線路造成的干擾，但是實(shí)際當(dāng)中避雷設(shè)備安裝不合理，實(shí)際的防雷效果難以正常有序發(fā)揮，后續(xù)很有可能由于雷電的影響而出現(xiàn)線路故障問(wèn)題，增加了維修成本的同時(shí)，也給用戶的正常用電造成嚴(yán)重的影響。

3.2.2 外部原因

從外部自然因素方面考慮，很多配電線路處于復(fù)雜的野外環(huán)境下運(yùn)行，受到區(qū)域氣候等自然因素影響和干擾比較大，例如雷電、暴雨、強(qiáng)降雪等天氣，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致線路質(zhì)量受到影響。尤其是對(duì)于沙漠等炎熱干燥的區(qū)域來(lái)說(shuō)，配電線路長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)老化問(wèn)題，如果維修和管理不到位很有可能出現(xiàn)線路自燃問(wèn)題。不僅如此，很多配電線路設(shè)計(jì)過(guò)程中存在人為操作失誤等問(wèn)題，這也會(huì)導(dǎo)致線路出現(xiàn)故障隱患[2]。在實(shí)際遇到配電線路故障問(wèn)題時(shí)，電力工作人員無(wú)法第一時(shí)間進(jìn)行規(guī)范化的處理，或者處理方式不正確，難以起到實(shí)質(zhì)性的維修效果，同時(shí)也會(huì)威脅自身的生命安全。除此之外，現(xiàn)代化城市建設(shè)中一些建筑或地下設(shè)施項(xiàng)目的開(kāi)展，會(huì)對(duì)地下配電線路產(chǎn)生一定程度的破壞，雖然施工過(guò)程中大都會(huì)進(jìn)行有效的防護(hù)處理，但是仍然會(huì)威脅線路運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

4 10kV 配電線路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 機(jī)電設(shè)計(jì)

對(duì)于10kV 配電線路機(jī)電設(shè)計(jì)通常涉及內(nèi)容復(fù)雜煩瑣，其中每一個(gè)單獨(dú)的設(shè)計(jì)內(nèi)容所側(cè)重的要點(diǎn)存在很大的差異，所以實(shí)際當(dāng)中需要對(duì)此給予一定的重視。文章主要從以下氣象條件、線路選型、組裝以及防震設(shè)計(jì)等四個(gè)層面，就10kV 配電線路機(jī)電設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行有效分析。

4.1.1 氣象條件

10kV 配電線路機(jī)電設(shè)計(jì)中對(duì)于氣象條件因素的把控雖然不是最高的，但是仍然需要引起重視。在線路實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于傳輸距離長(zhǎng)、覆蓋面積廣，加之沿途環(huán)境等不可控因素的干擾，實(shí)際的線路運(yùn)行很可能受到區(qū)域氣象條件的影響而降低供電可靠性。因此，在實(shí)際進(jìn)行線路機(jī)電設(shè)計(jì)中，要重點(diǎn)對(duì)于氣象條件因素進(jìn)行提前明確和控制，例如區(qū)域最大風(fēng)速、最高以及最低溫度等等，結(jié)合調(diào)查研究結(jié)果，選擇最佳的區(qū)域?qū)嵤┡潆娋€路機(jī)電設(shè)計(jì)，為確保線路安全有效運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.1.2 導(dǎo)線選型

在實(shí)際進(jìn)行導(dǎo)線選型設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格結(jié)合10kV配電線路設(shè)計(jì)方案進(jìn)行操作，同時(shí)根據(jù)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)導(dǎo)線型號(hào)、規(guī)格等參數(shù)進(jìn)行明確，選型完成后為了進(jìn)一步確保其性能符合既定標(biāo)準(zhǔn)，通常需要進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證分析，以保證導(dǎo)線電氣方面的特性有效發(fā)揮[3]。除此之外，在后續(xù)要對(duì)導(dǎo)線選擇的型號(hào)、規(guī)格以及其他參數(shù)進(jìn)行有效標(biāo)注，導(dǎo)線最大使用應(yīng)力標(biāo)注以及導(dǎo)線力學(xué)曲線等也需要提供準(zhǔn)確的說(shuō)明，目的是讓導(dǎo)向在實(shí)際線路設(shè)計(jì)中發(fā)揮出理想的功能優(yōu)勢(shì)。

4.1.3 線路組裝

對(duì)于10kV 配電線路結(jié)構(gòu)而言，其在桿塔、絕緣子以及導(dǎo)線型號(hào)等方面存在很大的差異，實(shí)際進(jìn)行線路組裝如果不夠規(guī)范合理，會(huì)導(dǎo)致10kV 配電線路運(yùn)行效果大幅降低，同時(shí)也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性造成影響。因此，在實(shí)際進(jìn)行線路組裝過(guò)程中，要對(duì)各部件的基本參數(shù)進(jìn)行有效掌握，包括張力、荷載以及其他指標(biāo)等，結(jié)合參數(shù)信息數(shù)據(jù)，在綜合性分析研究后進(jìn)行線路組裝操作，如此可以確保后續(xù)線路運(yùn)行的可靠性。例如，在交通要道位置進(jìn)行線路組裝，此時(shí)需要采用雙串絕緣子，實(shí)際的效果會(huì)更加理想[4]。

4.1.4 導(dǎo)線防震設(shè)計(jì)

10kV 配線線路運(yùn)行過(guò)程中通常會(huì)受到風(fēng)雨雷電等自然氣候因素的干擾和影響，由于增加線路振動(dòng)而導(dǎo)致線路出現(xiàn)損壞或其他故障問(wèn)題，大幅增加了后續(xù)的維修成本，因此在前期設(shè)計(jì)中要強(qiáng)化導(dǎo)線的設(shè)計(jì)管理，特別是抗震設(shè)計(jì)水平要進(jìn)一步提升。在實(shí)際開(kāi)展設(shè)計(jì)工作中，要對(duì)導(dǎo)向運(yùn)行的最大使用應(yīng)力、氣候條件以及安全穩(wěn)定系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行考慮，同時(shí)結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H的自然情況，進(jìn)行有針對(duì)性的導(dǎo)線設(shè)計(jì)優(yōu)化，降低10kV 線路故障出現(xiàn)的概率。

4.2 桿塔選型設(shè)計(jì)

4.2.1 選型參數(shù)選取

在對(duì)10kV 桿塔選型設(shè)計(jì)中，其受力計(jì)算和分析十分關(guān)鍵，對(duì)于線路運(yùn)行可靠性影響甚大。目前，設(shè)計(jì)單位對(duì)于桿塔選型參數(shù)的選取原則存在很大差異，比如風(fēng)壓高度變化系數(shù)在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）》中的取值標(biāo)準(zhǔn)就存在較大的差異性[5]，所以在實(shí)際進(jìn)行10kV 配電線路設(shè)計(jì)中，如何就桿塔選型參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行確定，需要給予足夠重視。本次研究中，結(jié)合最新出臺(tái)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持適用性、安全性等原則實(shí)施選型設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)桿塔參數(shù)的統(tǒng)一。

4.2.2 導(dǎo)線風(fēng)荷載及電桿風(fēng)荷載參數(shù)的選取

10kV 配電線路中導(dǎo)線自身風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式如下：

上述公式中，a 代表的是風(fēng)壓不均勻系數(shù)，根據(jù)《電網(wǎng)公司配電線路防風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》表取值0.9；W0=V2/1600kN/m2,表示基本風(fēng)壓的標(biāo)準(zhǔn)值參數(shù)；μs代表的是導(dǎo)線風(fēng)荷載體系系數(shù)值，當(dāng)配電線路中線徑參數(shù)超過(guò)17mm 后，其取值為1.1；d 代表的是導(dǎo)線的外徑參數(shù)；LP代表的是水平方向檔距大小。

10kV 配電線路中桿塔自身風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式如下：

上述公式中，β 代表的是風(fēng)振系數(shù)大小，結(jié)合GB50061-2010《66kV 及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》表取值為1；μs代表的是風(fēng)荷載體形參數(shù)，對(duì)于環(huán)形混凝土材質(zhì)的桿塔而言，取值為0.7；μz代表的是風(fēng)壓高度變化系數(shù)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)取值為0.74；Α 代表的是桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件中迎風(fēng)面所形成的投影面積參數(shù)，即S=[(稍徑+底徑)×高度]/2；W0=V2/1600kN/m2,表示基本風(fēng)壓的標(biāo)準(zhǔn)值參數(shù)。

4.3 防雷設(shè)計(jì)

針對(duì)于60kV 以下的電壓等級(jí)電網(wǎng)而言，其一般采用中性點(diǎn)非直接接地的方式進(jìn)行處理，由于本身的接地電流數(shù)值比較小，在雷電天氣一相絕緣閃絡(luò)后電弧可以很快實(shí)現(xiàn)自熄，此時(shí)不會(huì)引起線路跳閘事故，確保線路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。而當(dāng)出現(xiàn)兩相絕緣閃絡(luò)時(shí)，線路間會(huì)出現(xiàn)短路故障，導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘的故障，最終影響到線路供電的穩(wěn)定性。詳細(xì)如圖1所示。

圖1 10kV 配電線路感應(yīng)雷放電特性示意圖

圖1表示10kV 配電線路運(yùn)行過(guò)程中區(qū)域大地形成的感應(yīng)雷過(guò)電壓情況，其中S 表示雷擊點(diǎn)到10kV配電線路的水平距離，ABC 在這種情況下會(huì)同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。而當(dāng)A 和B 兩相產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓超過(guò)絕緣子串沖擊電壓耐受值標(biāo)準(zhǔn)以后，會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)而形成相間短路故障，進(jìn)而出現(xiàn)跳閘問(wèn)題。當(dāng)ABC三相感應(yīng)過(guò)電壓大于絕緣子串沖擊電壓的耐受值標(biāo)準(zhǔn)后，會(huì)因?yàn)槿喽搪范霈F(xiàn)嚴(yán)重的斷路器跳閘問(wèn)題，對(duì)于10kV 配電線路的穩(wěn)定性運(yùn)行造成巨大影響和干擾。

相關(guān)規(guī)定中，雷擊大地時(shí)在配電線路中產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓大小計(jì)算公式如下：

當(dāng)雷擊點(diǎn)距離10kV 配電線路水平距離≤65m時(shí)，此時(shí)通常不會(huì)對(duì)桿塔和線路造成威脅，因此可以將該范圍參數(shù)定義為10kV 配電線路發(fā)生感應(yīng)雷過(guò)電壓的最短距離，即控制S ≥65m，可以實(shí)現(xiàn)有效的10kV 配電線路防雷設(shè)計(jì)效果。由此可知，10kV 配電線路產(chǎn)生感應(yīng)雷過(guò)電壓雷電流幅值需要滿足以下的臨界要點(diǎn)：

上述公式中，IO代表10kV 配電線路上產(chǎn)生的感應(yīng)雷過(guò)電壓的雷電流的臨界幅值；hc代表的是平均高度參數(shù)；U50%代表的是配電線路絕緣子串沖擊閃絡(luò)電壓。當(dāng)雷電流幅值達(dá)到I 時(shí)，此時(shí)對(duì)于10kV配電線路產(chǎn)生的感應(yīng)雷過(guò)電壓最大距離需要滿足以下要求：

結(jié)合上述計(jì)算和分析，最終得出10kV 配電線路感應(yīng)雷擊跳閘頻率公式如下：

上述公式中，ρ（I）代表的是雷電流幅值概率密度函數(shù)，據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求如下，即1gP=-I/88。在實(shí)際當(dāng)中結(jié)合各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算10kV配電線路感應(yīng)雷擊跳閘頻率參數(shù)，然后根據(jù)結(jié)果作出有效的調(diào)整和處理，確保線路整體防雷效果的充分發(fā)揮，最終提升電力運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著電力工程產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，人民群眾對(duì)供電持續(xù)性和可靠性的要求也越來(lái)越高，要想保證電力企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，就必須要加強(qiáng)對(duì)10kV 配電線路設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)研究，嚴(yán)格遵守國(guó)家的有關(guān)規(guī)定，確保電力工程的順利進(jìn)行，為提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提供保障。