內(nèi)蒙古電力（集團）有限責(zé)任公司薛家灣供電分公司 楊元凱

當(dāng)前城市電力建設(shè)工作已經(jīng)取得了新成就，在電力供給系統(tǒng)上和電力配給工作上都得到了技術(shù)升級和改造，為城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化指明了方向。為了更好地優(yōu)化城市電網(wǎng)，確保供電工作更加穩(wěn)定和安全，需要從多個方面制定配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，有效解決網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)置中的疑難問題。

配電網(wǎng)在整個電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，是連接終端用戶、發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)的中間紐帶，在保證城市居民用電穩(wěn)定和安全，及電網(wǎng)建設(shè)長期發(fā)展方面都起著舉足輕重的作用。但因其受到多方面影響，當(dāng)前城市配電網(wǎng)還存在多種問題，如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不完善、配電設(shè)備性能差、電網(wǎng)規(guī)劃不科學(xué)等。

對此需要供電單位深入研究，以10kV 城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為例，從多方面入手，優(yōu)化方案，提高供電可靠性，滿足城市供配電需求。本文主要以可靠性的10kV 城市配電網(wǎng)為例進行研究，旨在提高城市配電網(wǎng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性，最終構(gòu)建出更加優(yōu)質(zhì)的城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

1 10kV 城市配電網(wǎng)概述

10kV 城市配電網(wǎng)也叫做中壓配電網(wǎng)，其主要由架空線路、電纜線路、桿塔、配電變壓器、開關(guān)設(shè)備、無功補償裝置等元件構(gòu)成，并在整個電力系統(tǒng)中發(fā)揮著分配電能的作用。10kV 配電網(wǎng)可對多個城市中變電站或用電負荷提供電能、電量。采用10kV 城市配電網(wǎng)可有效提高城市供配電的可靠性和穩(wěn)定性，為了更好的提高供配電可靠性，需要對配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，并科學(xué)使用配電自動化系統(tǒng)，以此將電力設(shè)備參數(shù)信息和空間屬性進行結(jié)合，優(yōu)化配電網(wǎng)網(wǎng)架，確保配電網(wǎng)有效管理和運維。

1.1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本文主要以某城市10kV 配電網(wǎng)運行情況進行分析，并對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)置情況進行分析。

運行指標(biāo)：對某城市10kV 公用線路進行多次系統(tǒng)校驗，占據(jù)整個城區(qū)線路的一半以上（圖1）。在校驗中發(fā)現(xiàn)有部分線路沒有通過校驗，主要原因是線路存在較大安全隱患，對此需要對城區(qū)內(nèi)電網(wǎng)進行升級改造。

圖1 所示電網(wǎng)網(wǎng)架

電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)：該城市電纜網(wǎng)使用較為頻繁，并在新城區(qū)整體布置了電纜網(wǎng)，其他區(qū)域內(nèi)一些安裝有變電站的線路配置電纜網(wǎng)，電纜網(wǎng)是一種環(huán)網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，其屬于環(huán)形運行模式，在整個電力線路中設(shè)置了多條線路，具體包括環(huán)網(wǎng)線路、雙設(shè)線路、單設(shè)線路、電纜電路等。

架空網(wǎng)：對該城市內(nèi)的主干線線路進行絕緣處理后，架空線路回路數(shù)多，分段總數(shù)多，單聯(lián)絡(luò)線路為55回，雙鏈路和多聯(lián)絡(luò)線路為28回，在整個線路總回數(shù)中分布占比為9.75%、54.2%、30.2%。對上述線路各回路進行數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)該配網(wǎng)系統(tǒng)中存在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不完善、電源點單一等問題，對此需要通過配網(wǎng)系統(tǒng)升級提升配網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。

1.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

1.2.1 混合式架空網(wǎng)

技術(shù)人員在優(yōu)化改進配電網(wǎng)系統(tǒng)中的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時，可選擇混合架空網(wǎng)多種形式。首先可選擇輻射式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)運行效率高、易于操作、投資費用少，但是該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也存在一些缺陷。如在配電網(wǎng)發(fā)生故障時對其進行啟停檢修處理，需要大范圍停電，對用戶持續(xù)供電造成影響，且供電可靠性比較低，無法進行校驗測試，易造成主干線負載率高等問題。

其次，也可選擇單聯(lián)絡(luò)式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屬于分段形式，可靠性強、接線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運行靈活，如果配電網(wǎng)發(fā)生故障時，主干線路聯(lián)絡(luò)開關(guān)會自動（手動）閉合，線路電力負載會自動轉(zhuǎn)移到饋線上，該形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可任意進行校驗測試。

最后，也可選擇多聯(lián)絡(luò)式分段式結(jié)構(gòu)，該形式的網(wǎng)架接線模式不同于前兩種，線路電源屬于獨立控制系統(tǒng)，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時對其他線路供電不會產(chǎn)生影響，可確保其他線路穩(wěn)定運行，有效控制線路故障影響范圍，確保供電的穩(wěn)定性，但是該形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)會受到聯(lián)絡(luò)線路數(shù)量的影響，大大提高電力線路應(yīng)用負載率。

1.2.2 電纜網(wǎng)

電纜網(wǎng)在整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中也發(fā)揮著主干作用，電纜網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式主要分為以下幾種：

單射式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。該形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用的是單射式接線方式，一般主干線接帶負荷較大，不能隨意進行校驗測試；射式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。該形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是和單射式特點相似；單環(huán)式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。該形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)簡單、運行方便、接線簡單、可靠性強，但受到單環(huán)式接線模式的影響，線路備用容量少，一般需要通過異站單環(huán)接線方法確保運行穩(wěn)定，如果異站條件不完善，則需要采用單環(huán)接線方法來進行接線。

雙環(huán)式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，該形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可為線路優(yōu)化提供理論支持，并促使客戶可獲取不同的電源，有效滿足10kV 線路客戶側(cè)10kV 配電變壓器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行需求，操作靈活；N 供-備網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式。該形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式會隨著N 值的變化而變化，接線方式簡單、可靠性強，線路負載率會平均分布。但是當(dāng)N 變化大于4時，接線模式復(fù)雜度會提高，不容易操作，且聯(lián)絡(luò)線長度越長耗費成本越大。以上結(jié)構(gòu)形式中雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，且其接線方式簡單，各種線路負載率可隨時調(diào)節(jié)，供電可靠性高[1]。

2 電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可靠性提升策略

2.1 建立可靠性模型

在供電條件相同情況下分析不同的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可靠性各不相同，對此需要在同一特定范圍內(nèi)、同一負荷密度下對計算結(jié)果進行分析，當(dāng)前選擇某一城市圓形區(qū)域為分析對象，對用電總負荷和用戶數(shù)供電區(qū)域負荷、負荷密度進行計算。在此基礎(chǔ)上進一步確定中壓用戶數(shù)、戶均容量，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)主要有2個變電站，容量沒有限度，在變電站沒有發(fā)生故障的情況下對變電站母線可靠率進行確定，并得出滿足網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟負載率，線路條數(shù)不做限定。

2.2 選擇評估方法

已經(jīng)搜集了基礎(chǔ)連接評估信息后，需要選擇評估方法，一般在集體的可靠性評估活動中，需要選擇最小分割法進行評估、測試。當(dāng)前配電網(wǎng)系統(tǒng)中的最小割與集和配電系統(tǒng)故障模式之間具有關(guān)聯(lián)性，且最小割集之間含有多種元件，如果元件選擇不準(zhǔn)確，系統(tǒng)也會出現(xiàn)運行故障等問題，對此在選擇評估方法時需要考慮各方面情況。對于其中割集中的元件關(guān)聯(lián)性問題，可通過簡化割集中的總和來解決系統(tǒng)實效問題。

2.3 分析評估結(jié)果

隨著城市配電網(wǎng)建設(shè)的進一步發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式也多樣化，根據(jù)各種理想型的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行分析后得出可靠評估網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)架系統(tǒng)內(nèi)，單聯(lián)絡(luò)多分段式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可靠性低，多聯(lián)絡(luò)多分段式線路連接電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可靠性高。且在電纜系統(tǒng)中三供一備化連接可靠性最強，單環(huán)網(wǎng)連接可靠性最低，且低壓用戶數(shù)也會對線路連接產(chǎn)生影響，對此在后期的接線過程中還需要考慮低壓用戶情況，并對不同的接線方式的可靠性程度進行評估[2]。

2.4 可靠性研究的基本理論

分析目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可靠性提升網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。對以上可靠性評估模型進行計算和分析后得出以下可靠性評估結(jié)果：在架空網(wǎng)中多分段單聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)式架空網(wǎng)可靠性低，多分段多聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)式架空網(wǎng)可靠性高；電纜網(wǎng)中雙環(huán)網(wǎng)可靠性低，三供一備式電纜網(wǎng)可靠性強；不靠看用戶低壓配電接線方式，根據(jù)評估結(jié)果發(fā)現(xiàn)單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)之間的可靠性相似。

總結(jié)我國多個城市的10kV 配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。對少數(shù)城市采用無輻射式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對多數(shù)城市采取輻射式、單聯(lián)絡(luò)、多聯(lián)絡(luò)式三種網(wǎng)架接線方式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單聯(lián)絡(luò)和多聯(lián)絡(luò)方式之間的地區(qū)特點不顯著；得出具體的城市10kV 配電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。根據(jù)該城市經(jīng)濟發(fā)展水平和配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點、使用要求得出城區(qū)目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

3 10kV 城市配電網(wǎng)運行問題和優(yōu)化方案

對當(dāng)前的10kV 城市配電網(wǎng)運行情況進行調(diào)查分析，對10kV 城市配電網(wǎng)線路安全問題和隱患故障進行分析，以此制定優(yōu)化線路運行的方案和對策，確保10kV 城市配電網(wǎng)運行的安全和可靠，具體問題如下所示：在10kV 城市配電網(wǎng)運行中，線路故障率高，其主要原因是外界環(huán)境的影響，導(dǎo)致線路頻繁跳閘，且在外力作用下，線路負載過大、設(shè)備老化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不明確，供配電網(wǎng)運行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到較強的干擾。為了提高配電網(wǎng)可靠性，減少用戶用電故障發(fā)生率，避免出現(xiàn)大范圍停電，提出了以下解決對策。

3.1 解決對策

針對于10kV 城市配電網(wǎng)出現(xiàn)的問題，主要解決目的在于提高環(huán)網(wǎng)率，通過環(huán)網(wǎng)線路持續(xù)供電，滿足不同線路用戶的用電需求，且在具體的故障解決中需要遵循安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，及時檢查配電網(wǎng)系統(tǒng)中的各種安全問題、故障隱患，并加強運行管理，以此保證配電網(wǎng)運行可靠和安全。

首先，對于系統(tǒng)中的各種老舊設(shè)備需要及時更換，縮短線路供電半徑，新建變電站（或變壓器）盡可能放置在負荷中心區(qū)，方能有效避免配電網(wǎng)運行中電壓過低、供電不穩(wěn)定、電力過度消耗、用電管理不到位導(dǎo)致故障發(fā)生的情況。且相關(guān)人員還需完善電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)規(guī)范，配置節(jié)點智能型設(shè)備，以此形成一體化、可靠性強、高效率的解決方案，確保電網(wǎng)智能化運行。

其次，啟動系統(tǒng)控制配電網(wǎng)運行管理模式，對用電管理、電力損耗檢查、故障處理等工作進行一體化管理，避免10kV 城市配電網(wǎng)線路和供電區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)負荷不均勻?qū)е码娋W(wǎng)故障情況的出現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上制定配電網(wǎng)建設(shè)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、控制標(biāo)準(zhǔn)，配電變壓器裝載容量標(biāo)準(zhǔn)、開放容量標(biāo)準(zhǔn)。

最后，在對10kV 城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化升級時，需要根據(jù)用電負荷情況、線路數(shù)控制、負荷變化等因素來調(diào)整配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中線路導(dǎo)線截面。并及時更換各種高耗能設(shè)備，控制電壓異常損失情況，提高電壓質(zhì)量，確保10kV 城市配電網(wǎng)穩(wěn)定、可靠運行。另外，當(dāng)10kV 城市配電網(wǎng)中的某一線路或開關(guān)裝置出現(xiàn)故障時、或需要檢修報停時，可通過配電網(wǎng)負載轉(zhuǎn)移或者自動換閘等方法確保用戶供電穩(wěn)定。

3.2 10kV 城市配電網(wǎng)運行和維護管理

在構(gòu)建10kV 城市配電網(wǎng)運行和維護管理系統(tǒng)時，需從電力系統(tǒng)的整體安全性、可靠性出發(fā)，以降低配電網(wǎng)故障率和損耗率為目標(biāo)，科學(xué)規(guī)劃、統(tǒng)一部署，采取分層或分區(qū)管理的方法，確保設(shè)備、線路、電網(wǎng)整體穩(wěn)定運行。并確保配電網(wǎng)可無功補償分布、無功分層功能調(diào)節(jié)，以此降低電壓損耗，提高運行效益。配電網(wǎng)運行主要依靠電網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點電壓，對此可通過短期負荷預(yù)測、配電網(wǎng)智能化建設(shè)、信息系統(tǒng)等技術(shù)方法，對線路進行無功補償、補償功能均勻分配、無功調(diào)節(jié)控制，以此保證電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定。通過以上方法實現(xiàn)自動負載控制、自動故障隔離、自動檢測功能上報，最終提高配電網(wǎng)自動化管理水平。

另外，想要確保10kV 城市配電網(wǎng)運行安全、可靠，還需要確保配電網(wǎng)網(wǎng)架可靠，對此需對10kV城市配電網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)、主干配結(jié)構(gòu)進行升級、優(yōu)化，并在日常運行維護管理中需根據(jù)用戶負荷需求和供電可靠性需求，進行自動分級、自動分層管理，以此確保供配電效益最佳。

總之，城市電網(wǎng)建設(shè)效果直接關(guān)系著供電服務(wù)質(zhì)量和居民用電可靠性，為更好滿足城市配電網(wǎng)供電需求，需根據(jù)實際的輸配電工作進行優(yōu)化、建設(shè)輸配電網(wǎng)，且受到各方面的影響，傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)在運行中容易出現(xiàn)線路故障。對此需要著重從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)入手，優(yōu)化配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，以此制定切實、可行的配電網(wǎng)架建設(shè)方案，提高電網(wǎng)建設(shè)水平，保證城市配電網(wǎng)整體運行效率。