林林

廈門市豐大電氣科技有限公司，福建廈門，361000

0 引言

10kV供配電系統(tǒng)是連接電力系統(tǒng)與用戶的直接媒介，具有點多、線長、面廣、運行環(huán)境相對復(fù)雜的顯著特征。隨著社會對電力供應(yīng)質(zhì)量要求的不斷提高，如何在新時期背景下，進(jìn)一步提升10kV供配電系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性是電力企業(yè)重點關(guān)注的問題?？梢?，在明確10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計對供電可靠性的影響以及供電可靠性主要影響因素的基礎(chǔ)上，探討提升10kV供配電系統(tǒng)供電可靠性的有效策略是極有必要的，對于電力供應(yīng)經(jīng)濟效益和社會效益的提升具有積極的促進(jìn)作用。

1 10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計

10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計主要包含電氣主接線設(shè)計、高壓開關(guān)柜設(shè)計、低壓開關(guān)柜設(shè)計、變壓器設(shè)計、桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計、接地保護(hù)設(shè)計等多項設(shè)計內(nèi)容。作為連接電力系統(tǒng)與用戶的直接媒介，10kV供配電系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量將直接影響用戶用電體驗。為最大限度保證供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，給予大眾更好的用電服務(wù)體驗，在進(jìn)行10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計時，需要從多個角度出發(fā)對影響供配電穩(wěn)定性的風(fēng)險因素進(jìn)行識別和分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合實際情況和需求做出科學(xué)、合理的設(shè)計，使供配電線路布局簡單合理、靈活可靠[1]。

2 10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計對供電可靠性的影響分析

2.1 配網(wǎng)供電可靠性評判分析

在進(jìn)行10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計時，通過以下流程和方法對配網(wǎng)供電穩(wěn)定性進(jìn)行評判，以便為系統(tǒng)設(shè)計提供科學(xué)有力的支撐。具體評判流程：（1）取模擬步長為1h，模擬N年，并假定初始狀態(tài)所有電氣元件均處于正常運行狀態(tài)；（2）對配電系統(tǒng)內(nèi)所有電氣元件產(chǎn)生[0,1]的隨機數(shù)，根據(jù)元件模擬狀態(tài)抽樣得到所有元件的壽命時間（TTF）和維修時間（TTR）；（3）選取非聯(lián)絡(luò)開關(guān)或非聯(lián)絡(luò)線路元件的最小TTF值，根據(jù)年負(fù)荷時序曲線計算出所有負(fù)荷在該TTF值對時間點的容量；（4）通過故障拓?fù)渌阉?，辨別故障失電區(qū)和無影響區(qū)。針對故障失電區(qū)，對故障停電時間、故障頻次、缺供電量、受影響的負(fù)荷點等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計；（5）通過依次計算各電源點的待轉(zhuǎn)供/實時轉(zhuǎn)供負(fù)荷容量，判斷聯(lián)絡(luò)供電恢復(fù)區(qū)及轉(zhuǎn)供失敗區(qū)。針對聯(lián)絡(luò)供電恢復(fù)區(qū)，需在TTFn+1、TTFn+2、…、TTFn+TTR所有時間點按照聯(lián)絡(luò)電源考慮負(fù)荷波動的3種情況，并統(tǒng)計聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)供數(shù)據(jù)和可靠性數(shù)據(jù)；針對轉(zhuǎn)供失敗區(qū)，一方面記錄聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)供數(shù)據(jù)，另一方面判斷是否可以轉(zhuǎn)供至其他聯(lián)絡(luò)電源，并統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)；（6）判斷TTFn+TTR時間節(jié)點是否超過預(yù)設(shè)時間，若未超過需重新生成隨機數(shù)，重復(fù)之前的評判步驟；若超過，則利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算出10kV供配電系統(tǒng)最終的可靠性指標(biāo)和轉(zhuǎn)供效能指標(biāo)，完成供電可靠性評判[2]。

2.2 10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計供電可靠性分析

供電可靠性指標(biāo)是10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮的一個關(guān)鍵性指標(biāo)。具體設(shè)計過程中，首先要全面分析配電系統(tǒng)的實際狀況，根據(jù)分析結(jié)果確定具體的設(shè)計目標(biāo)。隨后對各個設(shè)計選項進(jìn)行分析，針對每個設(shè)計選項提出多種可供選擇的設(shè)計方案。最后，結(jié)合各種方案評估指標(biāo)的差異性，從各設(shè)計選項的眾多設(shè)計方案中選出最優(yōu)的設(shè)計方案，以此匯總整理出10kV供配電系統(tǒng)最佳的設(shè)計方案，最大限度保證系統(tǒng)供配電的穩(wěn)定性和安全性。以上步驟也是現(xiàn)階段10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計最常用的設(shè)計步驟思路。

此外，具體設(shè)計時還應(yīng)注重細(xì)節(jié)的把握，通過強化細(xì)節(jié)設(shè)計來提升系統(tǒng)供配電的穩(wěn)定性。例如：設(shè)計時應(yīng)考慮配電接線模式對供配電穩(wěn)定性的影響，并根據(jù)實際情況進(jìn)行差異化；同一電源單元的總功率分配到配電站時，配電站的線路開關(guān)應(yīng)采用隔離開關(guān)或隔離觸點；配電站母線分段開關(guān)應(yīng)采用斷路器；將斷路器與負(fù)載開關(guān)熔斷器組合作為配電站專用電源線的線路開關(guān)等[3]。

3 影響供電可靠性的原因

3.1 線路規(guī)劃設(shè)計不合理

從實際情況來看，該問題最主要的表現(xiàn)為設(shè)計過程中對各類資源的配置不夠合理，存在電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏科學(xué)性與先進(jìn)性、部分細(xì)節(jié)設(shè)計不夠合理、電力線纜及設(shè)備未達(dá)到最佳運行狀態(tài)等情況，這不僅會導(dǎo)致電力輸送過程中存在較大的能耗損失，還會增加線路、設(shè)備的故障概率，從而影響10kV供配電系統(tǒng)的供配電可靠性。

3.2 自然災(zāi)害的破壞

10kV供配電系統(tǒng)的大部分線路和設(shè)備設(shè)置在戶外環(huán)境中，因此，自然環(huán)境因素對10kV供配電系統(tǒng)供配電可靠性的影響較為明顯。冰凍、冰雹、雷擊、強風(fēng)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)突變等自然災(zāi)害，均會對戶外線纜、桿塔、設(shè)備造成直接性的破壞，導(dǎo)致供配電系統(tǒng)發(fā)生故障，影響其供配電可靠性。

3.3 日常管護(hù)不到位

供配電系統(tǒng)運行過程中，線纜、設(shè)備會隨著使用時間的增長而逐漸老化，以致無法處于最佳的工作狀態(tài)，存在較高的故障風(fēng)險。同時，交通事故、人為盜取破壞、雷擊、外物觸碰等情況也會直接導(dǎo)致線纜、桿塔、電力設(shè)備損壞，影響供配電可靠性。因此，為保證供配電可靠性，不僅要做好電力系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計，還要加強日常管護(hù)，及時維修、更換異常系統(tǒng)元件，處理故障風(fēng)險。但從實際情況來看，受多種因素的影響，很多電力企業(yè)都存在日常管護(hù)不到位的問題，無法最大限度保證供配電的可靠性[4]。

4 提升10kV供配電系統(tǒng)供電可靠性的對策

4.1 提高資源配置

在進(jìn)行10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計時，運用科學(xué)的設(shè)計方法實現(xiàn)各類資源的合理配置，是保證系統(tǒng)供配電穩(wěn)定性的重要措施。具體實踐過程中，可從以下兩個方面來提高資源配置。

4.1.1 改善系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

科學(xué)研究表明，不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)，在供配電可靠性方面存在一定的差異性，其中全聯(lián)絡(luò)樹枝網(wǎng)的供配電可靠性要優(yōu)于放射線網(wǎng)和樹枝網(wǎng)。因此，在進(jìn)行10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實際情況和具體建設(shè)要求，在確保基本設(shè)計要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，改善傳統(tǒng)的樹狀放射形式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用整體結(jié)構(gòu)更加精簡高效、供配電可靠性更好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如環(huán)網(wǎng)式配網(wǎng)結(jié)構(gòu)（圖1）、多回路輻射式配網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。相較于放射線網(wǎng)和樹枝網(wǎng)，這兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局更加合理，在某一單路出現(xiàn)故障時，可通過其余回路進(jìn)行補給供電，從而大幅度減少故障停電的次數(shù)和時間，有效保證供配電的可靠性。

圖1 環(huán)網(wǎng)式配網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

此外，設(shè)計時還需要對配網(wǎng)線路進(jìn)行合理優(yōu)化，例如：在滿足供電需求的基礎(chǔ)上，最大限度地減少每一段用戶的數(shù)量，從而減小系統(tǒng)故障的影響范圍；采用“母線分段帶旁路”的設(shè)計形式來提升母線設(shè)計的靈活性；在饋線上設(shè)置干線分段、分支線開關(guān)，以此避免母線停電檢修對供配電可靠性的影響；針對單電源輻射方式分布的負(fù)荷，可在干線上設(shè)計安裝2～3個斷路器，并在大支線始端設(shè)置斷路器，以此最大限度縮小停電范圍，保證供配電可靠性[5]。

4.1.2 優(yōu)化系統(tǒng)資源配置

（1）在主變壓器選型設(shè)計時，應(yīng)選擇高性能、環(huán)保型變壓器，并根據(jù)負(fù)荷計算結(jié)果科學(xué)確定主變壓器型號。同時，在選擇變壓器容量時，需要綜合考慮系統(tǒng)負(fù)荷、通風(fēng)散熱條件、環(huán)境溫度等因素，對于沖擊性較大的負(fù)荷區(qū)域，需要根據(jù)實際需求選用專用變壓器。（2）主線選型設(shè)計時，在無特殊設(shè)計要求的情況下，通常選用加強型鋼芯鋁絞線，同時需要根據(jù)實際使用需求對主線進(jìn)行電暈檢驗，確認(rèn)技術(shù)指標(biāo)符合安全性、穩(wěn)定性要求后，方可使用。（3）出線開關(guān)應(yīng)優(yōu)先選用真空開關(guān)。在進(jìn)行隔離開關(guān)設(shè)計時，需要明確開關(guān)點、絕緣距離、開關(guān)熱穩(wěn)定性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)機械強度等數(shù)據(jù)信息，確保隔離開關(guān)設(shè)計的合理性，保證其功能作用得以有效發(fā)揮。必要時可安裝連鎖機構(gòu)。（4）在斷路器設(shè)計方面，首先應(yīng)根據(jù)變電額定電流、熱穩(wěn)定電流等參數(shù)指標(biāo)科學(xué)選擇適宜的斷路器產(chǎn)品，應(yīng)盡可能選用使用壽命較長、體積較小的斷路器，如六氟化硫斷路器等。其次，應(yīng)盡可能選擇同一廠家生產(chǎn)的斷路器。這樣既能夠保證斷路器功能作用的有效發(fā)揮，保障電力系統(tǒng)供配電可靠性，又能夠為后續(xù)的維護(hù)與檢修提供便利條件。

4.2 強化抗災(zāi)害管理

通過科學(xué)的設(shè)計方法提高供配電系統(tǒng)的環(huán)境風(fēng)險抵抗能力，弱化自然災(zāi)害、惡劣天氣對系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響，是提高10kV供配電系統(tǒng)供配電可靠性的關(guān)鍵性措施。以“臺風(fēng)或狂風(fēng)”災(zāi)害為例，在設(shè)計過程中，應(yīng)通過以下設(shè)計提高10kV供配電系統(tǒng)的抗風(fēng)能力。（1）縮短張力段長度。如：對于雙同一道路，可通過增加桿塔數(shù)量的方式縮短張力段長度，使各張力段長度≤400m，以此增強張力段線纜抗風(fēng)能力；單同一線路宜通過增加耐張桿塔的方式將耐張段長度控制在500m以內(nèi)，以此增強線纜抗風(fēng)能力。（2）基礎(chǔ)加固。在進(jìn)行桿塔施工時，應(yīng)根據(jù)所在區(qū)域氣候特征、環(huán)境條件、桿塔類型等因素，從“砂漿砌塊護(hù)坡”“砂漿砌塊加固地基”“混凝土樁基礎(chǔ)”“套管混凝土基礎(chǔ)”“水泥沙袋護(hù)坡”等常見基礎(chǔ)加固形式中選擇最適宜的方式對桿塔基礎(chǔ)進(jìn)行加固，以增強桿塔的抗風(fēng)能力。同時，必須保證加裝防風(fēng)拉線的桿塔的最小埋深符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求（表1）。（3）桿塔科學(xué)選型。常規(guī)環(huán)境條件下，優(yōu)先選用水泥材質(zhì)錐形電桿，如存在較大設(shè)計負(fù)載或轉(zhuǎn)角，則需要選擇大彎矩電桿（高強度電桿）。在無特殊要求的情況下，10kV配網(wǎng)架空線路通常選用12m高電桿，若架空線路高度在15m，則可以選用15m整體單桿或門型加強型水泥電桿。在強風(fēng)地區(qū)，應(yīng)用鋼管塔代替角鋼塔[6]。

表1 加裝防風(fēng)拉線桿塔的最小埋深標(biāo)準(zhǔn)

4.3 落實日常檢查工作

嚴(yán)格按照相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)落實供配電系統(tǒng)的日常檢查工作，及時排查和解決線路故障隱患，這是保證10kV供配電系統(tǒng)供配電可靠性的重要策略。實際工作中，電力企業(yè)可通過以下兩方面工作，提高日常檢查工作的質(zhì)量和效果。（1）做好定期巡檢。重點檢查線纜、桿塔、設(shè)備是否出現(xiàn)老化或功能異常情況，架空線路下方是否存在外力破壞因素，絕緣子絕緣性是否良好，桿塔是否保持良好的垂直度等，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行上報和維修。特殊天氣下，需根據(jù)實際需求，靈活開展特殊巡視工作。（2）做好預(yù)防性試驗。電力企業(yè)應(yīng)定期通過科學(xué)的檢測手段對避雷器、絕緣子、變壓器、真空斷路器等關(guān)鍵性設(shè)備的功能狀態(tài)進(jìn)行檢測，確保其始終處于最佳工況。同時，可利用紅外測溫技術(shù)對線纜狀態(tài)進(jìn)行檢測，以此做好故障的事前處理工作，保證供配電安全性[7]。

5 結(jié)語

綜上所述，新時期背景下，為更好地滿足人們的供電穩(wěn)定性需求，電力企業(yè)應(yīng)深刻認(rèn)識到10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計對供配電穩(wěn)定性的重要影響，進(jìn)一步提高對10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計工作的重視程度，并在準(zhǔn)確把握供配電可靠性主要影響因素的基礎(chǔ)上，通過提高資源配置、強化抗災(zāi)害管理、落實日常檢查工作等策略，來全面提高10kV供配電系統(tǒng)的供配電穩(wěn)定性。