10 kV配电网的网架结构优化分析

陈颖辉

摘 要：在我国的电网建设中，偏注重变电站和输电网的建设，忽略了10 kV及以下配电网的建设。供电企业对配网建设的投资过少，进而降低了配电网的各项技术经济指标。通过介绍配电网网架结构的模式和属性，提出了相应的优化措施。

关键词：电力系统；10 kV配电网；网架结构模式；优劣系数法

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0028-02

目前，我国城市的配电网主要存在供电能力不足、电网结构薄弱等问题，且主要设备陈旧、技术落后，导致供电的可靠性较低、电压质量差和线损较高。为了解决上述问题，应改变现有的配电网网架结构，以有效实现配电站的基本功能。此外，研究和构建一种实施性较强的配电网网架结构，以满足配电网经济、可靠、安全等方面的要求，这对电网的发展在具有重要的现实意义。

1 我国10 kV配电网网架结构的现状

目前，我国常用的配电网接线方式包括环型接线、放射型接线和混合式接线。其中，放射型接线的结构比较简单、投资较少。因此，采用这种方式有利于新增和发展电荷。但由于用户只具备一个电源，所以，该方式只能用于农村配电线路或城市配电线路的支路。城市中的配电网常使用的接线方式是混合式接线。电网建设的投入资金较少，而人们对电能质量、供电可靠性和电荷的需求量越来越大。为了解决这一实际矛盾，当电荷量增加到一定的程度后，在邻近变电站增加了线路，以转移电荷，这样就逐渐形成了混合式的接线方式。这种接线方式的优势在于能随时满足电荷增加的需要，不需要投入资金改造旧线路，比较容易发展新用户，还可以提高电网的可靠性和电压质量。但其网络结构比较复杂，且这种线路的线损较严重，经济性较低，不容易实现配网的自动化。与混合式接线相比，环型接线的结构比较简单，容易实现自动化，可以采取统一的控制策略控制，且投资较少，经济性较高。因此，环型接线成为了我国电网推荐的接线方式。但建设这种电网结构，要提前整体规划某一地区，建设时需要一步到位。

2 网架结构模式选择的影响因素

供电企业在优选电网网架结构模式时，不仅要考虑技术经济指标，还应从城市规划、负荷发展和用户增加等方面考虑。结合目前我国电网网架结构的具体问题，从以下4个方面研究不同网架模式的优选。

2.1 技术性属性

10 kV配电网技术方面主要考虑供电可靠性、容载比、电压调整、短路容量和通信干扰等技术指标。供电可靠性是指当电网设备停止工作时，连续供电的可靠程度，它必须符合电网供电的安全准则，否则会降低供电的可靠性。在评估系统的可靠性时，主要采用的方法有解析法、模拟法、组合法和人工智能法。解析法中又包括故障模式后果分析法、网络等值法和最小路法。容载比是宏观调控电网容量的指标之一。在计算容载比时，应在满足供电可靠性的基础上，采用配电网变电和线路的容量除以对应的电荷所得。它与变压器的数量、配电网导线的截面、功率因素等都有着密切的关系。电压调整要根据国家标准中规定的电压偏差调整。在短路容量中，10 kV线路允许的最大短路电流为16 kA。另外，在配电网的建设中，要尽量减少对通讯设备的干扰，从而降低通信干扰。

2.2 经济性属性

在选择电网网架结构的模式时，要考虑经济方面的因素，即建设电网和运行电网的成本。在众多的网架结构模式中，我们需要计算每一种结构模式的投资费用和单位负荷年费用，并根据计算结果判断每一种结构模式的经济属性，从而确定最终选择哪一种模式。具体而言，需要计算的指标包括变电所、线路个线路配电设备的投入资金、线路和设备的损耗费用、线路和设备的运行费用、维修费用等。得出这些费用后，利用“最小年费用法”将这些费用转化成配电方案的年费用，再除以该方案的等效电荷，最终得到单位负荷年费用，用Fn表示。Fn可衡量一个方案的经济属性。 2.3 可实施性属性

在选择电网网架结构的模式时，要考虑可实施性属性。具体而言，应考虑哪种模式更适合城市的规划和发展，更加有利于与其他组织的合作，更能促进环境的协调，且便于管理、维修和运行。这样考虑的原因是，一方面，电力线路走廊和配电设备的布设都要与城市规划的要求相符；另一方面，环境问题受到人们越来越多的关注。因此，选择网架的模式时要充分考虑与环境的协调性。主要考虑到以下3方面：①充分考虑线路的辐射污染、设备干扰问题。②电网线路的建设可能会对燃气、给排水或电信线路的建设造成一定的影响。③变压器和配电设备产生的噪声、降压母线发出的电磁波会对周围人们的生命安全造成威胁。比如，如果SF6气体泄漏，则会对环境造成污染，对人体健康造成危害。因此，我们要充分考虑这些不利因素，对电网的网架模式进行综合评分，最终选择评分最高的模式建设电网。

2.4 可发展性属性

就我国目前电网建设的情况而言，必须要考虑哪一种模式更易进行自动化改造，哪一种模式更易于接入新电荷。随着城市电网的不断发展，配电网自动化已成为一种趋势。实现配电网自动化可提高供电的可靠性、降低线路损耗，从而提高用户的满意度。因此，配电网自动化是我国电网发展的目标和趋势。

3 网架结构优选的综合分析

3.1 现有的研究方法

我国研究电网网架结构模式的方法主要包括传统的逐步扩展法、以可靠性为目标的规划法和以满足可靠性要求为目标的规划法。这3种方法在某种程度上可帮助我们选择最优的网架结构模式。但在使用这3种方法时，都只考虑了经济性和技术性方面的属性，导致决策结果并不完全合理。此外，没有提出一个合理的数学模型以供综合分析。因此，根据国内外文献和我国电网的实际建设情况，笔者提出了一种新的选择网架结构模式的方法——优劣系数法。

3.2 优劣系数法

优劣系数法可综合分析电网网架模式的4种属性，计算并规范化处理每个方案的属性决策矩阵，以确定每个属性的权系数，再计算备选方案的优系数和劣系数，并与引入的控制参数进行比较，最终根据比较结果判断方案的优劣。在选择方案时，往往会遇到多属性的问题。此时，可根据人们对属性的期望，将属性分为效益型、成本型、固定型、区间型、偏离型和偏离区间，并根据不同的计算公式计算每种属性，最终根据计算出的属性对策矩阵进行规范化处理。

在确定权系数时采用专家调查法计算。由5个电力公司的网架决策人员组成的专家组对网架模式进行实地考察和分析后，给出四大属性的权值，取各权值的平均值作为属性的最终权值。之后，可根据加权标准化矩阵求出不同方案的一致性集合和不一致性集合，并根据计算公式确定一致优先矩阵和不一致优先矩阵，最终得到总体优先矩阵后，可确定最优方案。

4 结束语

研究电网网架结构模式的最优方案，不仅可实现电网供电的可靠性和安全性，还可以降低线损，从而提高电功的利用率。本文中选用的优劣系数法可帮助相关单位更好地制订方案，具有重要的指导意义。

参考文献

[1]冯光，王文博.浅谈中压配电网网架结构优化[J].中国电力教育，2013（36）：226，240.

〔编辑：张思楠〕