基于可靠性的10 kV城市配电网网架结构优化方案

于晶

摘 要：城市电力建设工作逐渐取得了全新进展，为了优化电力供给系统，与电力配给工作相关的系统均须进行技术化改造，城市电网建设活动也取得了很多全新的成果，优质电网使城市供电工作更为安全连续。在对配电网进行完善时，可以从网架结构入手，解决网架结构设置过程中的各种问题，该文根据对现有10 kV配电网的了解，探讨优化网架结构的相关工作。

关键词：10 kV城市配电网；网架结构；电网改造

中图分类号：TM73 文献标志码：A

在现代城市的输配电系统中，配电网具有极为重要的作用，其可以与输电和发电系统进行联系，确保用户可以使用到高质量的电能，如果配电网出现故障问题，供电工作也不能保持连续性，因此需要在电网改造期间充分重视配电网建设工作，通过优化网架结构提升配电网的使用效果，在改造网架结构时，还要注意对相应的配电设备加以调整，该文结合现有城市电网规划工作，探讨优化网架结构时可用的可靠性工作方案，并提供优化建议。

1 电网结构分析

针对某市使用的10 kV电网情况，对其网架结构设置情况加以总结。

1.1 运行指标分析

对公用线路系统进行N-1校验，校验次数为72回，占城区线路的67.93 %，在校检过程中发现共有34条线路不能有效通过校验，线路安全隐患极多，必须对电网线路进行改造。

1.2 电缆网结构分析

该城市的电缆网使用并不普遍，高新区域配置了电缆网，其他地区并没有全面设置电缆网，在其他区域之中，只有变电站的特殊线路才会设置电缆。电缆网为环网型结构被设置为开环运行模式，在电力线路中一共设置 了14条电力线路，有8条为环网线路，4条为双设线路，2条为单设线路，剩余14条为电缆线路。

1.3 架空网

该城市的主干线线路已经进行了绝缘处理，架空线路一共有92回。

分段总数311 段，平均分段数为 3.38 段/条；其中，单辐射线路共有 9 回，单联络线路共 54 回，两联络及多联络线路共 29 回，分别占线路总回数的 9.78 %、58.7 %和 31.52 %。

通过上述关于该城市的电网线路分析可以发现该配网系统存在的主要特点是网架结构过于薄弱，欠缺供电稳定性，需通过改造配网系统来提升整体可靠性。

2 網架结构系统分析

2.1 建设混合式架空网

在优化配电网系统使用的网架结构时，技术人员可以增加架空网的形式，混用多种形式的架空网。首先可以建设辐射式的网架结构，这种网架结构的优点包括运行方便、简单清晰，在建设时不需投入过多的建设资金。该种架空网系统也存在一定的劣势，在配电网出现故障问题时，需要进行停电检修处理工作，停电范围过大，会影响用户用电，同时其具有的供电可靠性也相对比较差，不能通过校验测试，另外主干线的实际负载率可以达到100 %。

除了普通的辐射式架空网外，国内很多城市还会在网架结构中使用单联络式的网架结构，这种分段式的网架形式具有更高的可靠性，接线系统相对清晰，可以灵活运行该网架结构，当某处配电网出现故障问题时，线路之中的联络开关会直接闭合，线路上的电力负荷会被直接转移，馈线需要承担一定的负荷，虽然该网架结构可以满足校验测试的各方面要求，但是其主干线的实际负载率相对比较低，仅为50 %。

剩余一种网架结构为多联络多分段式的结构，该网架应用的接线模式比较特殊，线路使用的电源是独立的，某一段线路存在的故障问题不会影响到其他线路路段，其他线路的供电活动可正常进行，线路的故障情况影响范围被缩小，供电工作变得更加可靠。受到联络数量变动的影响，电力线路的应用率也被提升，负载率一般在70 %左右。

2.2 电缆网

电缆网也是网架结构的重要构成部分。电缆网的网架结构主要有以下几种：单射式的网架结构应用的接线方式是最简单的，虽然主干线的实际负载率可以达到100 %，但是并不能通过校验测试。双射式网架结构比单射式网架结构复杂，2种网架结构具有的特点也是一致的。单环式网架结构与前2种不同，其具有运行灵活与接线清晰的特点，具有的可靠性也极强，在单环式接线模式的影响下，线路的具体备用容量是50 %，通过异站单环化的接线方式可以使该网架结构维持正常运行状态，如果应用条件比较差，也可以通过单环接线方式满足接线需求。

在电缆网中，双环网架结构是最稳定的结构，其内部应用的接线方式也极为灵活，线路可承受的负荷量能够调整，供电活动也更加可靠。

3 结构设计可靠性分析

3.1 构建可靠性模型

研究在相同的供电需求下采用不同网架结构时，网架结构可靠性的差别。即在一定的区域范围内、一定的负荷的密度下，对比各种负荷密度下计算的结果。供电区域选取面积为7 km2的圆形区域（半径 1.5 km）作为研究对象。总负荷和用户数供电区域内的总负荷为 36 MW，负荷密度大约为 5 MW/km2 。这些负荷平均分布在供电区域内供电区域内。中压用户数为 36户，户均容量为 1 MW/户。2个变电站对该区域供电，容量不限。不考虑变电站故障，变电站母线的可靠率认为是 0.99999。线路为了满足网架结构的经济负载率，线路条数不限。

3.2 确定评估方法

在已经获取了基础式的评估信息之后，还要选出合适的评估方法，在进行可靠性评估活动时，可以选择使用最小割集法来完成评估测定工作，配网系统的最小割集与配电系统的故障模式之间存在联系，最小割集内部含有多种元件，这些元件抽选失效的问题之后，系统也会出现运行失败的情况，因此在评估时必须要确保全面考虑各种情况。

每个割集中的元件存在并联关系，近似认为系统的失效度可以简化为各个最小割集不可靠度的总和。最小割集法的优点是：将计算的状态限制在最小割集内，避免计算系统的全部状态，从而大大减少了计算量；考虑到了负荷的恢复过程及网络的约束条件，使评估结果更加全面，更符合系统运行的实际情况；通过对故障影响范围搜索，能找到系统的薄弱环节。

可靠性参数：可靠性评估计算使用常见的可靠性参数，包括故障率、故障修复时间和切换时间。其中，假设系统中使用的同类型设备具有相同的可靠性参数。

3.3 获取评估结果

随着配网建设技术不断成熟，可建设的电网的结构形式也逐渐多样化，对各种网架结构想形式进行比较后，可以获得网架的可靠性评估结构。在架空网系统之中，可靠性最差的是单联络多分段式的电网结构，多联络多分段式的线路连接方式具有的可靠性及较强；在电缆网系统中，三供一备化的连接方式是最可靠的，单环网连线方式的可靠水平最差。另外低压用户也会给线路接入方式带来影响，在实际的接线工作中还需考虑到低压用户这一类特殊用户的情况，进行有针对性的可靠性评估工作。

4 结语

城市电网建设工作直接关系着日后的供电服务质量，基于全新的电能供给需要，电网建设方需要根据输配电工作需求建设输配电电网。原有电网系统因各种外部因素的影响而出现故障时，最基础的电能输送工作是无法有效维持的，为了确保电网的可靠性，可从网架结构入手，来优化整体电网结构，该文以具体城市的电网建设工程为例，提供了可行的网架建设法方案。随着电力事业发展，电网建设工作水平还可以被进一步提升，须继续优化城市电网。

参考文献

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