10kV配电网设计及节能问题分析

丽水市普明电力建设工程有限公司 李 唐

1 10kV配电网设计要点

1.1 做好基础性工作

在10kV配电网项目初期立项阶段，由于没有全面掌握项目信息，导致配电网设计方案与实际使用需求不符，形成电力能源供求矛盾，或是造成设施资源的闲置浪费。例如，在电能用量预测值预小于实际值时，所建设10kV配电网很难满足所处区域用户的实际用电需求。因此在设计阶段需做好基础性工作，持续采集工程相关信息资料，如统计电负荷、记录用电情况、整合统计该区域用电总量、准确预算电能使用趋势等。在其基础上明确项目规模，并设定变压器等设备数量与容量。如此，可在满足用户用电需求的前提下避免出现设施资源浪费，在客观层面上增强10kV配电网的节能属性。

1.2 应用继电保护技术

10kV配电网运行状态分为正常运行、异常运行及故障运行三种。其中，在出现设备故障或操作不当时，配电网容易处于异常运行与故障运行状态，并引发设备损坏及停电等事故出现，造成严重经济损失。同时，在出现10kV配电网故障运行现象后，也会损耗大量电力能源，缩短设备使用寿命，违背了节能环保理念。为解决这一问题，需在10kV配电网设计方案中应用继电保护技术。如此，在10kV配电网运行期间，如出现各类故障问题，继电保护装置将持续对配电网运行状态进行监控测量，并自动执行保护动作以控制故障影响范围，快速恢复10kV配电网的正常运行状态。

例如，在10kV配电网中设置过电流保护装置，当装置检测到电路产生超过额定值的瞬时电流后，自动执行电流速断保护动作，在限定时间内切断短路故障。同时在变压器中安装熔断器，在装置检测到出现配电线路短路故障后熔断器运行条件被触发，快速切断电力[1]。

1.3 控制线路检修停电范围

在10kV配电网运行期间，当开展线路检修工作时，出于安全因素考虑需将故障线路停电，但这将对电网线路的正常运行造成影响，无法满足用户的实时用电需求。为减小线路停电事故对10kV配电网运行状态造成的影响，需采取多项设计措施以缩短线路检修停电范围。例如，在配电网中设置若干数量线路分段开关装置，在每条线路中设置4个左右的开关控制器。如此，在出现线路停电事故后，通过使用分段开关装置及开关控制器，可将各段线路所链接用户数量控制在7～11户以内。

1.4 10kV架空网设计

为改善10kV配电网的供电可靠性，在条件允许前提下可选择采取线路架空敷设方式与中性点不接地方式。如此，在10kV配电网运行期间出现单相节点等故障问题后，所设置继电保护装置可快速切断故障，在短时间内恢复10kV配电网正常运行状态，避免造成更为严重的损失。

2 10kV配电网设计中的节能措施

2.1 变压器节能设计

早期10kV配电网设计方案中所设置变压器设备的电容量较大，在电能升压与降压等环节中会持续消耗大量电能，导致实际用电成本提高。根据相关调查结果显示，在10kV配电网总损耗中变压器所损耗电能占比50%以上，线路所损耗电能在40～50%以内。同时可将变压器所消耗电能分为可变消耗及空载消耗两类[2]。

2.1.1 配置新型节能变压器

10kV配电网中老旧型号变压器的节能效果不理想，在运行期间会消耗大量电能。因此在新建或改造10kV配电网项目中，都需配置新型节能变压器设备来取代老旧型号变压器，从而减小电能损耗量，控制实际用电成本。例如，可选择配置10kV电压等级的三相油浸式电力变压器，与老旧型号变压器相比，其性能参数空载及负载损耗均比都下降10%以上，在使用期间可减小电能损耗量。同时也可选择配置SH型非晶合金变压器，与S9型硅钢片变压器相比可将空载损耗减少70%以上。

此外，考虑到部分老旧型号变压器的实际使用年限较短，如直接更换这类变压器，虽可减小电能损耗量，但设备使用性能将无法得到充分发挥，在客观层面上造成新的资源浪费。因此需根据10kV配电网项目情况合理制定变压器改造方案。例如，为控制改造成本，需采取分批分次改造方式，使用新型节能变压器优先更换高能耗变压器与超期服役的变压器。

2.1.2 变压器数量及容量选择

一些设计方案中由于初期调查不全面，没有正确掌握项目所处区域的实际用电情况及总用电量，所设置变压器容量较大或是变压器数量较多。如此在10kV配电网运行期间，不但无法充分发挥变压器设备的使用性能，还将造成电力能源的严重损耗。针对这一问题，在10kV配电网设计阶段须做好基础性工作，持续采集并汇总分析项目信息资料，在其基础上准确计算变压器容量及配置数量的最优值。同时适当增加变压器电容量，预留充足的应对空间，以满足用户用电需求为首要目的。

2.2 配电线路节能设计

合理设定导线截面积。在10kV配电网运行期间，如导线截面积不合理将存在安全隐患，或加大线路损耗量。因此应正确认识线路损耗与阻抗间的关系，通过增加导线截面积可起到降低线路损耗的作用，增强10kV配电网的节能属性。但需综合分析用电总量与经济电流密度等因素，合理设定导线截面积大小，禁止一味增加导线截面积，如果导线截面积超过一定标准，无法取得明显的节能效果，同时还将提高10kV配电网的建设成本，并造成导线资源的闲置浪费。

优化线路结构。在部分10kV配电网项目中存在线路结构不合理问题，导致线路所输送电能产生较大损耗且电压质量不佳。针对这一问题需采取以下措施：缩短供电半径。10kV配电网的线路供电距离与电能损耗量成正比关系，供电距离越长则电能在输送期间将产生更大的损耗。因此需严格控制供电半径，将10kV配电网的线路出线到户距离控制在6km以内，在必要情况下可将出线用户距离要求放宽至8km以内；调整降压变电所位置。需在用电负荷中心区域中设置降压变电所，并将电路结构设计为辐射状，在直接链接用户的前提下尽可量缩短出线到户距离[3]。

2.3 无功补偿

在10kV配电网运行中，受设备等因素影响配电网的功率因素较低，并时常出现谐波污染问题，对10kV配电网的运行状态造成影响，使配电网能耗加大，违背了可持续理念。对此可选择在10kV配电网设计方案中应用无功补偿技术，通过设置无功补偿装置来提高功率因素，并起到抑制谐波污染的作用，取得降低配电网能耗及保证配电网安全稳定运行的效果。此外需根据10kV配电网情况合理选择无功补偿方式，具体如下。

就地平衡补偿。在采取就地平衡补偿方式时，首先可选择在母线侧端设置并联电容器、电容补偿柜以及动态调节装置，在用户低压端设置无功补偿装置。如此，在10kV配电网运行期间，无功补偿装置持续对用户无功负荷实时情况进行监测，基于监测结果调节补偿方式，在真正意义上做到动态控制，最大程度减小有功功率损耗，控制无功电流值；其次也可选择在母线侧端设置并联电容器，将补偿变压器无功损耗与10kV配电网线路无功损耗为首要目的，在实际应用期间可起到提高线路末端电压质量与减小电能损耗量的作用。同时需综合分析负荷性质、实际功率因数等因素，合理设定无功补偿装置容量。

单独就地补偿。在采取单独就地补偿方式时，直接在用电设备附近安装补偿装置，将装置与用电设备保持为并联状态，对安装部位提前的线路及变压器提供无功补偿。根据实际应用情况来看，单独就地补偿方式具有补偿范围大与补偿效果明显的优势，主要被用于补偿电容量较大与负荷平稳的设备。

2.4 维持10kV配电网三相负荷平衡

三相负荷平衡与否将直接影响10kV配电网的运行质量及供电安全。从供电安全层面来看，如三相负荷无法稳定保持为平衡状态会降低变压器与线路供电效率，使得中性点电位偏移，有可能出现某相导线烧断与变压器单相烧毁等安全事故。而从节能层面来看，在三相负荷不平衡情况下将会持续产生不平衡电压，进而增加中性线电流与电压偏移量，加大线路损耗。根据相关调查结果显示，在10kV配电网处于三相负荷不平衡状态时，线路损耗率将会提高2～10%左右。

为解决这一问题，应分析10kV配电网运行负荷情况，准确掌握配电规律，合理采取三相负荷不平衡治理措施。例如，可选择在10kV配电网中设置补偿装置，在配电网运行期间，补偿装置可以有效调节负荷不平衡，稳定保持三相负荷的平衡状态。以三相半桥功率调节器为例，这类装置同时具备有功补偿及无功补偿使用功能，通过SPC有源型换流器发挥相间转移有功功率以及治理无功功率的作用[4]。

提高计量力度。配电网电能计量工作质量与配电网节能效果密切相关，当前在部分10kV配电网项目中，由于计量工作开展不到位，偶尔出现电能表抄录不全问题，使得10kV配电网所显示用电量与实际用电量不一致，未得到统计的缺漏电能值被归纳至配电网能耗量，在客观层面上降低了配电网节能属性。因此需做好电量数据统计计量工作，或在配电网中设置若干数量的感应器，装置自动对实时用电量进行监测计算，保证电能计量数据结果真实准确。

加大线路保养力度。在10kV配电网运行期间，受环境与人为因素影响线路运行质量与输电质量存在不确定性，偶尔出现窃电现象或线路老化破损现象，不但加大了电能损耗量还存在安全风险隐患，可能出现人员触电等安全事故。因此在10kV配电网运行期间须做好线路维护保养工作，加大线路安全巡查力度，及时更换老化破损严重的线路设备，重点检查是否存在窃电漏电现象并采取解决措施。

综上，在10kV配电网项目中，对可持续发展理念的贯彻落实，以及对上述节能设计措施的采取，可有效减小电能损耗量，控制实际供用电成本，同时提升项目综合经济效益与社会效益。电力企业必须正确认识到10kV配电网节能设计工作的重要价值，加强配电网设计体系的创新优化，为我国电力事业的健康发展奠定坚实基础。