10kV供配电系统设计及对供电可靠性的影响研究

林林

厦门市丰大电气科技有限公司，福建厦门，361000

0 引言

10kV供配电系统是连接电力系统与用户的直接媒介，具有点多、线长、面广、运行环境相对复杂的显著特征。随着社会对电力供应质量要求的不断提高，如何在新时期背景下，进一步提升10kV供配电系统的供电稳定性是电力企业重点关注的问题。可见，在明确10kV供配电系统设计对供电可靠性的影响以及供电可靠性主要影响因素的基础上，探讨提升10kV供配电系统供电可靠性的有效策略是极有必要的，对于电力供应经济效益和社会效益的提升具有积极的促进作用。

1 10kV供配电系统设计

10kV供配电系统设计主要包含电气主接线设计、高压开关柜设计、低压开关柜设计、变压器设计、杆塔及基础设计、接地保护设计等多项设计内容。作为连接电力系统与用户的直接媒介，10kV供配电系统的设计质量将直接影响用户用电体验。为最大限度保证供配电系统的稳定性和安全性，给予大众更好的用电服务体验，在进行10kV供配电系统设计时，需要从多个角度出发对影响供配电稳定性的风险因素进行识别和分析，在此基础上结合实际情况和需求做出科学、合理的设计，使供配电线路布局简单合理、灵活可靠[1]。

2 10kV供配电系统设计对供电可靠性的影响分析

2.1 配网供电可靠性评判分析

在进行10kV供配电系统设计时，通过以下流程和方法对配网供电稳定性进行评判，以便为系统设计提供科学有力的支撑。具体评判流程：（1）取模拟步长为1h，模拟N年，并假定初始状态所有电气元件均处于正常运行状态；（2）对配电系统内所有电气元件产生[0,1]的随机数，根据元件模拟状态抽样得到所有元件的寿命时间（TTF）和维修时间（TTR）；（3）选取非联络开关或非联络线路元件的最小TTF值，根据年负荷时序曲线计算出所有负荷在该TTF值对时间点的容量；（4）通过故障拓扑搜索，辨别故障失电区和无影响区。针对故障失电区，对故障停电时间、故障频次、缺供电量、受影响的负荷点等数据进行统计；（5）通过依次计算各电源点的待转供/实时转供负荷容量，判断联络供电恢复区及转供失败区。针对联络供电恢复区，需在TTFn+1、TTFn+2、…、TTFn+TTR所有时间点按照联络电源考虑负荷波动的3种情况，并统计联络转供数据和可靠性数据；针对转供失败区，一方面记录联络转供数据，另一方面判断是否可以转供至其他联络电源，并统计相关数据；（6）判断TTFn+TTR时间节点是否超过预设时间，若未超过需重新生成随机数，重复之前的评判步骤；若超过，则利用统计数据计算出10kV供配电系统最终的可靠性指标和转供效能指标，完成供电可靠性评判[2]。

2.2 10kV供配电系统设计供电可靠性分析

供电可靠性指标是10kV供配电系统设计时必须考虑的一个关键性指标。具体设计过程中，首先要全面分析配电系统的实际状况，根据分析结果确定具体的设计目标。随后对各个设计选项进行分析，针对每个设计选项提出多种可供选择的设计方案。最后，结合各种方案评估指标的差异性，从各设计选项的众多设计方案中选出最优的设计方案，以此汇总整理出10kV供配电系统最佳的设计方案，最大限度保证系统供配电的稳定性和安全性。以上步骤也是现阶段10kV供配电系统设计最常用的设计步骤思路。

此外，具体设计时还应注重细节的把握，通过强化细节设计来提升系统供配电的稳定性。例如：设计时应考虑配电接线模式对供配电稳定性的影响，并根据实际情况进行差异化；同一电源单元的总功率分配到配电站时，配电站的线路开关应采用隔离开关或隔离触点；配电站母线分段开关应采用断路器；将断路器与负载开关熔断器组合作为配电站专用电源线的线路开关等[3]。

3 影响供电可靠性的原因

3.1 线路规划设计不合理

从实际情况来看，该问题最主要的表现为设计过程中对各类资源的配置不够合理，存在电力网络结构设计缺乏科学性与先进性、部分细节设计不够合理、电力线缆及设备未达到最佳运行状态等情况，这不仅会导致电力输送过程中存在较大的能耗损失，还会增加线路、设备的故障概率，从而影响10kV供配电系统的供配电可靠性。

3.2 自然灾害的破坏

10kV供配电系统的大部分线路和设备设置在户外环境中，因此，自然环境因素对10kV供配电系统供配电可靠性的影响较为明显。冰冻、冰雹、雷击、强风、地质结构突变等自然灾害，均会对户外线缆、杆塔、设备造成直接性的破坏，导致供配电系统发生故障，影响其供配电可靠性。

3.3 日常管护不到位

供配电系统运行过程中，线缆、设备会随着使用时间的增长而逐渐老化，以致无法处于最佳的工作状态，存在较高的故障风险。同时，交通事故、人为盗取破坏、雷击、外物触碰等情况也会直接导致线缆、杆塔、电力设备损坏，影响供配电可靠性。因此，为保证供配电可靠性，不仅要做好电力系统的科学设计，还要加强日常管护，及时维修、更换异常系统元件，处理故障风险。但从实际情况来看，受多种因素的影响，很多电力企业都存在日常管护不到位的问题，无法最大限度保证供配电的可靠性[4]。

4 提升10kV供配电系统供电可靠性的对策

4.1 提高资源配置

在进行10kV供配电系统设计时，运用科学的设计方法实现各类资源的合理配置，是保证系统供配电稳定性的重要措施。具体实践过程中，可从以下两个方面来提高资源配置。

4.1.1 改善系统网络结构

科学研究表明，不同网络结构的配电系统，在供配电可靠性方面存在一定的差异性，其中全联络树枝网的供配电可靠性要优于放射线网和树枝网。因此，在进行10kV供配电系统设计时，应根据实际情况和具体建设要求，在确保基本设计要求和技术标准的前提下，改善传统的树状放射形式网络结构，采用整体结构更加精简高效、供配电可靠性更好的网络结构，如环网式配网结构（图1）、多回路辐射式配网结构等。相较于放射线网和树枝网，这两种网络结构布局更加合理，在某一单路出现故障时，可通过其余回路进行补给供电，从而大幅度减少故障停电的次数和时间，有效保证供配电的可靠性。

图1 环网式配网结构示意图

此外，设计时还需要对配网线路进行合理优化，例如：在满足供电需求的基础上，最大限度地减少每一段用户的数量，从而减小系统故障的影响范围；采用“母线分段带旁路”的设计形式来提升母线设计的灵活性；在馈线上设置干线分段、分支线开关，以此避免母线停电检修对供配电可靠性的影响；针对单电源辐射方式分布的负荷，可在干线上设计安装2～3个断路器，并在大支线始端设置断路器，以此最大限度缩小停电范围，保证供配电可靠性[5]。

4.1.2 优化系统资源配置

（1）在主变压器选型设计时，应选择高性能、环保型变压器，并根据负荷计算结果科学确定主变压器型号。同时，在选择变压器容量时，需要综合考虑系统负荷、通风散热条件、环境温度等因素，对于冲击性较大的负荷区域，需要根据实际需求选用专用变压器。（2）主线选型设计时，在无特殊设计要求的情况下，通常选用加强型钢芯铝绞线，同时需要根据实际使用需求对主线进行电晕检验，确认技术指标符合安全性、稳定性要求后，方可使用。（3）出线开关应优先选用真空开关。在进行隔离开关设计时，需要明确开关点、绝缘距离、开关热稳定性、内部结构机械强度等数据信息，确保隔离开关设计的合理性，保证其功能作用得以有效发挥。必要时可安装连锁机构。（4）在断路器设计方面，首先应根据变电额定电流、热稳定电流等参数指标科学选择适宜的断路器产品，应尽可能选用使用寿命较长、体积较小的断路器，如六氟化硫断路器等。其次，应尽可能选择同一厂家生产的断路器。这样既能够保证断路器功能作用的有效发挥，保障电力系统供配电可靠性，又能够为后续的维护与检修提供便利条件。

4.2 强化抗灾害管理

通过科学的设计方法提高供配电系统的环境风险抵抗能力，弱化自然灾害、恶劣天气对系统运行状态的影响，是提高10kV供配电系统供配电可靠性的关键性措施。以“台风或狂风”灾害为例，在设计过程中，应通过以下设计提高10kV供配电系统的抗风能力。（1）缩短张力段长度。如：对于双同一道路，可通过增加杆塔数量的方式缩短张力段长度，使各张力段长度≤400m，以此增强张力段线缆抗风能力；单同一线路宜通过增加耐张杆塔的方式将耐张段长度控制在500m以内，以此增强线缆抗风能力。（2）基础加固。在进行杆塔施工时，应根据所在区域气候特征、环境条件、杆塔类型等因素，从“砂浆砌块护坡”“砂浆砌块加固地基”“混凝土桩基础”“套管混凝土基础”“水泥沙袋护坡”等常见基础加固形式中选择最适宜的方式对杆塔基础进行加固，以增强杆塔的抗风能力。同时，必须保证加装防风拉线的杆塔的最小埋深符合规范标准要求（表1）。（3）杆塔科学选型。常规环境条件下，优先选用水泥材质锥形电杆，如存在较大设计负载或转角，则需要选择大弯矩电杆（高强度电杆）。在无特殊要求的情况下，10kV配网架空线路通常选用12m高电杆，若架空线路高度在15m，则可以选用15m整体单杆或门型加强型水泥电杆。在强风地区，应用钢管塔代替角钢塔[6]。

表1 加装防风拉线杆塔的最小埋深标准

4.3 落实日常检查工作

严格按照相关要求和标准落实供配电系统的日常检查工作，及时排查和解决线路故障隐患，这是保证10kV供配电系统供配电可靠性的重要策略。实际工作中，电力企业可通过以下两方面工作，提高日常检查工作的质量和效果。（1）做好定期巡检。重点检查线缆、杆塔、设备是否出现老化或功能异常情况，架空线路下方是否存在外力破坏因素，绝缘子绝缘性是否良好，杆塔是否保持良好的垂直度等，发现问题及时进行上报和维修。特殊天气下，需根据实际需求，灵活开展特殊巡视工作。（2）做好预防性试验。电力企业应定期通过科学的检测手段对避雷器、绝缘子、变压器、真空断路器等关键性设备的功能状态进行检测，确保其始终处于最佳工况。同时，可利用红外测温技术对线缆状态进行检测，以此做好故障的事前处理工作，保证供配电安全性[7]。

5 结语

综上所述，新时期背景下，为更好地满足人们的供电稳定性需求，电力企业应深刻认识到10kV供配电系统设计对供配电稳定性的重要影响，进一步提高对10kV供配电系统设计工作的重视程度，并在准确把握供配电可靠性主要影响因素的基础上，通过提高资源配置、强化抗灾害管理、落实日常检查工作等策略，来全面提高10kV供配电系统的供配电稳定性。