10 kV 配电网供电可靠性的技术措施研究

杨 森，叶友桥

（国网陕西省电力有限公司石泉县供电分公司，陕西 石泉 725200）

0 引 言

10 kV 配电网是电力系统的中压网络部分，主要负责将变电站的电力传输到各个分配点，保证电能有效分配和输送，在提高能效、降低成本及增强供电可靠性等方面发挥着重要作用。然而10 kV 配电网面临着自然条件、结构设计以及设备寿命等方面的影响和挑战，如何采取有效的技术措施提高10 kV 配电网的供电可靠性，是一个值得研究的问题。因此，文章从理论和实践2 个方面探讨10 kV 配电网供电可靠性的技术措施，为电力系统的优化和改进提供一些思路和建议。

1 供电网络中10 kV 配电网的主要作用

10 kV 配电网通常由10 kV 线路、配电变压器和配电设备组成，是连接高压输电网和低压用户的重要桥梁。在供电网络中，10 kV 电压级别能有效减少输电过程中的能量损失。相较于更高电压级别的输电网，它更适用于城市和乡村地区的电力分配。常规条件下，10 kV 配电网的线损率需要控制在6%以内。这是保证电能传输质量和实现经济效益的关键因素。在实际应用中，10 kV 配电网能够满足不同规模的负荷需求，有效承载从几十到数千千瓦的负荷。10 kV 配电网可以通过变压器将电压降至220 V 或380 V 供应给终端用户，达到精确控制电压和电流的效果，满足不同用户的需求[1]。因此，10 kV 配电网在整个供电系统中扮演着关键角色，不仅保证了电能的有效分配和输送，而且在提高能效、降低成本和增强供电可靠性等方面发挥着重要作用。

2 影响10 kV 配电网供电可靠性的相关因素

2.1 自然条件

自然条件会对10 kV 配电网的供电可靠性产生显著影响，如表1 所示。首先，极端气候如暴雨、高温及雷暴等，可能导致电线断裂、绝缘材料老化等，从而增加故障率。其次，地形特征会造成间接影响，如山区、丘陵等地形会增加配电网的布线难度和成本，地震等自然灾害可能损坏配电设施[2]。最后，生物活动如树木生长和环境动物等易导致设备短路或损坏。因此，要重视自然因素，降低配电网出现问题的可能性。

表1 自然条件影响情况

2.2 结构设计

结构设计是确保10 kV 配电网供电可靠性的关键因素。合理的结构设计可以有效提升配电网的稳定性和安全性，减少因设计不当导致的供电故障。在结构设计方面，应着重优化节点布局，减少线路长度和损耗，如采用星型或环型布局等，有效平衡负荷，降低供电中断的风险。同时，需要在关键节点增加冗余设计，如双路供电等，以提高供电可靠性。设计过程中，可以按照“N+1”原则（N代表正常运行的设备数量，1 代表备用设备）设计系统冗余，以增强供电稳定性。设计过程中，高压线路的配置合理性对减少故障和维护时间至关重要。只有保证10 kV 配电网配置合理，才能避免出现过载问题，保证电网稳定运行[3]。通过数学模型分析负荷流，确保每条线路都在安全运行范围内。例如，采用最小化总线路损耗或负荷平衡模型进行分析。最小化总线路损耗计算公式为

式中：Ptotal·loss为线路损耗。

负荷平衡模型需要使用线性规划方式，计算公式为

式中：Pimbalance为负荷不平衡总量；Pload为各个节点负荷；Paverage为平均负荷。结合计算结果进行设计，即可实现负荷的均衡分配目标。

2.3 设备寿命

10 kV 配电网中的各种设备，如变压器、断路器及电缆等，随着使用年限的增加，性能稳定性逐渐下降，会影响整个电网的供电可靠性。电力设备的故障率与使用年限之间存在显著的正相关关系，如表2 所示。

表2 设备寿命与故障率对应情况

随着设备的老化，维护和替换成本逐年增加，增加了运营成本和突发故障的风险。因此，及时更新和维护老化设备至关重要。

3 增强10 kV 配电网供电可靠性的有效技术措施

3.1 加快高压配电网布点建设

高压配电网布点建设指在合适的位置建设高压变电站或配电室，提供高压电源给下级配电网或用户。加快高压配电网布点建设，可以有效提高10 kV 配电网的供电可靠性，增加供电来源，降低单一供电源的供电风险，提高供电系统的稳定性。供电公司可以通过建设高压环网实现多路供电，当某一路发生故障时，利用其他路继续供电，避免出现停电或电压波动的问题。高压配电网布点能够降低供电距离，减少线路损耗。线路损耗与电流的平方、线路的长度成正比，因此缩短供电距离可以有效降低线路损耗，提高电能利用率[4]。此外，布点建设能够优化10 kV 配电网的供电结构，提高供电质量。通过建设高压配电网可以实现高压直供，避免中压变压器的转换损耗，提高电压的精准度和稳定性。在特定情况下，供电公司可以利用高压配电网实现高压并网目标。借助高压电网的调节能力，平衡10 kV 配电网的负荷波动，提高电网的抗干扰能力。因此，加快高压配电网布点建设是一种有效的技术措施，可以从多个方面提高10 kV 配电网的供电可靠性，为用户提供优质的电力服务。

3.2 提升中压架空线路绝缘水平

中压架空线路指电压等级在1 ～35 kV 的架空线路，是10 kV 配电网的主要组成部分，负责将电能从高压变电站或配电室输送到各个配电变压器或用户。中压架空线路的绝缘水平是影响供电可靠性的重要因素。一个高效的绝缘系统可以有效防止短路、闪络及跳闸等故障，保证电网的安全运行。在提升中压架空线路绝缘水平的过程中，供电公司可以通过更换高性能绝缘材料的方式，保证线路的耐压性、耐热性和耐候性等。目前，常用的绝缘材料有橡胶、塑料、陶瓷等。其中：橡胶和塑料具有较好的柔韧性和绝缘性，但容易老化和受潮；陶瓷具有较高的耐热性和耐候性，但容易破裂和污染。为了提升中压架空线路绝缘水平，可以更换高性能的绝缘材料，如聚乙烯、聚丙烯和聚苯硫醚等。这些材料具有较高的绝缘强度、耐热性和抗老化性，可以有效提高线路的绝缘性能，延长线路的使用寿命。

绝缘子是连接导线和支架的绝缘装置，通过隔离导线和支架之间的电势差，防止电流泄漏或跳火。绝缘子的数量和间距是影响中压架空线路绝缘水平的重要参数，决定线路的耐压等级和绝缘距离。为提升中压架空线路绝缘水平，可以增加绝缘子的数量和间距，从而提高线路的耐压能力和抗干扰能力。根据国家标准，10 kV 架空线路的绝缘子数量应不少于4 个，绝缘子间距应不小于0.5 m，以保证线路的安全运行。

3.3 积极推广应用中压避雷线和OPGW

中压避雷线和光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）光缆是2 种适用于10 kV 配电网的新型光缆产品，能够提高供电可靠性和通信效率，值得在电力系统中积极推广应用。中压避雷线是将光纤单元与金属铠装线绞合在一起的光缆，外观类似于普通的架空地线，但具有通信功能。中压避雷线可以直接替换原有的架空地线，无须增加额外的挂点，节省了施工成本和时间[5]。同时，它能够起到架空地线的作用，提供短路接地路径，保护电路免受雷击，保障电网安全运行。

OPGW 是一种将光纤单元放入金属保护管并与金属铠装线绞合在一起的光缆，外观类似于普通的架空地线，但具有更好的通信功能。OPGW 可以承受高压输电线路的电气和机械负荷，提供短路接地路径，保护电路免受雷击，在保障电网安全运行的同时能够抵抗恶劣的环境条件，如高温、低温、湿度及污染等，确保光纤长期稳定使用。中压避雷线和OPGW 的性能参数和应用范围如表3 所示。

表3 中压避雷线和OPGW 的性能参数和应用范围

中压避雷线和OPGW 是2 种具有多重优势的光缆产品，可以保证电力供应，同时实现光纤通信，提高电力系统的信息化水平，为用户提供更优质的电力服务。因此，电力系统应积极推广应用中压避雷线和OPGW，提高10 kV 配电网的供电可靠性。

4 结 论

文章分析了10 kV配电网供电可靠性的技术措施，认为10 kV 配电网供电可靠性的技术措施是一个综合性问题，需要根据具体的地理环境、负荷需求、设备状况和运维管理等进行综合分析和优化，从而促进10 kV 配电网的高效运行和可持续发展。