基于10kV配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備選型的供電可靠性研究

姚勇

摘要：供電可靠性是配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備選型控制應用的基本要求。本文以10kV配電網(wǎng)為例，在闡述城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)類型的基礎上，就10kV中壓電纜網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備選型供電可靠性展開分析，期望能為城市配電網(wǎng)絡控制提供參考，確保配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備選型控制應用的可靠性、安全性。

關(guān)鍵詞：10kV配電網(wǎng);網(wǎng)架結(jié)構(gòu);設備選型;可靠性

城市化背景下，我國配電網(wǎng)網(wǎng)絡基礎架構(gòu)日益完善，配電設備應用形式也逐漸豐富。在配地網(wǎng)系統(tǒng)中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備選型對于供電的可靠性具有深刻影響;有必要進行配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備選型的系統(tǒng)控制和全面優(yōu)化?；诖?，本文立足于10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)，就網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設備選型對配電網(wǎng)供電可靠性的影響展開分析。

一、城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

中壓架空網(wǎng)是我國城市中應用最多的一種網(wǎng)絡框架，其包含了輻射式、多分段單聯(lián)絡、多分段多聯(lián)絡式三種基本形式[1]。就輻射式而言，其網(wǎng)絡架構(gòu)的接線較為簡單、清晰，而且從網(wǎng)絡設備層面來看，設備運行也較為方便。此外，輻射式中壓架空網(wǎng)的建設投資較少。但要注意的是，一旦架空網(wǎng)出現(xiàn)故障，則停電的范圍較大，這嚴重地影響了供電的穩(wěn)定性。作為輻射式的升級版，多分段單聯(lián)絡式中壓架空網(wǎng)的接線更阿基清晰，供電系統(tǒng)運行靈活。實際運作中，一旦網(wǎng)架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障，多分段單聯(lián)絡式的停電范圍集中在一個區(qū)域，這種方式可使得干線的運行負載率控制在50%。多分段多聯(lián)絡式配電網(wǎng)網(wǎng)架接線的負載率可達到67%～75%，該模式下，各線路均可在自己運行的區(qū)域內(nèi)正常供電，這有效地降低了線路的故障發(fā)生率，提升了電路系統(tǒng)的可靠性，但配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設階段的投資較大（見圖1）。

二、10kV的中壓電纜網(wǎng)典型網(wǎng)架

對于10kV的中壓電纜網(wǎng)而言，其網(wǎng)架形式類型較多，除單射式、雙射式外，單環(huán)式、雙環(huán)式也是其重要的架構(gòu)形式，此外10kV中壓電纜網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還包括供電設備。

就單射式、雙射式中壓電纜而言，其接線方式均不滿足N-1要求，但當主干線處于正常運行狀態(tài)是，接線的負載率可達到100%。單環(huán)式一般多采用異站單環(huán)接線方式;該類型配電網(wǎng)接線線路清晰、運行靈活，且可靠性得到了大大提升。在單環(huán)式接線模式下，線路的備用容量保持在50%作用。要注意的是，當不具備條件時，單環(huán)式配電網(wǎng)采用同站不同母線單環(huán)接線方式;對于單環(huán)網(wǎng)尚未形成的狀況，需將線路與現(xiàn)狀架空線路暫時連接在一起。與其他接線方式相比，雙環(huán)式配電網(wǎng)是最可靠、最靈活的接線方式，其能使得客戶同時得到兩個方向的電源，滿足N-1的基本要求。N供一備用電模式下，線路的平均負載率有所不同，這種線路繁瑣復雜，且聯(lián)絡線路的長度較大，投資較高;在實際應用中，還應注重N供一備線路負載率的有效提升[2]。

三、基于10kV配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備選型可靠性研究

1、設備選型

在相同的供電需求下，采用不同的網(wǎng)架模式進行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可靠性，并找出其差別可實現(xiàn)邊界條件的有效研究。具體研究要點為：先注重負荷密度的系統(tǒng)控制，統(tǒng)籌并計算系統(tǒng)對不同負荷密度的承載了，最終結(jié)合計算結(jié)果，可選擇出最適合的設備類型。

2、設備選型故障處理方法

最小割集法在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)評估中的應用較多，該方法是基于“配電系統(tǒng)的故障模式與系統(tǒng)的最小割集有最直接地聯(lián)系”這一原理而展開的。其中就最小割集中而言，其主要是由許多元件的結(jié)合而組成的，一旦集合在工作中產(chǎn)生故障，則系統(tǒng)發(fā)生癱瘓失效的概率會大大增加，且這種故障具有不可逆特征。這種模式下，最小集合之間存在并聯(lián)關(guān)系，這使得對于具體狀態(tài)的控制集合在小的集合范圍內(nèi)，不會對其他設備的運行產(chǎn)生影響。值得注意的是，在實際應用中，最小割集法實現(xiàn)了設備選型上網(wǎng)絡約束的評估，這確保了設備運行評估結(jié)果的準確性，有助于提升設備運行穩(wěn)定，防控設備運行薄弱環(huán)節(jié)。

3、可靠性參數(shù)

依托可靠性參數(shù)可實現(xiàn)10kV配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備選型可靠性的準確評價。在配電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性評價中，先要將兩者的中壓電氣接線結(jié)構(gòu)設置相同的數(shù)值，這樣才能使得兩者具有相同的可靠率指標;其次應調(diào)整電源供電負荷，并使其保持到最大值;最后觀察并分析中壓電氣接線結(jié)構(gòu)，若兩者哪一方在這時出現(xiàn)了故障，則表明哪一方的可靠性有待提升。結(jié)合電力工程項目實踐可知，低壓用戶配電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)的可靠性較高，但相比之下，高壓用戶的電壓指數(shù)更加強勁。從設備選型層面來看，單環(huán)式與雙環(huán)式相結(jié)合模式的應用較多，其能在降低配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設成本的同時，最大限度地保證配電網(wǎng)網(wǎng)絡架構(gòu)的穩(wěn)定性，確保電力系統(tǒng)使用高效、安全。

結(jié)語

配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備選型對于供電的可靠性具有深刻影響，10kV的配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選擇中，架空網(wǎng)網(wǎng)架的應用較多，這是因為10kV架空網(wǎng)網(wǎng)架運行模式更加穩(wěn)定，安全性更加突出，能有效地防范運行設備故障問題發(fā)生?；诖耍谛聲r期的城市10kV配電網(wǎng)建設中，可加大架空網(wǎng)模式的選擇和應用，以此來提升配電網(wǎng)運行效率，減少配電輸出故障，促進電力產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻

[1]胡列翔，鄭偉民，王蕾，等.基于配網(wǎng)拓撲矩陣的供電可靠性評估[J].電網(wǎng)與清潔能源，2019，235（2）：48-55.

[2]許悅，余濤.網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)與供電可靠性的數(shù)學關(guān)系分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2019，43（2）：168-175.