基于可靠性的10kV城市配电网网架结构优化方案

内蒙古电力（集团）有限责任公司薛家湾供电分公司 杨元凯

当前城市电力建设工作已经取得了新成就，在电力供给系统上和电力配给工作上都得到了技术升级和改造，为城市配电网网架结构优化指明了方向。为了更好地优化城市电网，确保供电工作更加稳定和安全，需要从多个方面制定配电网网架结构优化方案，有效解决网络结构设置中的疑难问题。

配电网在整个电力系统中发挥着重要作用，是连接终端用户、发电系统、输电系统的中间纽带，在保证城市居民用电稳定和安全，及电网建设长期发展方面都起着举足轻重的作用。但因其受到多方面影响，当前城市配电网还存在多种问题，如网架结构不完善、配电设备性能差、电网规划不科学等。

对此需要供电单位深入研究，以10kV 城市配电网网架结构为例，从多方面入手，优化方案，提高供电可靠性，满足城市供配电需求。本文主要以可靠性的10kV 城市配电网为例进行研究，旨在提高城市配电网的安全性、可靠性、经济性，最终构建出更加优质的城市配电网网架结构。

1 10kV 城市配电网概述

10kV 城市配电网也叫做中压配电网，其主要由架空线路、电缆线路、杆塔、配电变压器、开关设备、无功补偿装置等元件构成，并在整个电力系统中发挥着分配电能的作用。10kV 配电网可对多个城市中变电站或用电负荷提供电能、电量。采用10kV 城市配电网可有效提高城市供配电的可靠性和稳定性，为了更好的提高供配电可靠性，需要对配电网架结构进行优化，并科学使用配电自动化系统，以此将电力设备参数信息和空间属性进行结合，优化配电网网架，确保配电网有效管理和运维。

1.1 电网结构

本文主要以某城市10kV 配电网运行情况进行分析，并对网架结构设置情况进行分析。

运行指标：对某城市10kV 公用线路进行多次系统校验，占据整个城区线路的一半以上（图1）。在校验中发现有部分线路没有通过校验，主要原因是线路存在较大安全隐患，对此需要对城区内电网进行升级改造。

图1 所示电网网架

电缆网结构：该城市电缆网使用较为频繁，并在新城区整体布置了电缆网，其他区域内一些安装有变电站的线路配置电缆网，电缆网是一种环网型结构，其属于环形运行模式，在整个电力线路中设置了多条线路，具体包括环网线路、双设线路、单设线路、电缆电路等。

架空网：对该城市内的主干线线路进行绝缘处理后，架空线路回路数多，分段总数多，单联络线路为55回，双链路和多联络线路为28回，在整个线路总回数中分布占比为9.75%、54.2%、30.2%。对上述线路各回路进行数据分析后发现该配网系统中存在网架结构不完善、电源点单一等问题，对此需要通过配网系统升级提升配网系统的可靠性。

1.2 网架结构系统

1.2.1 混合式架空网

技术人员在优化改进配电网系统中的网架结构时，可选择混合架空网多种形式。首先可选择辐射式的网架结构，该网架结构运行效率高、易于操作、投资费用少，但是该网架结构也存在一些缺陷。如在配电网发生故障时对其进行启停检修处理，需要大范围停电，对用户持续供电造成影响，且供电可靠性比较低，无法进行校验测试，易造成主干线负载率高等问题。

其次，也可选择单联络式网架结构，该网架结构属于分段形式，可靠性强、接线系统结构简单、运行灵活，如果配电网发生故障时，主干线路联络开关会自动（手动）闭合，线路电力负载会自动转移到馈线上，该形式的网架结构可任意进行校验测试。

最后，也可选择多联络式分段式结构，该形式的网架接线模式不同于前两种，线路电源属于独立控制系统，当配电网出现故障时对其他线路供电不会产生影响，可确保其他线路稳定运行，有效控制线路故障影响范围，确保供电的稳定性，但是该形式的网架结构会受到联络线路数量的影响，大大提高电力线路应用负载率。

1.2.2 电缆网

电缆网在整个网络结构中也发挥着主干作用，电缆网网架结构形式主要分为以下几种：

单射式网架结构。该形式的网架结构采用的是单射式接线方式，一般主干线接带负荷较大，不能随意进行校验测试；射式网架结构。该形式的网架结构复杂，但是和单射式特点相似；单环式网架结构。该形式的网架结构简单、运行方便、接线简单、可靠性强，但受到单环式接线模式的影响，线路备用容量少，一般需要通过异站单环接线方法确保运行稳定，如果异站条件不完善，则需要采用单环接线方法来进行接线。

双环式网架结构，该形式的网架结构可为线路优化提供理论支持，并促使客户可获取不同的电源，有效满足10kV 线路客户侧10kV 配电变压器网络系统运行需求，操作灵活；N 供-备网架结构形式。该形式的网架结构模式会随着N 值的变化而变化，接线方式简单、可靠性强，线路负载率会平均分布。但是当N 变化大于4时，接线模式复杂度会提高，不容易操作，且联络线长度越长耗费成本越大。以上结构形式中双环网结构比较稳定，且其接线方式简单，各种线路负载率可随时调节，供电可靠性高[1]。

2 电网网架结构可靠性提升策略

2.1 建立可靠性模型

在供电条件相同情况下分析不同的网架结构，结果发现不同的网架结构可靠性各不相同，对此需要在同一特定范围内、同一负荷密度下对计算结果进行分析，当前选择某一城市圆形区域为分析对象，对用电总负荷和用户数供电区域负荷、负荷密度进行计算。在此基础上进一步确定中压用户数、户均容量，发现该区域内主要有2个变电站，容量没有限度，在变电站没有发生故障的情况下对变电站母线可靠率进行确定，并得出满足网络结构经济负载率，线路条数不做限定。

2.2 选择评估方法

已经搜集了基础连接评估信息后，需要选择评估方法，一般在集体的可靠性评估活动中，需要选择最小分割法进行评估、测试。当前配电网系统中的最小割与集和配电系统故障模式之间具有关联性，且最小割集之间含有多种元件，如果元件选择不准确，系统也会出现运行故障等问题，对此在选择评估方法时需要考虑各方面情况。对于其中割集中的元件关联性问题，可通过简化割集中的总和来解决系统实效问题。

2.3 分析评估结果

随着城市配电网建设的进一步发展，电网结构形式也多样化，根据各种理想型的配电网网架结构进行分析后得出可靠评估网架结构，在网架系统内，单联络多分段式电网结构可靠性低，多联络多分段式线路连接电网结构可靠性高。且在电缆系统中三供一备化连接可靠性最强，单环网连接可靠性最低，且低压用户数也会对线路连接产生影响，对此在后期的接线过程中还需要考虑低压用户情况，并对不同的接线方式的可靠性程度进行评估[2]。

2.4 可靠性研究的基本理论

分析目标网架结构可靠性提升网架结构。对以上可靠性评估模型进行计算和分析后得出以下可靠性评估结果：在架空网中多分段单联络结构式架空网可靠性低，多分段多联络结构式架空网可靠性高；电缆网中双环网可靠性低，三供一备式电缆网可靠性强；不靠看用户低压配电接线方式，根据评估结果发现单环网和双环网之间的可靠性相似。

总结我国多个城市的10kV 配电网架结构。对少数城市采用无辐射式网架结构，对多数城市采取辐射式、单联络、多联络式三种网架接线方式，结果发现单联络和多联络方式之间的地区特点不显著；得出具体的城市10kV 配电网目标网架结构。根据该城市经济发展水平和配电网架结构特点、使用要求得出城区目标网架结构优化方案。

3 10kV 城市配电网运行问题和优化方案

对当前的10kV 城市配电网运行情况进行调查分析，对10kV 城市配电网线路安全问题和隐患故障进行分析，以此制定优化线路运行的方案和对策，确保10kV 城市配电网运行的安全和可靠，具体问题如下所示：在10kV 城市配电网运行中，线路故障率高，其主要原因是外界环境的影响，导致线路频繁跳闸，且在外力作用下，线路负载过大、设备老化、技术标准不明确，供配电网运行网络结构受到较强的干扰。为了提高配电网可靠性，减少用户用电故障发生率，避免出现大范围停电，提出了以下解决对策。

3.1 解决对策

针对于10kV 城市配电网出现的问题，主要解决目的在于提高环网率，通过环网线路持续供电，满足不同线路用户的用电需求，且在具体的故障解决中需要遵循安全生产标准，及时检查配电网系统中的各种安全问题、故障隐患，并加强运行管理，以此保证配电网运行可靠和安全。

首先，对于系统中的各种老旧设备需要及时更换，缩短线路供电半径，新建变电站（或变压器）尽可能放置在负荷中心区，方能有效避免配电网运行中电压过低、供电不稳定、电力过度消耗、用电管理不到位导致故障发生的情况。且相关人员还需完善电网运行管理系统规范，配置节点智能型设备，以此形成一体化、可靠性强、高效率的解决方案，确保电网智能化运行。

其次，启动系统控制配电网运行管理模式，对用电管理、电力损耗检查、故障处理等工作进行一体化管理，避免10kV 城市配电网线路和供电区域内出现负荷不均匀导致电网故障情况的出现。在此基础上制定配电网建设和结构优化技术标准、控制标准，配电变压器装载容量标准、开放容量标准。

最后，在对10kV 城市配电网网架结构进行优化升级时，需要根据用电负荷情况、线路数控制、负荷变化等因素来调整配电网架结构中线路导线截面。并及时更换各种高耗能设备，控制电压异常损失情况，提高电压质量，确保10kV 城市配电网稳定、可靠运行。另外，当10kV 城市配电网中的某一线路或开关装置出现故障时、或需要检修报停时，可通过配电网负载转移或者自动换闸等方法确保用户供电稳定。

3.2 10kV 城市配电网运行和维护管理

在构建10kV 城市配电网运行和维护管理系统时，需从电力系统的整体安全性、可靠性出发，以降低配电网故障率和损耗率为目标，科学规划、统一部署，采取分层或分区管理的方法，确保设备、线路、电网整体稳定运行。并确保配电网可无功补偿分布、无功分层功能调节，以此降低电压损耗，提高运行效益。配电网运行主要依靠电网内各节点电压，对此可通过短期负荷预测、配电网智能化建设、信息系统等技术方法，对线路进行无功补偿、补偿功能均匀分配、无功调节控制，以此保证电压质量和电压稳定。通过以上方法实现自动负载控制、自动故障隔离、自动检测功能上报，最终提高配电网自动化管理水平。

另外，想要确保10kV 城市配电网运行安全、可靠，还需要确保配电网网架可靠，对此需对10kV城市配电网供电结构、主干配结构进行升级、优化，并在日常运行维护管理中需根据用户负荷需求和供电可靠性需求，进行自动分级、自动分层管理，以此确保供配电效益最佳。

总之，城市电网建设效果直接关系着供电服务质量和居民用电可靠性，为更好满足城市配电网供电需求，需根据实际的输配电工作进行优化、建设输配电网，且受到各方面的影响，传统的电网系统在运行中容易出现线路故障。对此需要着重从电网结构入手，优化配电网网架结构，以此制定切实、可行的配电网架建设方案，提高电网建设水平，保证城市配电网整体运行效率。