淺談城市10kV配電網(wǎng)最優(yōu)結構模式的選擇

樸青松 池賢

摘要:文中對城市配電網(wǎng)中常見的八種網(wǎng)絡結構型式進行了較為全面的分析，為不同城市選用相應的配電網(wǎng)型式提供一點參考。

關鍵詞：10kV配電網(wǎng)結構模式

10kV配電網(wǎng)是城市供電的主要組成部分,包括10kV架空線路和10kV電纜線路。10kV架空線路包括直線網(wǎng)、內(nèi)環(huán)網(wǎng)、輻射形接線及三分段四聯(lián)絡等四種結構型式；10kV電纜線路包括輻射形接線、電纜單環(huán)網(wǎng)、備用電纜網(wǎng)及網(wǎng)群結構等四種。無論架空線路還是電纜線路,都有多種結構型式,城市配電網(wǎng)采用哪種結構型式,對城市供電的經(jīng)濟性、可靠性影響很大。目前,各個城市都有各自傳統(tǒng)或偏好的結構模式,業(yè)內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一標準。本文就城市10kV配電網(wǎng)中常見的結構型式進行經(jīng)濟技術分析和比較,為選定最優(yōu)結構模式提供參考。

1 直線網(wǎng)結構型式

直線網(wǎng)中的每條線路通過分段開關分為三段,分段開關和聯(lián)絡開關一般采用柱上真空開關。在正常運行方式下,直線網(wǎng)中的聯(lián)絡開關處于斷開位置,兩側線路由各自的變電站供電;當一側電源發(fā)生故障或停電檢修時,可合上聯(lián)絡開關為停電測線路供電。在目前技術條件下,還只能采用人工方式操作,實現(xiàn)配電自動化以后,可以遠方遙控開關操作,甚至由保護自動裝置自動操作。聯(lián)絡線路中的每條線路應采用供電能力相同或相近的導線,正常運行方式下線路負荷只能為導線載流量的50%,即線路運行率為50%。直線網(wǎng)具有結構清晰、供電能力強、供電可靠性高、主變備用容量少等諸多優(yōu)點,但和輻射形相比, 由于增加了聯(lián)絡開關,所以投資費用增加,導線運行率也較小。直線網(wǎng)結構型式在城市電網(wǎng)中應用較多,但在實施過程中,由于城市道路密集、變電站出線多, 究竟哪兩條線路實現(xiàn)直線網(wǎng)結構最合理,還需要從線路走徑、負荷大小及分布情況、線損大小、運行管理等多方面進行綜合比較,選擇最優(yōu)的“手拉手”方式,避免中壓線路交叉供電。

2 內(nèi)環(huán)網(wǎng)結構型式

內(nèi)環(huán)網(wǎng)接線方式和直線網(wǎng)類似,當其中一回線路出口開關故障時,可合上聯(lián)絡開關由正常線路為停電線路供電。內(nèi)環(huán)網(wǎng)具有結構清晰、供電能力強、供電可靠性較高等優(yōu)點,缺點是投資費用較高、導線運行率只有50%。和直線網(wǎng)不同的是,內(nèi)環(huán)網(wǎng)兩條線路的負荷轉移都在同一個變電站內(nèi),變壓器備用容量比直線網(wǎng)要大一些。內(nèi)環(huán)網(wǎng)接線在變電站停電時,負荷無法導出,造成線路全停,所以供電可靠性比直線網(wǎng)要差一些。內(nèi)環(huán)網(wǎng)接線多用于直線網(wǎng)無法實現(xiàn)的區(qū)域。

3 輻射形接線結構型式

輻射形接線是最簡單的結構型式。輻射形接線運行管理方便,投資少,當變電站停電時,線路會全停,只有等變電站恢復供電后, 線路才能正常供電,所以輻射形接線供電可靠性較低。輻射形主要用于城鄉(xiāng)結合部、郊區(qū)等區(qū)域,這些區(qū)域負荷密度低、缺乏電源點、重要用戶少,對供電可靠性要求不高。

4 三分段四聯(lián)絡結構型式

三分段四聯(lián)絡是架空線路中最復雜的結構型式。變電站10kV出線三分段,除了主供電源,線路還和四個電源點聯(lián)絡。線路上每個分段可由三個不同電源供電,即使失去兩個電源,仍然可以保證供電,供電可靠性達到“N-2”,比直線網(wǎng)要高。當主供電源停電時,線路各個分段可導至不同的電源供電,減少了線路的備用容量,線路運行率達到75%,和直線網(wǎng)、內(nèi)環(huán)網(wǎng)結構相比,大大提高了導線利用率。變電站主變的備用容量也較直線網(wǎng)少。可見,三分段四聯(lián)絡型式是架空線路中比較理想的配電網(wǎng)結構。但三分段四聯(lián)絡型式接線復雜,大大增加了檢修和運行難度, 僅靠人工操作不僅工作量大,操作時間長,還容易造成誤操作,現(xiàn)階段不適合采用三分段四聯(lián)絡型式。實現(xiàn)配電自動化后,對復雜網(wǎng)絡的操控能力大大增加,三分段四聯(lián)絡型式可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

目前,配電自動化技術還不太成熟,城市10kV架空線路網(wǎng)絡結構主要以直線網(wǎng)和內(nèi)環(huán)網(wǎng)為主。實現(xiàn)配電自動化后,架空配電網(wǎng)將過渡到三分段四聯(lián)絡結構型式。

5 輻射形接線

電纜輻射形接線和架空線輻射形接線一樣,和其他線路沒有聯(lián)絡,投資少、運行管理簡單,但供電可靠性差。輻射形電纜線路在城市電網(wǎng)中較少使用。

6 電纜單環(huán)網(wǎng)

電纜單環(huán)網(wǎng)相當于架空線路的直線網(wǎng)。電纜單環(huán)網(wǎng)以環(huán)網(wǎng)柜作為分段和聯(lián)絡設備,環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)使用真空斷路器或SF6斷路器,根據(jù)斷路器數(shù)量不同,環(huán)網(wǎng)柜分一進一出、一進二出和一進三出幾種型式,多余的出線可以接分支電纜線路,也可接用戶負荷。在正常運行方式下,單環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行, 聯(lián)絡開關處于斷位,當一側電源發(fā)生故障或停電檢修時,可合上聯(lián)絡開關為停電側線路供電。電纜單環(huán)網(wǎng)和直線網(wǎng)一樣具有結構清晰、供電能力強、供電可靠性高、主變備用容量少等優(yōu)點, 但投資費用較輻射線路高,線路運行率只有50%。

7 網(wǎng)群結構

網(wǎng)群結構相當于架空線路的三分段四聯(lián)絡。變電站出線通過環(huán)網(wǎng)柜分為三段,每一段通過開關和另外兩個電源點相聯(lián),供電可靠性達到“N-2”,線路的運行率達到75%,遠遠超過單環(huán)網(wǎng)。但網(wǎng)群結構接線復雜,運行管理較難,只有配合配電網(wǎng)自動化系統(tǒng),才能發(fā)揮其優(yōu)勢。

8 備用電纜網(wǎng)

為提高線纜運行率,可采用一根備用電纜作為多根環(huán)網(wǎng)電纜的事故備用,使環(huán)網(wǎng)電纜的運行率提高到近100%。同一個變電站的多條電纜線路末端匯聚到開閉所,正常時各條出線滿負荷運行,備用電纜空載運行。當某電纜線路發(fā)生故障時,故障段兩測開關斷開,變電站通過備用線路向故障線路正常段供電,這就是備用電纜網(wǎng)。備用電纜網(wǎng)結構比較清晰,供電可靠性高,線路運行率高,但需要建設開閉所,投資較大。

9 建議

目前,國內(nèi)城市配電網(wǎng)發(fā)展水平參差不齊。配電網(wǎng)中究竟選用哪種結構型式,應從城市的綜合實力和實際需要出發(fā),結合城市的長遠規(guī)劃統(tǒng)一考慮。一般中等城市配電網(wǎng)以架空線為主,并優(yōu)先采用直線網(wǎng)和內(nèi)環(huán)網(wǎng)結構型式。在市郊采用輻射形線路,當負荷增長、加入新的高壓變電站后,原來的輻射線路應改造為直線網(wǎng)或內(nèi)環(huán)網(wǎng)結構。現(xiàn)階段暫不采用三分段四聯(lián)絡結構型式。在市中心或比較繁華的路段,可采用電力電纜線路供電,并推薦采用單環(huán)網(wǎng)結構,當單環(huán)網(wǎng)供電能力不能滿足負荷需求時,可采用多個單環(huán)網(wǎng)供電。備用電纜網(wǎng)可在特定的條件下采用,現(xiàn)階段不推薦采用網(wǎng)群結構。