電力系統配電線路設計關鍵技術分析

溫州華電實業有限公司 林 昊

關鍵字：電力系統；10kV配電線路；關鍵技術；設計

1 引言

配電線路在電力系統的運行過程中發揮著重要的作用，對配電線路設計技術的熟練掌握能夠為電力企業經濟建設發展帶來促進的作用。因此，對配電線路設計的優化非常關鍵，通過提高配電線路設計的技術水平，能夠改善配電線路的可靠性，為供電持續性與穩定性提供保障。

2 電力系統配電線路設計的意義

對于電力系統的正常運行而言，其配電線路起到的作用較大。一般根據作用的不同，配電線路分為多種不同形式，如35kV 配電線路，主要運用在遠距離配電方面；10kV 配電線路，主要運用在電網及用戶連接中。在整個電力系統運行和電力輸送過程中，10kV 配電線路作為最后一道程序，在電力系統中起到至關重要的作用和效果。通常而言，在電力運行過程中，由于配電線路比較長，覆蓋面積較大，加之電力設備性能以及其他不可確定性因素的干擾和影響，使得10kV 配電電路運行難免會存在一些故障和缺陷，給電力系統的穩定可靠運行造成一定程度的影響。因此，要想從根本上上解決這些故障和缺陷問題，首先必須要強化對于10kV 配電線路的設計與管理，嚴格按照規范設計流程實施操作，同時結合實際的線路運行情況選擇與之相匹配的電力設備，為10kV 配電線路的穩定運行奠定基礎。

3 10kV 配電線路設計現狀以及故障原因分析

3.1 現狀分析

對于10kV 配電線路設計而言，其作為一項重要的前期工作，影響著后續系統運行的可靠性。但是在實際進行線路設計中，由于整體工作內容復雜繁瑣，對于設計人員的專業素質要求極高，并且線路設計過程中可能面臨一系列的問題和隱患，需要人員及時做出方案的調整和優化，以確保10kV 配電線路正常有效運行。但是在實際開展設計工作中，很多設計人員并不具備足夠高的素質水平，在實際開展設計工作中也無法綜合考量多方面因素對線路設計造成的干擾，最終限制了配電線路設計水平的提升。除此之外，在實際開展10kV 配電線路設計中還需要進一步強化監督和管理，如此可以進一步提升線路設計質量，但是很多電力企業對此沒有給予高度的重視，線路設計過程總監管工作流于形式，很多故障和隱患未能及時有效地發現，埋下了一系列的安全風險隱患，給線路設計質量造成影響的同時，也對整個電力系統運行可靠性造成干擾。

3.2 故障原因

3.2.1 內部原因

10kV 配電線路設計過程中的故障內在誘因存在以下幾點：第一，線路使用不合理。當前，社會發展對于電力系統供配電提出了更加嚴格的要求，但是實際開展線路設計中由于配電線路質量存在很大的差異，如果沒有進行有效的試驗評價，勢必會導致配電線路設計質量存在隱患。與此同時，配電線路長期運行缺乏定期的維護和管理，很多接頭老化的問題得不到及時控制，導致嚴重的短路故障。

第二，線路設計不規范[1]。在實際開展10kV 配電線路設計工作中，需要嚴格按照規范流程執行操作，一旦中途出現不規范、不合理的設計問題，會使得線路運行出現超負荷的情況，嚴重的會由于電流過大而出現線路損壞。例如，在線路檔距設計中，如果檔距參數設置過大，此時會造成導線下垂弧度增加，從而埋下了一系列的安全風險隱患。

第三，基礎設施不完善。通常而言，在10kV 配電線路設計過程中會涉及大量的電力設備以及基礎設施，這些設備設施安裝不完善，極有可能對后續線路設計質量造成干擾。例如，10kV 配電線路中避雷設備可以有效防止雷電對線路造成的干擾，但是實際當中避雷設備安裝不合理，實際的防雷效果難以正常有序發揮，后續很有可能由于雷電的影響而出現線路故障問題，增加了維修成本的同時，也給用戶的正常用電造成嚴重的影響。

3.2.2 外部原因

從外部自然因素方面考慮，很多配電線路處于復雜的野外環境下運行，受到區域氣候等自然因素影響和干擾比較大，例如雷電、暴雨、強降雪等天氣，長期運行會導致線路質量受到影響。尤其是對于沙漠等炎熱干燥的區域來說，配電線路長期運行會出現老化問題，如果維修和管理不到位很有可能出現線路自燃問題。不僅如此，很多配電線路設計過程中存在人為操作失誤等問題，這也會導致線路出現故障隱患[2]。在實際遇到配電線路故障問題時，電力工作人員無法第一時間進行規范化的處理，或者處理方式不正確，難以起到實質性的維修效果，同時也會威脅自身的生命安全。除此之外，現代化城市建設中一些建筑或地下設施項目的開展，會對地下配電線路產生一定程度的破壞，雖然施工過程中大都會進行有效的防護處理，但是仍然會威脅線路運行的穩定性和可靠性。

4 10kV 配電線路設計關鍵技術分析

4.1 機電設計

對于10kV 配電線路機電設計通常涉及內容復雜煩瑣，其中每一個單獨的設計內容所側重的要點存在很大的差異，所以實際當中需要對此給予一定的重視。文章主要從以下氣象條件、線路選型、組裝以及防震設計等四個層面，就10kV 配電線路機電設計關鍵技術要點進行有效分析。

4.1.1 氣象條件

10kV 配電線路機電設計中對于氣象條件因素的把控雖然不是最高的，但是仍然需要引起重視。在線路實際運行過程中，由于傳輸距離長、覆蓋面積廣，加之沿途環境等不可控因素的干擾，實際的線路運行很可能受到區域氣象條件的影響而降低供電可靠性。因此，在實際進行線路機電設計中，要重點對于氣象條件因素進行提前明確和控制，例如區域最大風速、最高以及最低溫度等等，結合調查研究結果，選擇最佳的區域實施配電線路機電設計，為確保線路安全有效運行奠定堅實基礎。

4.1.2 導線選型

在實際進行導線選型設計中，要嚴格結合10kV配電線路設計方案進行操作，同時根據電力系統的設計規范對導線型號、規格等參數進行明確，選型完成后為了進一步確保其性能符合既定標準，通常需要進行實際驗證分析，以保證導線電氣方面的特性有效發揮[3]。除此之外，在后續要對導線選擇的型號、規格以及其他參數進行有效標注，導線最大使用應力標注以及導線力學曲線等也需要提供準確的說明，目的是讓導向在實際線路設計中發揮出理想的功能優勢。

4.1.3 線路組裝

對于10kV 配電線路結構而言，其在桿塔、絕緣子以及導線型號等方面存在很大的差異，實際進行線路組裝如果不夠規范合理，會導致10kV 配電線路運行效果大幅降低，同時也會對電力系統運行穩定性造成影響。因此，在實際進行線路組裝過程中，要對各部件的基本參數進行有效掌握，包括張力、荷載以及其他指標等，結合參數信息數據，在綜合性分析研究后進行線路組裝操作，如此可以確保后續線路運行的可靠性。例如，在交通要道位置進行線路組裝，此時需要采用雙串絕緣子，實際的效果會更加理想[4]。

4.1.4 導線防震設計

10kV 配線線路運行過程中通常會受到風雨雷電等自然氣候因素的干擾和影響，由于增加線路振動而導致線路出現損壞或其他故障問題，大幅增加了后續的維修成本，因此在前期設計中要強化導線的設計管理，特別是抗震設計水平要進一步提升。在實際開展設計工作中，要對導向運行的最大使用應力、氣候條件以及安全穩定系數等指標進行考慮，同時結合區域實際的自然情況，進行有針對性的導線設計優化，降低10kV 線路故障出現的概率。

4.2 桿塔選型設計

4.2.1 選型參數選取

在對10kV 桿塔選型設計中，其受力計算和分析十分關鍵，對于線路運行可靠性影響甚大。目前，設計單位對于桿塔選型參數的選取原則存在很大差異，比如風壓高度變化系數在《建筑結構荷載規范》和《工業與民用供配電設計手冊（第四版）》中的取值標準就存在較大的差異性[5]，所以在實際進行10kV 配電線路設計中，如何就桿塔選型參數指標進行確定，需要給予足夠重視。本次研究中，結合最新出臺的規范標準，堅持適用性、安全性等原則實施選型設計，最終實現桿塔參數的統一。

4.2.2 導線風荷載及電桿風荷載參數的選取

10kV 配電線路中導線自身風荷載標準計算公式如下：

上述公式中，a 代表的是風壓不均勻系數，根據《電網公司配電線路防風設計技術規范》表取值0.9；W0=V2/1600kN/m2,表示基本風壓的標準值參數；μs代表的是導線風荷載體系系數值，當配電線路中線徑參數超過17mm 后，其取值為1.1；d 代表的是導線的外徑參數；LP代表的是水平方向檔距大小。

10kV 配電線路中桿塔自身風荷載標準計算公式如下：

上述公式中，β 代表的是風振系數大小，結合GB50061-2010《66kV 及以下架空電力線路設計規范》表取值為1；μs代表的是風荷載體形參數，對于環形混凝土材質的桿塔而言，取值為0.7；μz代表的是風壓高度變化系數，結合相關規范標準取值為0.74；Α 代表的是桿塔結構構件中迎風面所形成的投影面積參數，即S=[(稍徑+底徑)×高度]/2；W0=V2/1600kN/m2,表示基本風壓的標準值參數。

4.3 防雷設計

針對于60kV 以下的電壓等級電網而言，其一般采用中性點非直接接地的方式進行處理，由于本身的接地電流數值比較小，在雷電天氣一相絕緣閃絡后電弧可以很快實現自熄，此時不會引起線路跳閘事故，確保線路運行的安全性和穩定性。而當出現兩相絕緣閃絡時，線路間會出現短路故障，導致出現跳閘的故障，最終影響到線路供電的穩定性。詳細如圖1所示。

圖1 10kV 配電線路感應雷放電特性示意圖

圖1表示10kV 配電線路運行過程中區域大地形成的感應雷過電壓情況，其中S 表示雷擊點到10kV配電線路的水平距離，ABC 在這種情況下會同時產生感應電壓。而當A 和B 兩相產生的感應過電壓超過絕緣子串沖擊電壓耐受值標準以后，會出現閃絡而形成相間短路故障，進而出現跳閘問題。當ABC三相感應過電壓大于絕緣子串沖擊電壓的耐受值標準后，會因為三相短路而出現嚴重的斷路器跳閘問題，對于10kV 配電線路的穩定性運行造成巨大影響和干擾。

相關規定中，雷擊大地時在配電線路中產生的感應過電壓大小計算公式如下：

當雷擊點距離10kV 配電線路水平距離≤65m時，此時通常不會對桿塔和線路造成威脅，因此可以將該范圍參數定義為10kV 配電線路發生感應雷過電壓的最短距離，即控制S ≥65m，可以實現有效的10kV 配電線路防雷設計效果。由此可知，10kV 配電線路產生感應雷過電壓雷電流幅值需要滿足以下的臨界要點：

上述公式中，IO代表10kV 配電線路上產生的感應雷過電壓的雷電流的臨界幅值；hc代表的是平均高度參數；U50%代表的是配電線路絕緣子串沖擊閃絡電壓。當雷電流幅值達到I 時，此時對于10kV配電線路產生的感應雷過電壓最大距離需要滿足以下要求：

結合上述計算和分析，最終得出10kV 配電線路感應雷擊跳閘頻率公式如下：

上述公式中，ρ（I）代表的是雷電流幅值概率密度函數，據相關規范標準要求如下，即1gP=-I/88。在實際當中結合各項參數計算10kV配電線路感應雷擊跳閘頻率參數，然后根據結果作出有效的調整和處理，確保線路整體防雷效果的充分發揮，最終提升電力運輸的穩定性。

5 結語

綜上所述，隨著電力工程產業的飛速發展，人民群眾對供電持續性和可靠性的要求也越來越高，要想保證電力企業的穩定發展，就必須要加強對10kV 配電線路設計的技術要點研究，嚴格遵守國家的有關規定，確保電力工程的順利進行，為提高電力企業的經濟效益和社會效益提供保障。