浅谈城市10kV配电网最优结构模式的选择

朴青松 池贤

摘要:文中对城市配电网中常见的八种网络结构型式进行了较为全面的分析，为不同城市选用相应的配电网型式提供一点参考。

关键词：10kV配电网结构模式

10kV配电网是城市供电的主要组成部分,包括10kV架空线路和10kV电缆线路。10kV架空线路包括直线网、内环网、辐射形接线及三分段四联络等四种结构型式；10kV电缆线路包括辐射形接线、电缆单环网、备用电缆网及网群结构等四种。无论架空线路还是电缆线路,都有多种结构型式,城市配电网采用哪种结构型式,对城市供电的经济性、可靠性影响很大。目前,各个城市都有各自传统或偏好的结构模式,业内还没有形成统一标准。本文就城市10kV配电网中常见的结构型式进行经济技术分析和比较,为选定最优结构模式提供参考。

1 直线网结构型式

直线网中的每条线路通过分段开关分为三段,分段开关和联络开关一般采用柱上真空开关。在正常运行方式下,直线网中的联络开关处于断开位置,两侧线路由各自的变电站供电;当一侧电源发生故障或停电检修时,可合上联络开关为停电测线路供电。在目前技术条件下,还只能采用人工方式操作,实现配电自动化以后,可以远方遥控开关操作,甚至由保护自动装置自动操作。联络线路中的每条线路应采用供电能力相同或相近的导线,正常运行方式下线路负荷只能为导线载流量的50%,即线路运行率为50%。直线网具有结构清晰、供电能力强、供电可靠性高、主变备用容量少等诸多优点,但和辐射形相比, 由于增加了联络开关,所以投资费用增加,导线运行率也较小。直线网结构型式在城市电网中应用较多,但在实施过程中,由于城市道路密集、变电站出线多, 究竟哪两条线路实现直线网结构最合理,还需要从线路走径、负荷大小及分布情况、线损大小、运行管理等多方面进行综合比较,选择最优的“手拉手”方式,避免中压线路交叉供电。

2 内环网结构型式

内环网接线方式和直线网类似,当其中一回线路出口开关故障时,可合上联络开关由正常线路为停电线路供电。内环网具有结构清晰、供电能力强、供电可靠性较高等优点,缺点是投资费用较高、导线运行率只有50%。和直线网不同的是,内环网两条线路的负荷转移都在同一个变电站内,变压器备用容量比直线网要大一些。内环网接线在变电站停电时,负荷无法导出,造成线路全停,所以供电可靠性比直线网要差一些。内环网接线多用于直线网无法实现的区域。

3 辐射形接线结构型式

辐射形接线是最简单的结构型式。辐射形接线运行管理方便,投资少,当变电站停电时,线路会全停,只有等变电站恢复供电后, 线路才能正常供电,所以辐射形接线供电可靠性较低。辐射形主要用于城乡结合部、郊区等区域,这些区域负荷密度低、缺乏电源点、重要用户少,对供电可靠性要求不高。

4 三分段四联络结构型式

三分段四联络是架空线路中最复杂的结构型式。变电站10kV出线三分段,除了主供电源,线路还和四个电源点联络。线路上每个分段可由三个不同电源供电,即使失去两个电源,仍然可以保证供电,供电可靠性达到“N-2”,比直线网要高。当主供电源停电时,线路各个分段可导至不同的电源供电,减少了线路的备用容量,线路运行率达到75%,和直线网、内环网结构相比,大大提高了导线利用率。变电站主变的备用容量也较直线网少。可见,三分段四联络型式是架空线路中比较理想的配电网结构。但三分段四联络型式接线复杂,大大增加了检修和运行难度, 仅靠人工操作不仅工作量大,操作时间长,还容易造成误操作,现阶段不适合采用三分段四联络型式。实现配电自动化后,对复杂网络的操控能力大大增加,三分段四联络型式可以充分发挥其优势。

目前,配电自动化技术还不太成熟,城市10kV架空线路网络结构主要以直线网和内环网为主。实现配电自动化后,架空配电网将过渡到三分段四联络结构型式。

5 辐射形接线

电缆辐射形接线和架空线辐射形接线一样,和其他线路没有联络,投资少、运行管理简单,但供电可靠性差。辐射形电缆线路在城市电网中较少使用。

6 电缆单环网

电缆单环网相当于架空线路的直线网。电缆单环网以环网柜作为分段和联络设备,环网柜内使用真空断路器或SF6断路器,根据断路器数量不同,环网柜分一进一出、一进二出和一进三出几种型式,多余的出线可以接分支电缆线路,也可接用户负荷。在正常运行方式下,单环网开环运行, 联络开关处于断位,当一侧电源发生故障或停电检修时,可合上联络开关为停电侧线路供电。电缆单环网和直线网一样具有结构清晰、供电能力强、供电可靠性高、主变备用容量少等优点, 但投资费用较辐射线路高,线路运行率只有50%。

7 网群结构

网群结构相当于架空线路的三分段四联络。变电站出线通过环网柜分为三段,每一段通过开关和另外两个电源点相联,供电可靠性达到“N-2”,线路的运行率达到75%,远远超过单环网。但网群结构接线复杂,运行管理较难,只有配合配电网自动化系统,才能发挥其优势。

8 备用电缆网

为提高线缆运行率,可采用一根备用电缆作为多根环网电缆的事故备用,使环网电缆的运行率提高到近100%。同一个变电站的多条电缆线路末端汇聚到开闭所,正常时各条出线满负荷运行,备用电缆空载运行。当某电缆线路发生故障时,故障段两测开关断开,变电站通过备用线路向故障线路正常段供电,这就是备用电缆网。备用电缆网结构比较清晰,供电可靠性高,线路运行率高,但需要建设开闭所,投资较大。

9 建议

目前,国内城市配电网发展水平参差不齐。配电网中究竟选用哪种结构型式,应从城市的综合实力和实际需要出发,结合城市的长远规划统一考虑。一般中等城市配电网以架空线为主,并优先采用直线网和内環网结构型式。在市郊采用辐射形线路,当负荷增长、加入新的高压变电站后,原来的辐射线路应改造为直线网或内环网结构。现阶段暂不采用三分段四联络结构型式。在市中心或比较繁华的路段,可采用电力电缆线路供电,并推荐采用单环网结构,当单环网供电能力不能满足负荷需求时,可采用多个单环网供电。备用电缆网可在特定的条件下采用,现阶段不推荐采用网群结构。