电力系统配电线路设计关键技术分析

温州华电实业有限公司 林 昊

关键字：电力系统；10kV配电线路；关键技术；设计

1 引言

配电线路在电力系统的运行过程中发挥着重要的作用，对配电线路设计技术的熟练掌握能够为电力企业经济建设发展带来促进的作用。因此，对配电线路设计的优化非常关键，通过提高配电线路设计的技术水平，能够改善配电线路的可靠性，为供电持续性与稳定性提供保障。

2 电力系统配电线路设计的意义

对于电力系统的正常运行而言，其配电线路起到的作用较大。一般根据作用的不同，配电线路分为多种不同形式，如35kV 配电线路，主要运用在远距离配电方面；10kV 配电线路，主要运用在电网及用户连接中。在整个电力系统运行和电力输送过程中，10kV 配电线路作为最后一道程序，在电力系统中起到至关重要的作用和效果。通常而言，在电力运行过程中，由于配电线路比较长，覆盖面积较大，加之电力设备性能以及其他不可确定性因素的干扰和影响，使得10kV 配电电路运行难免会存在一些故障和缺陷，给电力系统的稳定可靠运行造成一定程度的影响。因此，要想从根本上上解决这些故障和缺陷问题，首先必须要强化对于10kV 配电线路的设计与管理，严格按照规范设计流程实施操作，同时结合实际的线路运行情况选择与之相匹配的电力设备，为10kV 配电线路的稳定运行奠定基础。

3 10kV 配电线路设计现状以及故障原因分析

3.1 现状分析

对于10kV 配电线路设计而言，其作为一项重要的前期工作，影响着后续系统运行的可靠性。但是在实际进行线路设计中，由于整体工作内容复杂繁琐，对于设计人员的专业素质要求极高，并且线路设计过程中可能面临一系列的问题和隐患，需要人员及时做出方案的调整和优化，以确保10kV 配电线路正常有效运行。但是在实际开展设计工作中，很多设计人员并不具备足够高的素质水平，在实际开展设计工作中也无法综合考量多方面因素对线路设计造成的干扰，最终限制了配电线路设计水平的提升。除此之外，在实际开展10kV 配电线路设计中还需要进一步强化监督和管理，如此可以进一步提升线路设计质量，但是很多电力企业对此没有给予高度的重视，线路设计过程总监管工作流于形式，很多故障和隐患未能及时有效地发现，埋下了一系列的安全风险隐患，给线路设计质量造成影响的同时，也对整个电力系统运行可靠性造成干扰。

3.2 故障原因

3.2.1 内部原因

10kV 配电线路设计过程中的故障内在诱因存在以下几点：第一，线路使用不合理。当前，社会发展对于电力系统供配电提出了更加严格的要求，但是实际开展线路设计中由于配电线路质量存在很大的差异，如果没有进行有效的试验评价，势必会导致配电线路设计质量存在隐患。与此同时，配电线路长期运行缺乏定期的维护和管理，很多接头老化的问题得不到及时控制，导致严重的短路故障。

第二，线路设计不规范[1]。在实际开展10kV 配电线路设计工作中，需要严格按照规范流程执行操作，一旦中途出现不规范、不合理的设计问题，会使得线路运行出现超负荷的情况，严重的会由于电流过大而出现线路损坏。例如，在线路档距设计中，如果档距参数设置过大，此时会造成导线下垂弧度增加，从而埋下了一系列的安全风险隐患。

第三，基础设施不完善。通常而言，在10kV 配电线路设计过程中会涉及大量的电力设备以及基础设施，这些设备设施安装不完善，极有可能对后续线路设计质量造成干扰。例如，10kV 配电线路中避雷设备可以有效防止雷电对线路造成的干扰，但是实际当中避雷设备安装不合理，实际的防雷效果难以正常有序发挥，后续很有可能由于雷电的影响而出现线路故障问题，增加了维修成本的同时，也给用户的正常用电造成严重的影响。

3.2.2 外部原因

从外部自然因素方面考虑，很多配电线路处于复杂的野外环境下运行，受到区域气候等自然因素影响和干扰比较大，例如雷电、暴雨、强降雪等天气，长期运行会导致线路质量受到影响。尤其是对于沙漠等炎热干燥的区域来说，配电线路长期运行会出现老化问题，如果维修和管理不到位很有可能出现线路自燃问题。不仅如此，很多配电线路设计过程中存在人为操作失误等问题，这也会导致线路出现故障隐患[2]。在实际遇到配电线路故障问题时，电力工作人员无法第一时间进行规范化的处理，或者处理方式不正确，难以起到实质性的维修效果，同时也会威胁自身的生命安全。除此之外，现代化城市建设中一些建筑或地下设施项目的开展，会对地下配电线路产生一定程度的破坏，虽然施工过程中大都会进行有效的防护处理，但是仍然会威胁线路运行的稳定性和可靠性。

4 10kV 配电线路设计关键技术分析

4.1 机电设计

对于10kV 配电线路机电设计通常涉及内容复杂烦琐，其中每一个单独的设计内容所侧重的要点存在很大的差异，所以实际当中需要对此给予一定的重视。文章主要从以下气象条件、线路选型、组装以及防震设计等四个层面，就10kV 配电线路机电设计关键技术要点进行有效分析。

4.1.1 气象条件

10kV 配电线路机电设计中对于气象条件因素的把控虽然不是最高的，但是仍然需要引起重视。在线路实际运行过程中，由于传输距离长、覆盖面积广，加之沿途环境等不可控因素的干扰，实际的线路运行很可能受到区域气象条件的影响而降低供电可靠性。因此，在实际进行线路机电设计中，要重点对于气象条件因素进行提前明确和控制，例如区域最大风速、最高以及最低温度等等，结合调查研究结果，选择最佳的区域实施配电线路机电设计，为确保线路安全有效运行奠定坚实基础。

4.1.2 导线选型

在实际进行导线选型设计中，要严格结合10kV配电线路设计方案进行操作，同时根据电力系统的设计规范对导线型号、规格等参数进行明确，选型完成后为了进一步确保其性能符合既定标准，通常需要进行实际验证分析，以保证导线电气方面的特性有效发挥[3]。除此之外，在后续要对导线选择的型号、规格以及其他参数进行有效标注，导线最大使用应力标注以及导线力学曲线等也需要提供准确的说明，目的是让导向在实际线路设计中发挥出理想的功能优势。

4.1.3 线路组装

对于10kV 配电线路结构而言，其在杆塔、绝缘子以及导线型号等方面存在很大的差异，实际进行线路组装如果不够规范合理，会导致10kV 配电线路运行效果大幅降低，同时也会对电力系统运行稳定性造成影响。因此，在实际进行线路组装过程中，要对各部件的基本参数进行有效掌握，包括张力、荷载以及其他指标等，结合参数信息数据，在综合性分析研究后进行线路组装操作，如此可以确保后续线路运行的可靠性。例如，在交通要道位置进行线路组装，此时需要采用双串绝缘子，实际的效果会更加理想[4]。

4.1.4 导线防震设计

10kV 配线线路运行过程中通常会受到风雨雷电等自然气候因素的干扰和影响，由于增加线路振动而导致线路出现损坏或其他故障问题，大幅增加了后续的维修成本，因此在前期设计中要强化导线的设计管理，特别是抗震设计水平要进一步提升。在实际开展设计工作中，要对导向运行的最大使用应力、气候条件以及安全稳定系数等指标进行考虑，同时结合区域实际的自然情况，进行有针对性的导线设计优化，降低10kV 线路故障出现的概率。

4.2 杆塔选型设计

4.2.1 选型参数选取

在对10kV 杆塔选型设计中，其受力计算和分析十分关键，对于线路运行可靠性影响甚大。目前，设计单位对于杆塔选型参数的选取原则存在很大差异，比如风压高度变化系数在《建筑结构荷载规范》和《工业与民用供配电设计手册（第四版）》中的取值标准就存在较大的差异性[5]，所以在实际进行10kV 配电线路设计中，如何就杆塔选型参数指标进行确定，需要给予足够重视。本次研究中，结合最新出台的规范标准，坚持适用性、安全性等原则实施选型设计，最终实现杆塔参数的统一。

4.2.2 导线风荷载及电杆风荷载参数的选取

10kV 配电线路中导线自身风荷载标准计算公式如下：

上述公式中，a 代表的是风压不均匀系数，根据《电网公司配电线路防风设计技术规范》表取值0.9；W0=V2/1600kN/m2,表示基本风压的标准值参数；μs代表的是导线风荷载体系系数值，当配电线路中线径参数超过17mm 后，其取值为1.1；d 代表的是导线的外径参数；LP代表的是水平方向档距大小。

10kV 配电线路中杆塔自身风荷载标准计算公式如下：

上述公式中，β 代表的是风振系数大小，结合GB50061-2010《66kV 及以下架空电力线路设计规范》表取值为1；μs代表的是风荷载体形参数，对于环形混凝土材质的杆塔而言，取值为0.7；μz代表的是风压高度变化系数，结合相关规范标准取值为0.74；Α 代表的是杆塔结构构件中迎风面所形成的投影面积参数，即S=[(稍径+底径)×高度]/2；W0=V2/1600kN/m2,表示基本风压的标准值参数。

4.3 防雷设计

针对于60kV 以下的电压等级电网而言，其一般采用中性点非直接接地的方式进行处理，由于本身的接地电流数值比较小，在雷电天气一相绝缘闪络后电弧可以很快实现自熄，此时不会引起线路跳闸事故，确保线路运行的安全性和稳定性。而当出现两相绝缘闪络时，线路间会出现短路故障，导致出现跳闸的故障，最终影响到线路供电的稳定性。详细如图1所示。

图1 10kV 配电线路感应雷放电特性示意图

图1表示10kV 配电线路运行过程中区域大地形成的感应雷过电压情况，其中S 表示雷击点到10kV配电线路的水平距离，ABC 在这种情况下会同时产生感应电压。而当A 和B 两相产生的感应过电压超过绝缘子串冲击电压耐受值标准以后，会出现闪络而形成相间短路故障，进而出现跳闸问题。当ABC三相感应过电压大于绝缘子串冲击电压的耐受值标准后，会因为三相短路而出现严重的断路器跳闸问题，对于10kV 配电线路的稳定性运行造成巨大影响和干扰。

相关规定中，雷击大地时在配电线路中产生的感应过电压大小计算公式如下：

当雷击点距离10kV 配电线路水平距离≤65m时，此时通常不会对杆塔和线路造成威胁，因此可以将该范围参数定义为10kV 配电线路发生感应雷过电压的最短距离，即控制S ≥65m，可以实现有效的10kV 配电线路防雷设计效果。由此可知，10kV 配电线路产生感应雷过电压雷电流幅值需要满足以下的临界要点：

上述公式中，IO代表10kV 配电线路上产生的感应雷过电压的雷电流的临界幅值；hc代表的是平均高度参数；U50%代表的是配电线路绝缘子串冲击闪络电压。当雷电流幅值达到I 时，此时对于10kV配电线路产生的感应雷过电压最大距离需要满足以下要求：

结合上述计算和分析，最终得出10kV 配电线路感应雷击跳闸频率公式如下：

上述公式中，ρ（I）代表的是雷电流幅值概率密度函数，据相关规范标准要求如下，即1gP=-I/88。在实际当中结合各项参数计算10kV配电线路感应雷击跳闸频率参数，然后根据结果作出有效的调整和处理，确保线路整体防雷效果的充分发挥，最终提升电力运输的稳定性。

5 结语

综上所述，随着电力工程产业的飞速发展，人民群众对供电持续性和可靠性的要求也越来越高，要想保证电力企业的稳定发展，就必须要加强对10kV 配电线路设计的技术要点研究，严格遵守国家的有关规定，确保电力工程的顺利进行，为提高电力企业的经济效益和社会效益提供保障。