10kV配电网设备安全运行中存在的问题与防范措施

杨思群

福建省宁德市霞浦县下浒镇下浒镇供电所

摘 要：  基于 k (N-1 + 1)安全准则，提出了一组改进的10kv 配电网接线模型安全指标。这些指标不仅适用于描述径向连接方式的安全性，而且适用于环形连接方式，如“ N-1”连接、次连接、4 × 6连接等。其中，故障严重程度指标反映了所有可能发生的支路故障对配电系统的不利影响，而接线方式安全程度指标则考虑了故障严重程度、故障后恢复供电情况等因素，用以反映接线方式的整体安全性。通过对10kv 配电系统典型接线方式的分析计算，验证了这些改进的安全指标具有一定的实用价值。

关键词：10kV配电网 设备安全 优化提升

引言

配电网作为电力系统的终端，向各配电站和各类电力负荷供电，对用户的影响最为直接。近年来，配电网在现代生产和生活中的重要性日益突出，越来越多的注意力从输电网络转向配电网络。因此，分销网络的安全分析已经成为一个非常重要的问题 。配电网具有低电压、动态元件少、负荷低、闭环设计、开环运行等不同于输电网络的特点，因此其安全性分析不能机械地采用N-1安全标准 。 在此基础上，给出了故障严重程度指标、网络结构强度指标和系统整体安全指标，并进行了详细的定量分析。但是它们没有全面考虑配电网的故障，而且仅适用于径向接线，对环形接线方式的适用性有限。

通过对文献[1]中安全指标的研究，提出了一组改进的安全指标，并将其应用于10kV 配电网的典型接线方式，进一步完善了环式接线的评价标准。此外，对几种典型的环形连接方式进行了建模，并对其进行了详细的具体计算和分析。

1. 配电网安全指标的改进

1.1 配电网安全分析中的 k (N-1 + 1)安全标准

根据配电网的特点，如闭环设计、开环运行、大量的分段开关和分段开关等，首次提出了 N-1 + 1准则(当一个支路由于故障而被切断时，需要一个分段开关关闭来恢复电源，即断开一个分段开关关闭一个分段开关) ，在此基础上提出了 k (N-1 + 1)准则，即在故障切除后，可以关闭一些分段开关，形成几种不同的满足电气要求的网络结构，从而有多种方案来恢复供电。

配电网中每一种可能的故障都有一个对应的 k 值。如果 k = 0，一旦发生故障，在非故障区域不能恢复供电，必须错过一些负载，从而导致停电。这样的事故发生的越少，安全性就越高。对应于最多故障的 k 值应大于零。N-1 + 1准则保证了配电系统的可靠性，而在 k (N-1 + 1)准则下，当 k > 1时，系统将有一个最优的恢复供电方案，使系统在故障后能经济可靠地工作。在此基础上，对文献[1]中提出的安全指标——故障严重程度指标和连接方式安全指标进行了进一步改进，提出了一组改进的安全指标。

1.2 故障严重程度指数

当配电网发生故障时，存在用户负载损失。然而，如果连接合理(k > 0) ，将有一个最佳的恢复供应方案，以确保最小的停电用户和最小的负荷损失，甚至没有用户负荷错过。由于配电网中分段开关数量巨大，其故障分析一般从线路故障和开关故障两方面进行。此外，由于配电网的安全性一般只考虑静态安全性分析，故障后需要一段时间才能清楚地反映故障的严重程度，因此需要一个安全性评估周期。故障严重程度指标反映了各种可能的故障对系统电力和用户造成的不利影响的平均值。为了获得故障的严重程度指标，必须首先设置一系列基本指标。

其一是故障后的能量损失率，假设 代表评估周期(例如一年) ， 代表电路支路长度， 代表支路数， 代表线路故障率， 代表区段开关故障率， 和 分别代表线路故障和区段开关故障的平均修复时间, 代表每个分支的截面开关数(通常为1) ， 代表故障后丢失负载的用户数， 代表系统中的用户总数， 代表用户等级( ，较大的 γ 表示用户的供电优先级较高)，如下式：

其二是故障后的功率损失率，其中 和 分别反映了电厂1号机组的负荷损失容量和损失等级。 和 分别显示了1号机的容量和等级。系统中的 j 用户。F 表示故障后的表观功率损失， 表示评估周期内的系统表观功率，故障后的能量损失率从能量损失的角度描述了评估周期内故障所产生的不利影响。简化后的 为：

2. 配电网典型接线模型

目前，10kV 配电网的典型接线方式一般分为4个系列: 径向接线系列、“ N-1”系列、次联络系列和4 × 6系列，后三个系列均属于环形接线方式。由于径向连接系列的可靠性低、传递能力弱，在大多数地方已逐渐被环形连接方式所取代。本文建立了三种典型的环式连接模型，并利用上述指标对其进行了计算和分析。

“3-1”连接模型如图1所示，二子2连接模型如图2所示，4 × 6网络模型如图3所示，这些图中的虚线代表有连接开关的分支。假设每个负载点的用户数在2-6之间，随机访问时用户容量在10-100kVA 之间，用户等级在0-1之间，同一点的所有用户等级相同。假设每个支路为电缆线路，线路故障率

= 0.03倍/km × year，平均线路维修时间 = 6h，断面开关故障率 = 0.25倍/年，平均开关维修时间 = 3h。

图 1 “3-1”连接模式

图 2 联络连接模型

图 3 4 × 6网络模型

评估结果显示，两个子2联络连接模型的安全性最高，4 × 6网络连接的安全性低于“3-1”连接模型，因此符合实际情况。然而，由于4 × 6网络连接中大多数故障支路不相互影响，因此其可靠性最高，满足 N-2安全标准，而2个次2联络连接不满足 N-2标准，可靠性较低。当然，每个电源的出线也越来越多，其负荷加权为4 × 6网络模型。在电力和用户分布相同的情况下，两个子2联络接线运行更稳定、安全，故障时对整个电力系统的不利影响更小。除了这三种接线方式外，本文还建立了其它典型10kV 配电网接线方式的模型，进行了详细的分析计算。 结论表明，在相同条件下，由低到高的整体安全性可以通过径向连接系列、4 × 6系列、“ N-1”系列和次连接系列等连接系列来反映，其结果与实际情况基本吻合。由此可以说，所提出的安全指标适用于典型的10kV 配电线路。

3. 结束语

在配电接线中，供电可靠性通常较高，因此上述指标只能量化事故对支路的影响。但是，配电网的整体运行离不开电力，一些变电站需要定期检修，这就要求配电接线具有良好的灵活性和传输能力，因此也可以考虑电力故障造成的不利影响，进一步完善配电接线安全的评价标准。在配电网接线规划中，规划者不仅要考虑接线方式的安全性，还要考虑接线方式的可靠性、经济性等因素，选择适合当地具体情况的接线方式。提出了一组改进的配电网接线安全指标，增强了基于 k (N-1 + 1)准则的10kV 环式配电网接线方式的安全性分析。提出的指标量化了配电网接线故障对配电网的影响，准确反映了不同配电网接线安全性的大小。对几种典型模型的分析计算表明，所提出的安全指标是可行的。

参考文献：

[1]马玉奇. 赤峰市喀喇沁地区10kV电力线路设备的故障处置与防范[D].沈阳农业大学,2019.

[2]唐立群,娄延冬. 10 kV配电网设备运行巡检维护工作[J]. 黑龙江科学,2017,8(12):28-29.

[3]邵霖. 10kV配电网设备安全运行中存在的问题与防范措施[J]. 中国高新技术企业,2013,(26):96-97.

[4]张军. 浅谈10kV配电线路运行故障的防范措施[J]. 企业技术开发,2013,32(20):85-86.

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