，，

(重慶大學輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室，重慶 400030)

0 引 言

隨著人民生活水平的提高，電力需求逐年上升，用戶對電壓質(zhì)量、供電可靠性的要求越來越高，停電帶來的損失越來越嚴重。配電網(wǎng)直接面向用戶，其健康程度直接影響著用戶的安全可靠用電。因此，有必要對中壓配電網(wǎng)存在的普遍問題進行深入研究，提出合理的建設改造優(yōu)化措施。

中壓配電網(wǎng)建設改造主要是以配電網(wǎng)建設改造技術(shù)原則為指導，以優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)供電能力和供電質(zhì)量、節(jié)能降損為目的[1-3]。文獻[4] 結(jié)合漕河涇開發(fā)區(qū)的實際情況，提出優(yōu)化措施，但其沒對問題存在的原因進行分析；文獻[5]描述了上海中心地區(qū)配電網(wǎng)建設改造過程中遇到的困難及取得的成果，但其沒提出具體的優(yōu)化改造措施；文獻[6]以德陽城區(qū)10 kV配電網(wǎng)規(guī)劃為研究對象，采取總體和分布兩種負荷預測方法，提出新建改造方案，但其對配電網(wǎng)現(xiàn)狀存在的問題分析較少。

研究以往配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化舉措的基礎上分析總結(jié)了中壓配電網(wǎng)普遍存在的主要問題及其原因，介紹了中壓配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化的原則及思路，提出了中壓配電網(wǎng)的優(yōu)化措施，并結(jié)合某省中壓配電網(wǎng)的實際情況，對其現(xiàn)狀配電網(wǎng)進行了全面的分析，找出配電網(wǎng)存在的主要問題，以中壓配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化的原則及思路為指導，分析現(xiàn)狀配電網(wǎng)存在短板的原因，提出合理的中壓配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化策略，指導實際電網(wǎng)規(guī)劃工作。

1 中壓配電網(wǎng)存在的主要問題

中壓配電網(wǎng)由中壓配電線路、線路分段分支設備、開閉所、配電站(包括柱上變壓器)等構(gòu)成。目前，中壓配電網(wǎng)普遍存在的主要問題如下。

(1)線路不滿足“N-1”原則

中壓配電網(wǎng)普遍存在線路“N-1”通過率較低的現(xiàn)象，如圖1，對線路不滿足“N-1”原則的原因分析如下。

①規(guī)劃設計的不合理、供電地區(qū)偏遠負荷需求不大或地理條件限制導致線路為單輻射線路，導致不滿足“N-1”原則。②聯(lián)絡線路導線不匹配，線路故障時負荷不能向小截面導線轉(zhuǎn)移，導致不滿足“N-1”原則。③聯(lián)絡線路的上級主變壓器的容量限制導致線路故障時不能向低容量主變壓器上轉(zhuǎn)移負荷，導致不滿足“N-1”原則。④斷路器的內(nèi)置電流互感器TA變比過小，而使導致線路不滿足“N-1”原則[7]。

圖1 線路不滿足“N-1”原則的原因

(2)線路分段數(shù)不合理

將線路分為若干區(qū)段,可以減少停電的范圍，從而減少用戶每年的平均停電時間及停電次數(shù)，提高中壓配電網(wǎng)的供電可靠性[8-9]。

當中壓線路的分段數(shù)較少時，增加分段數(shù)可以較明顯地提高供電可靠性，但分段達到一定數(shù)量后停電范圍趨于恒定。開關(guān)設備的增多不但加大了資金的投入，且發(fā)生設備故障的概率也增大。

(3)線路供電距離過長

根據(jù)DL/T 5131-2001[10]和DL/T 599-2005[11]中壓配電線路在不同供電分區(qū)下的供電距離應滿足不同的要求。在保證電壓質(zhì)量的前提下，負荷或用電量較小的地區(qū)，供電半徑可適當延長，但部分地區(qū)(特別是農(nóng)村地區(qū))線路負荷較少，長距離輸電線路較多，線路供電半徑遠遠超過導則要求的最大供電距離15 km，導致供電質(zhì)量不高。供電距離太小、負荷過輕，則易造成主變壓器間隔浪費，資源利用率不高。

(4)低壓配電變壓器容量不合理

配電變壓器容量選擇以現(xiàn)有負荷為基礎，應 適當考慮負荷的發(fā)展留有裕度。為提高變壓器的利用率和經(jīng)濟運行水平，新裝變壓器的最大負荷率不宜低于60%。

(5)線路負載率不合理

中壓配電網(wǎng)線路普遍存在平均負載率偏低，線路負荷分布不均衡等現(xiàn)象。線路負載率偏低，導致設備利用率低；負載較重，則導致線路不具備轉(zhuǎn)供負荷的能力，造成線路故障或檢修時其所供用戶斷電，供電可靠性降低[12]。

線路負載過重的原因：①地區(qū)發(fā)展差異大，負荷分布不均導致線路負載過重；②導線截面過小而使得線路載容量不足；③負荷發(fā)展過快，規(guī)劃新建線路還未建成。

(6)變電站間隔利用不合理

小容量用戶占用變電站間隔較多，導致部份地區(qū)無法新建線路滿足負荷要求。間隔緊缺，資源利用率不高。

(7)配電設備老舊

設備老化對供電安全及供電可靠性有重要的影響。老舊設備經(jīng)濟性不高，易發(fā)生故障且查找故障困難。

(8)管理不到位

由于配電網(wǎng)基建、技改大修、業(yè)擴等工程較多，預安排停電頻繁；供電人員技術(shù)業(yè)務不夠熟練導致停電影響范圍大且停電時間長。

2 中壓配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化原則及思路

2.1 優(yōu)化原則

(1)堅持安全第一的原則，必須及時解決安全隱患，提高供電安全保障能力。

(2)滿足社會經(jīng)濟發(fā)展，滿足新增負荷供電。

(3)提升電壓質(zhì)量，提高供電可靠性，提高負荷轉(zhuǎn)供能力。

(4)節(jié)能降損，提高配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。

(5)完善中壓網(wǎng)架，提高配電網(wǎng)技術(shù)裝備水平。

2.2 優(yōu)化思路

充分利用有限資源，緊扣“城市客戶年平均停電時間、綜合線損率、第三方客戶滿意度和安全生產(chǎn)風險管理體系評級”四項創(chuàng)先關(guān)鍵指標的提升，圍繞其他各項“企業(yè)決策一級指標”的改善，抓住城市這個重點，帶動農(nóng)村全面發(fā)展。建設改造方向主要包括“滿足負荷需求”和“提升戰(zhàn)略指標”兩大類[13]。

電網(wǎng)投資追求電網(wǎng)供電能力的提升及高收益。當配電網(wǎng)投資充足時，配電網(wǎng)建設應能夠滿足城鄉(xiāng)社會發(fā)展的用電需求并為創(chuàng)先做好硬件支撐。當配電網(wǎng)投資減少時，將優(yōu)先保證解決新增負荷項目和解決重過載項目，同時提升聯(lián)絡率和可轉(zhuǎn)供電率，其他項目將適當減少。

配電網(wǎng)優(yōu)化應以市場為導向，緊密圍繞“提升供電能力”和“提升關(guān)鍵指標”兩個方面，分析配電網(wǎng)現(xiàn)狀，查找原因并提出行之有效的關(guān)鍵措施，指導配電網(wǎng)建設改造。

3 中壓配電網(wǎng)的優(yōu)化措施

(1)負荷需求不大的單輻射線路供電地區(qū)待負荷增長時新建聯(lián)絡線路；改造導線截面不匹配的線路，更換聯(lián)絡線路中的小截面導線，提高線路載容量；對小容量主變壓器進行增容項目，增加主變壓器容量；改變斷路器內(nèi)置互感器TA的變比等，以使線路滿足“N-1”原則。安排增加電網(wǎng)傳輸容量、提高電網(wǎng)供電安全和供電質(zhì)量的項目，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)“手拉手”供電方式，提高線路之間的轉(zhuǎn)帶能力，提高“N-1”通過率[14]。

(2)中壓配電網(wǎng)架空線路供電方式宜采用多分段多聯(lián)絡方式(分段數(shù)不宜大于6，聯(lián)絡數(shù)不應超過3)，應根據(jù)地區(qū)線路長度和負荷分布情況在合理的位置進行分段并裝設分段開關(guān)，主干線、較大的支線及重要分支線路宜裝設分支開關(guān)，以便優(yōu)化線路分段，縮小線路故障時的停電范圍。逐步推廣“小分段”、“雙接入”等關(guān)鍵措施的使用能有力提高供電可靠性[15]。

(3)對負荷較重且供電距離過長的線路合理的進行改造，縮短供電距離；負荷較輕且供電距離偏長的線路待負荷增加后進行改造項目，縮短供電距離。在一定的電壓和輸送功率下要保證好供電質(zhì)量就必須限制供電線路的長度,使線路的供電距離在合適的范圍內(nèi)。

(4)配電變壓器應按照“小容量、密布點、短半徑”的原則來配置，并按小區(qū)居民戶數(shù)布點。更換容量不合理的配電變壓器，新裝配電變壓器應適當?shù)牧粲性６?，使之既能保證配電變壓器的經(jīng)濟利用性，又能滿足近期負荷需求。

(5)用輕載線路轉(zhuǎn)供重載線路的部份負荷，或新建線路轉(zhuǎn)移重載線路負荷，盡量使線路負荷均衡；對線路進行改造，增大導線截面，提高線路載容量；負荷發(fā)展較快的地區(qū)加緊新線路建設，滿足新增負荷需求。

(6)將占間隔的小容量用戶轉(zhuǎn)移到負載率較輕的相鄰線路，節(jié)省的間隔用于滿足新增負荷或轉(zhuǎn)供重載線路負荷，提高間隔的利用率。

(7)使用年限長、產(chǎn)品型號老舊的設備故障率相應較高，應對使用年限超過15年或型號陳舊的設備進行更新和更換。

(8)合理的規(guī)劃建設項目，盡量使同一地區(qū)需要進行的項目一次進行，且增加建設力度，減少停電次數(shù)及停電時間；提高供電管理人員的業(yè)務水平，在預安排停電時將部分負荷轉(zhuǎn)移到其它線路，盡量避免陪?，F(xiàn)象的發(fā)生。

4 中壓配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化實例

以某省為研究對象(下面簡稱A省)，對其配電網(wǎng)現(xiàn)狀進行全面分析，提出了合理的配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化策略，用于指導配電網(wǎng)規(guī)劃建設。

4.1 中壓配電網(wǎng)現(xiàn)狀

A省國土面積總計有394 000 km2，共分為15個區(qū)。該電網(wǎng)公司共有10 kV線路7 435回，其中電纜長度為4 400 km，架空長度為145 800 km，合計150 200 km；開關(guān)柜10 120面，柱上開關(guān)16 785個、電纜分支箱1 813個。配電變壓器總數(shù)191 912臺，容量30 408.38 MVA，其中公用配電變壓器121 953臺，容量12 540.75 MVA，專用配電變壓器69 959臺，容量17 867.63 MVA。

4.2 中壓配電網(wǎng)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)

(1)A省電網(wǎng)公司重過載線路比例分別為4.53%、2.12%。如圖2知從數(shù)量上看重過載線路較多的有1區(qū)、 2區(qū)、4區(qū)和6區(qū)，從占比上看，12區(qū)和15區(qū)較為嚴重。

(2)線路聯(lián)絡率為31.24%。其中城市10 kV公用線路聯(lián)絡率為69.08%；農(nóng)村10 kV公用線路聯(lián)絡率為15.09%。

(3)可轉(zhuǎn)供電率27.6%。其中D類以上地區(qū)中，可轉(zhuǎn)供電率59.24%；農(nóng)村10 kV線路可轉(zhuǎn)供率為14.18%。

(4)如圖3，中壓線路平均長度為23.7 km，主干平均長度為10.41 km，多個地區(qū)10 kV主干長度超過15 km。其中5區(qū)及15區(qū)最為嚴重。

圖2 10 kV線路重過載

圖3 中壓線路平均長度

(5)現(xiàn)狀是公用線路最高電壓高于額定電壓7%的公用線路占總回數(shù)的4.9%；最低電壓低于額定電壓7%的公用線路占總回數(shù)的10.8%。10 kV電壓質(zhì)量偏低線路主要集中在農(nóng)村。

(6)重載公用配電變壓器占總臺數(shù)的5.26%，容量占公用變壓器總?cè)萘康?.17%；過載公用配電變壓器占總臺數(shù)的1.84%，容量占公用變壓器總?cè)萘康?.07%。

(7)配電變壓器電壓偏低數(shù)量占公用配電變壓器比例為5.72%，配電變壓器電壓偏高數(shù)量占公用配電變壓器的比例為0.21%。

(8)高損耗配電變壓器(S7及以下型號)占全部公用變壓器臺數(shù)的5.04%，容量占全部公用變壓器容量的2.82%。

(9)農(nóng)村戶表改造率92.09%。

(10)10 kV線段平均用戶數(shù)為13.73戶/段，與平均水平遼寧(6.51)相差7.22戶/段；線路平均分段數(shù)為2.31段/條，與平均水平浙江(4.24)相差1.93段/條。

4.3 A省中壓配電網(wǎng)存在的問題

(1)配電網(wǎng)架構(gòu)薄弱，設備存在問題較多

受經(jīng)濟發(fā)展不平衡、體制多樣化等因素影響，長期以來，公司電網(wǎng)建設積累的欠賬較多，加上電力需求增長過快、投資相對不足、電網(wǎng)建設外部環(huán)境不寬松等原因，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱。10 kV配電網(wǎng)負荷分布不均、線路聯(lián)絡率低、轉(zhuǎn)供電能力差、配電臺區(qū)電壓質(zhì)量偏低(反映出10 kV電源點尤其是35 kV變電站布點不足)、局部“卡脖子”、設備老化殘舊、供電半徑長、自動化程度不高等問題更為突出。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)水平相對較低，聯(lián)絡率為31.24%，可轉(zhuǎn)供率達到了27.6%；設備利用率偏低，線路平均負載率僅為31.59%；負荷分布不均，存在重、過載設備。

(2)配電網(wǎng)運行指標不高

受配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設備狀況影響，公司系統(tǒng)供電可靠性指標不高，尤其是在農(nóng)村地區(qū)，單次停電范圍廣、用戶停電次數(shù)多、用戶停電時間長的現(xiàn)象比較普遍，嚴重影響公司客戶滿意度的提高。

如表1，A省電網(wǎng)公司全口徑預安排停電時戶數(shù)占系統(tǒng)停電的66.17%，故障停電時戶數(shù)占系統(tǒng)停電的33.83%。

預安排停電次數(shù)——主要受網(wǎng)架結(jié)構(gòu)影響。計劃檢修和限電造成的停電時戶數(shù)占預安排停電的17.50%。由于大批量施工，線路缺陷消除等，導致線路停電次數(shù)多，持續(xù)時間長，其次是供電所、作業(yè)單位人員不足，施工力量單薄，停電作業(yè)持續(xù)時間長或重復停電次數(shù)過多。

故障停電次數(shù)——氣候因素和設備老化造成的故障停電時戶數(shù)占故障停電的47.11%。由于線徑小，供電半徑長，線路長，設備老化、腐蝕嚴重，農(nóng)村地區(qū)穿越樹障多、導線對樹林距離不夠等，使得部份線路易受自然災害的影響，影響供電可靠性。

(3)管理水平不高

由于歷史缺少配電網(wǎng)規(guī)劃指導，項目管理存在較大隨意性，致使配電網(wǎng)設備類型繁多，給后續(xù)運行維護帶來極大不便。

部分供電人員技術(shù)業(yè)務不夠熟練，對配電網(wǎng)存在的問題客觀分析不夠，線路設備施工過程中憑經(jīng)驗，造成部分線路設備帶缺陷運行。

運行維護管理及缺陷管理不到位，線路設備缺陷未能及時發(fā)現(xiàn)或周期性巡視檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷未能按時消除，線路設備故障停電次數(shù)增多，嚴重影響供電可靠性的提高。

4.4 優(yōu)化措施

(1)加強網(wǎng)架建設

表1 停電影響分析

采取合適的接給方式對單輻射線路進行聯(lián)絡改造，提高“N-1”通過率；對線路進行合理的分段，縮短停電范圍，提高供電可靠性；對供電距離過長存在不可轉(zhuǎn)供問題的線路進行改造，提升網(wǎng)絡主干聯(lián)絡率，提高電壓質(zhì)量；對存在主干截面不合格且主干過長的線路進行改造，采取線路分流或?qū)⒃€路改造成截面更大的線路；對重載線路進行負荷轉(zhuǎn)移，解決線路重過載問題。

(2)科學選擇配電裝置

在計劃期內(nèi)對存在安全隱患的架空線路進行整改；現(xiàn)有的中低壓配電設備中，大部分配電變壓器和開關(guān)設備的運行年限在10年以內(nèi)，線路的運行年限相對較長，部分可以達到15 年，有極少數(shù)甚至可以達到20年以上，對部分年限過長的設備進行及時的更換和改造；新建線路選擇合適的導線截面；增加設備設計裕度，根據(jù)負荷的需求選擇合適的容量的配電變壓器。雷害較為密集，需采取有效的防雷害措施，減少雷害影響，提高設備抵御自然災害能力；提高配電網(wǎng)絕緣化率和電纜化率；對農(nóng)村地區(qū)進行戶表改造。

(3)加強組織領導，建立健全供電企業(yè)管理網(wǎng)絡

要做配電網(wǎng)建設工作，不但要領導重視，且需要各相關(guān)部門、各基層供電所及班組成員相互配合，對照有關(guān)的技術(shù)規(guī)定要求，成立相應的供電管理網(wǎng)絡，制訂管理工作責任制度，明確管理工作的職責及范圍，嚴格要求，認真考核。加強設備運行管理、提高設備巡視率、減少預安排停電次數(shù)。

深入了解分析配電網(wǎng)現(xiàn)狀存在問題，總結(jié)配電網(wǎng)的短板，因地制宜地制定解決問題的方案，努力提高供電經(jīng)濟性、安全性及可靠性管理水平。

4.5 中壓配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化效果分析

“十二五”期間，A省中壓配電網(wǎng)的投資共計240.1億元，“滿足供電要求”共投資91.2億元，占總投資的39%。其中：滿足新增負荷投資44.7億元，占總投資的19%；解決重過載投資37.6億元，占總投資的16%。

重過載線路問題解決率達到100%，D類及以上供電區(qū)不滿足“N-1”線路的問題解決率達到98.35%。

“提高戰(zhàn)略指標”共投資149.4億元，占總投資的61%。其中：完善中壓網(wǎng)架投資29.5億元，占總投資的12%；解決電壓不合格投資28.5億元，占總投資的12%；更換殘舊設備投資56.9億元，占總投資的24%；解決安全隱患投資34.2億元，占總投資的14%。

線路和臺區(qū)電壓質(zhì)量偏低問題解決率分別達到78.55%、78.52%。

通過對中壓配電網(wǎng)的分析，A省存在的影響供電可靠性及經(jīng)濟性的問題得到初步解決，中壓配電網(wǎng)得到進一步完善。

5 總 結(jié)

(1)對中壓配電網(wǎng)存在的主要問題類型進行了分析，介紹了中壓配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化的原則及思路，并在此基礎上提出了優(yōu)化措施。

(2)結(jié)合A省中壓配電網(wǎng)的實際情況，對其配電網(wǎng)現(xiàn)狀進行了全面的分析，找出了配電網(wǎng)存在的主要問題，提出適用于A省的中壓配電網(wǎng)建設改造優(yōu)化策略，并對優(yōu)化結(jié)果進行了分析，使得A省中壓配電網(wǎng)建設改 造工作更加完善、可靠、準確，并確保投資上的最優(yōu)化。

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