1、浅析线路分段在 10kV配电网中应用 摘要：城乡电网是电网的重要组成部分，是把电力送向广大农村和城乡、送向工矿企业和千家万户、为国民经济和社会提供供电服务的重要基础设施。现代城乡发展中，城乡 10kV 线路一般按街道布置，采用环网结线、开环运行的结构。本文利用成本 效益法分析计算，确定馈电线的分段数，并对开环网的分段原则进行了相应论述。 关键词： 10KV 配电网；供电可靠性；分段原则 随着城乡配电网改造的深入开展，采用现代化技术提高配电系统自动化水平的进程亦逐渐加快。城乡 10KV 配电网线路分段是提高供电可靠性的有效措施，将每条线路分为若干段，这样可以减少停电范围，减少用户每年的平均停电时
2、间，从而提高配电网供电可靠性。但从投资上考虑，线路分段越多，分段开关的投资就越大，并且，线路上的分段开关越多，维护工作量就越大，发生设备故障的机率也就越大。因此，馈电线路的分段必须经过综合分析，才能确定线路的最佳分段。 1 成本 效益 分析法 成本 效益分析法的依据是： (1)增加线路分段开关数量，提高供电可靠性投资的全部收益必须满足负担开关设备的维护成本加上一定利润。 (2)每多供 1kW.h电量所花费的设备投资相当于少供 1kW.h电量的电能损失费。 通常，投资的预期使用期限相当长，如满足条件 2 也就可以满足条件 1，所以可以只用条件 2 来进行成本 效益分析。 成本 效益比 V如下式：
3、 V=(c+b-s)/E (1) 式中： c=c1i/(1+i)， c1 为主要成本， i 表示贴现率 ;b 为维修和其它与可行性投资有关的服务年费用 ;s 为由于提高了效率及投资可靠性带来的相关的年费用节省额， E为可靠性投资带来的第一年内预计的损失电量的减少量。 对投资过程而言， s是一个有意义的量，但在初始评估时可以不考虑。因此，实际上可以使用简化的成本 效益比 Vs 进行分析，即： Vs=(c+b)/E (2) 可见 Vs 的值越低，拟用的投资便越可行。 为决定是否可行，我们选择每多供 1kW.h电量所得的平均效益 Vt来替代式 (2)中的 Vs，若 VtE 乘积超过拟用的可靠性投资年
4、度成本， 则投资合理可行，就确定了馈电线的分段数。 2 简单常开环网的分段原则 城乡 10kV配电网大多采用开环运行的环网结线，只有在城郊才采用放射式结线。为分析馈电线分段的选择，以简单的开环网馈电线的情况进行分析，再将结论推广到较为复杂的配电网。 如图 1 所示的是一个在配电网中较为常见的典型的简单的常开环网结线。正常运行时，分段开关 1， 2， 3， 4， 5中至少有一个分段开关处于断开状态(图 l 中的 #3 开关 )，一般称之为联络开关。开环网正常运行时联络开关的两侧都相当于一条馈电线的末端，当某侧失去电 源时，可以通过自动或人工操作联络开关，向另一侧供电。为了维护方便，为避免因设备检
5、修而造成全线停电，影响用户正常供电，各分段开关以及联络开关两侧都装上隔离开关，有利于提高供电可靠性。 表 1设定了 10kV 配电网可靠性参数的符号及相应统计值。 假设馈电线的总负荷为 P，线路的总长度为 L，则当线路不分段时，一条线路就定义为一个区段，其损失电能由故障停电损失和计划检修停电损失的两部分组成，如式 3所示： S1=PL1(t1+tc)+PLt10(3) 当将一条馈电线分为 n段时，这 条馈线由 n 个区段组成，且这 n个区段同时有两个区段同时故障的概率几乎等于零，所以只考虑有一个区段发生故障的情况。假设这条馈线的负荷分布均匀，各个区段的负荷大小相同，区段长度相等，则分段后的馈电
6、线的电能损失由故障巡查损失电能、故障检修损失电能和计划检修停电损失电能 3部分组成。如式 4所示： S2=PLtc1+k(n -1)+ PLt11/n+PLt10/n (4) 假设分段开关的单价为 U，多供电 1kW.h 电量所得的收益 Vt，分段开关的年维护费用率为 a， a，一般为设备投资额的 2% 5%，定义 =i/1+i ，则成本 效益比为： Vs=(n 一 1)(+a)U/(S1 -S2)(5) 因为： S1-S2=PLt1(1+0) 十 tck+ PLtckn+PLt1(1+0)/n(6) 令 A=PLt1(1+0)+tck (7) B=PLtck(8) C=PLt1(1+0)(9
7、) D=(+a)U(10) 则式 (5)可改写为： Vt=D/(A+Bn+Cn-1)(11) 即： (D+VtB)n2-(D+VtA)n+CVt=0(12) 从表 1 的统计数据可以看出，开关的故障率是非常低的，它和线路的检修率相比要差 2到 3 个数量级。在工程计算中， k 可忽略不计，则 B=0，A=C，则式 (12)可简化为： Dn2-(D+VtA)n+AVt=0(13) 这就是一个一元二次方程 即： n=PLt1(1+0)Vt/(+a)U(14) 从式 (14)可以看出，馈电线的分段数 n 与线路负荷和线路长度成正比，与分段开关单价成反比 。上式 n值可能不为整数，可以取值最近的整数作
8、为线路分段数。 3 复杂的开环网结线的分段原则 上述结论虽然是针对简单的开环网结线的分析计算所得到的，但对复杂的开环网结线仍然适用。 从图 2 中分段开关数量与线路分段数的关系可见，无论多么复杂的树枝环网，都可以以电源至所有联络开关之间线路总长作为线路长 L，线路分段数为 n，则分段开关数仍为 n-1，而联络开关数则决定于独立的闭环数。因此，式 (14)的结论对复杂的开环网仍然适用。 4 例案计算 假设线路长度 L为 6km，线路 负荷 4000kVA，每台分段开关的单价为 3万元，每多供 1kW.h 电量的收益 Vt 为 0.1 元，贴现率 i=0.1，设备维修率a=0.02。根据表 1统计
9、数据，线路故障率为 0.05 次 /(年 .km)，线路检修率为 1次 /(年 ?km)，开关故障率 0.005次 /（台 ?km），线路平均维修时间为 5h，故障巡查时间为 2h，由式 (14)可得： n=3.78。 n取整数为 4，即该条线路分为 4段，设 3 台分段开关。 5 结论 10kV线路分段时，按区段上负荷大小基本相等的原则进行。 10kV配电网中，每条线路的分段数与线路 的总负荷和线路长度成正比，与每多供 1kW.h电量的收益成正比，与开关的单价成反比。统计计算表明，按式 V=(c bs)/E 确定的分段数是较为经济合理的，可在工程中应用。 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
