配电网电气接线方式可靠性分析

李建军

摘 要：随着社会经济的发展，城市中低压配电网系统的规模不断壮大，当前，因网架结构不完善导致城市配电网系统的运行问题较多。近年来，在配电网接线模式的研究中国内外众多学者投入大量的人力物力，也取得了诸多成果。但是就目前国内得配电网建设和规划的过程中，对于接线模式应用的详细设计规范尚未形成，配电网的网架结构建设混乱无序，并且配电网建设目标的接线模式不明确。针对以上问题，本文提出一种新型的配电网母线式接线，并与目前配网中常用的接线方式的可靠性进行对比分析，通过对比可知母线式接线其可靠性较高，符合当今配电网发展的要求。

关键词：配电网 接线方式 可靠性

随着我国国民经济的快速发展以及人民生活水平的不断提高，用电需求量也逐渐增加，而配网系统位于电力系统的末端，與用户的联系最为密切，整个电力系统对用户的供电质量和供电能力最终都是由它来保障和实现，针对供电可靠性来说对配电网的要求也越来越高[1]。但是就目前国内得配电网规划和建设的过程中，对于接线模式应用的详细设计规范尚未形成，配电网的网架结构建设混乱无序。其中出版的《城市电力网规划设计导则》描述了各种配电网的接线形式，以及给出了目前应用的电缆线路、架空线路各种典型接线方式，但是接线方式的应用要求仍没有规定。在国内和国外的大多数的接线模式中在可靠性方面都存在着一定程度的不足，需要在结构上进行适当的改造。文献[1]是按照供电区域的负荷密度来设计改造及选择合适的配网的接线方式，使可靠率达到最佳。文献[2]中对中压配电网电缆线接线模式和多种中压配电网架空线接线模式进行了分析，提出应结合不同地区的经济发展情况和人民生活水平，来选择适合当地的接线方式。在经济发展相对滞后的城市中，其中目标年网架一般采用的是三分段H联络架空接线模式；在经济发展较发达城市中，目标年网架适宜采用的是环网接线、双“Ⅱ”接线或电缆双电源出线等接线模式，以此来提高供电的可靠性和稳定性。所以在选择合适当地的配电网接线方式时，要充分吸取国内外的设计经验，并结合本地区实际情况，选择合适的接线方式。

针对目前国内外的接线方式所面临的问题，本文提出了一种新型的接线方式即母线式接线，其具有可靠性高，经济性好的优点，符合当前配电网建设与发展的要求。

一.配网接线方式提高可靠性中的作用

多种因素可以影响配网的可靠性，本文中讨论的配电网接线方式就是其中一种。配网可靠性RS-1（reliability on service in total）的计算公式为：

用户的平均停电时间是由每次停电的检修时间和停电次数等多种情况共同决定的。配电网的接线方式对可靠性大小的影响主要是从停电范围、降低停电检修时间，减少停电次数等方面来作用的，通常，在其他外部条件保持不变的情况下，停电次数是由环网率的高低来决定的，环网率越高则停电次数越小，这样一来供电可靠性也是越高。通过提高各线路之间的联系，在各条线路间的联系越多时，通过自备投装置自动将某条发生故障线路的供电电源切换到另一侧电源来持续供电。但是随着线路的联系越多，开关设备使用量也越多，这样发生故障的可能性也增加了，从而供电可靠性的提高也会受到影响。

二.母线式与串级式接线可靠性分析

串级式将线路主干用多个断路器分段连接，依靠保护延时选择性切除故障，减少故障停电损失。其结构图如下，该方式存在如下问题：

1、由于配网线路往往分段及分支较多，而每段长度较短，造成保护配置困难，很难做到选择性切除故障，为避免出现变电站出线开关越级跳闸而将每段保护时间级差设定很小，实际难以实现，往往出现末端故障跳整串情况。

2、配网运行中，特别是电缆线路，故障多由末端分支用户引发，主线路本体故障几率不大，此种保护方式未能利用此项特点，造成装备配置冗余而效率不佳。

母线式结线方式：主线只设置一到二个保护断点，而对于分支线路配置二级保护（环网柜断路器及分支箱熔丝柜），重点处理用户分支故障，避免其越级至主线。同时也避免了主干线多级保护时限配置的困难。其结构如下：

其可靠性大小的计算如下：

单条用户出线故障未越级时损失负荷：

单条用户出线故障越级但被环网柜断路器切除时损失负荷：

主干线路故障引起负荷损失：

（因主干线路只有一级断路器，若发生故障越级则由变电站断路器切除，不增加额外负荷损失，故不计主干故障越级可能性。）

运行可靠率：

比较上述两种接线方式的可靠率以及根据某市的接线及其负荷数据和平时电网运行中的经验数据，其可靠性计算结果如下：

取（45*a）：（L*c）=9：1，

要使Ka-Kb>0，代入得：b%<6.4%

对于上述配电线路模型可靠性分析如下：

1、发生支线故障时，母线式结线方式可靠性高于串级式结线。（示例线路越级故障负荷损失率仅为串级式1/6）。

2、发生主线路故障时，串级式结线方式可靠性略优于母线式结线。（示例线路主线路故障负荷损失率比串级式高12.5%）

3、当故障越级几率b%大于6.4%时（实际线路分支一般要小于45条，b%阈值还要更小），母线式结线方式可靠率高于串级式结线方式。

3、结论

由以上分析可知母线式接线明显优于串级式接线，有较强的工程推广价值。

参考文献

[1]能源部，建设部.城市电力网规划设计导则[S].北京.中国水利电力出版社，1993

[2]杨莳百，戴景辰，孙启安.电力系统可靠性分析基础及应用[M].北京：水利电 力出版社，1996

[3] 吴开贵，吴中福.基于敏感度分析的电网可靠性算法[J].中国电机工程学报， 2003，23（4）：53-56.

[4]葛少云，郭寅昌，刘洪，等.基于供电能力计算的高压配电网接线模式分析[J].电网技术，2014，38（2）：406-411

[5]丁建立，陈增强， 袁著祉. 遗传算法与蚂蚁算法融合的马尔可夫收敛性分析[J]. 自动化学报， 2004，（04）