2.9 配電網絡拓撲形式及饋線故障處理

2.9.1 配電網絡的拓撲形式及實際應用案例

10kV中壓配電網由高壓變電所的10kV配電裝置、開關站、配電房和架空線路或電纜線路等部分組成。其功能是將電力安全、可靠、經濟、合理地分配到用戶。一般城市的網絡由架空線和電纜線混合組成。中壓配電網接線方式應根據城市的規模和發展遠景優化，規范各供電區的電纜和架空網架，并根據供電區的負荷性質和負荷密度規劃接線方式。

列舉中壓配電網常見的接線形式說明：在下列各圖中實心大圓點“”表示電源點；實心小圓點“”表示分段開關，正常運行時開關閉合；空心小圓圈“”表示聯絡開關，正常運行時打開，線段表示相應饋線。

1.輻射形接線

輻射形接線是指一路饋線由變電站母線引出，按照負荷的分布情況，輻射延伸出去，線路沒有其他可以聯絡的電源，如圖2-13所示。干 線可以分段，其原則如下：一般主干線分為2、3段；負荷較密集地區1km為1段；遠郊區和農村地區按所接配電變壓器容量每2～3MV·A為1段，以縮小事故和檢修停電范圍。它的優點是簡單經濟、維護方便，缺點是供電可靠性較低，故障影響范圍較大，當電源故障時，將導致整條線路停電。適合農村、鄉鎮、負荷密度較小和城市非重要負荷。輻射形接線應隨負荷增長逐步向開環運行的環網接線過渡。對于這種簡單的接線模式，由于不存在線路故障后的負荷轉移，可以不考慮線路的備用容量，即每條出線（主干線）均可以滿載運行。

2.環網手拉手接線

環網手拉手接線只需在兩個單電源輻射型網的基礎上通過增加一個聯絡開關即可獲得，即多分段單聯絡接線形式。兩個電源可以取自同一變電站的不同母線段，也可以取自兩個不同的變電站，聯絡開關一般開環運行，如圖2-14所示。環網手拉手接線形式簡單清晰，運行方式靈活，其最大優點是供電可靠性較單電源輻射型大大提高。這種接線形式適合于負荷密度較大且供電可靠性要求高的城區網絡。由于兩個電源需要互為備用，因此這種接線形式在正常運行時，每條線路最大負荷只能達到該線路允許載流量的50%，即留有50%的備用容量。這樣在某一個電源出現故障時，通過閉合聯絡開關投入備用電源，相應供電線路達到滿載運行，從而恢復對非故障區域的供電。環網手拉手接線由于考慮了備用容量，因此相應饋線輸送容量的利用率較低，投資較輻射形接線也要高。

3.多分段多聯絡接線

多分段多聯絡接線通過在饋線上加裝分段開關把每條線路分段，每條線路的每個分段分別經過聯絡開關與各不相同的備用電源形成聯絡，如圖2-15所示。因此其供電可靠性大大提高，饋線輸送容量的利用率也較環網手拉手接線高，但配電線路檢修停電較復雜，同時由于在線路間建立了聯絡線，因此投資也有所增加。城市電網的大部分地區都可以采用此種接線方式，聯絡線可以就近引接，但須注意要在不同變電站配出線或同一變電站的不同母線出線間建立聯絡。

4.雙射式接線

自一座變電站或開關站的不同中壓母線引出兩回線路，或自同一供電區域的不同變電站引出兩回線路，構成雙射接線方式如圖2-16所示。在雙射式接線形式下，每一個用戶均可以獲得兩個電源，滿足從上一級10kV線路到客戶側10kV配電變壓器的整個網絡的N-1的要求，供電可靠性很高。雙射式接線適用于負荷密度高、對供電可靠性要求很高、需雙電源供電的重要用戶，如城市核心區、重要負荷密集區域等。

5.對射式接線

對射式接線和雙射式接線的區別僅在于對射式接線的電源點來自不同方向的兩個變電站，由不同方向電源的兩座變電站或者開關站的中壓母線饋出單回線路組成對射式接線如圖2-17所示，一般由改造形成。

6. N供1備接線

為了提高供電可靠性，配電網的設計要滿足“N-1安全準則”的要求。正常運行方式下，電力系統中任一元件無故障或因故障斷開，電力系統能保持穩定運行和正常供電，其他元件不會過負荷，且系統的電壓和頻率在允許的范圍之內。這種保持系統穩定和持續供電的能力和程度，稱為N-1準則，其中N是指系統中相關的線路或元件數量。

電纜配電網經常采用N供1備的接線模式，一般N不宜大于3。其結構特征是，多條線路正常工作，均可滿載運行，而與其均相連的另外一條線路則處于停運狀態作為總備用；若有某條運行線路出現故障，則可以通過線路切換把備用線路投入運行。

常用典型的3供1備接線和2供1備接線分別如圖2-18所示。N供1備接線形式的優點是供電可靠性高，適用于負荷發展已經飽和、網絡按最終規模一次規劃建成的地區。

【應用實例】廣東金融高新區中壓配電網接線方式采用的就是N供1備接線方式。由于N供1備的網架接線方式過渡比較方便，在負荷逐步發展的區域，可先按單環網供電，然后隨著負荷的發展逐步向2供1備和3供1備過渡；在具備條件的負荷飽和區域，主干線路采用“3供1備”接線方式。這也是其中壓配電網的目標網架結構。需要注意的是，在網架構筑的過程中應首先規劃建設聯絡開關站的位置，否則將給網架的過渡帶來影響。廣東金融高新區內主干線環網柜進/出線單元采用SF₆/真空斷路器、分支/用戶出線單元采用真空斷路器，其余單元采用負荷開關。上述的N-1主備接線模式，就是指N條電纜線路連成電纜環網。其中，1條線路作為公共的備用線路正常時空載運行；其他線路都可以滿載運行，若有某1條運行線路出現故障，則可以通過線路切換把備用線路投入運行，提高了配電設備的利用率，保證了供電可靠性。

7.單環網接線

該接線方式與架空線的環網手拉手接線方式相似。電纜線路的這一接線形式中有兩個電源（見圖2-19）。這兩個電源可以來自同一供電區域兩座變電站的中壓母線，或者來自一座變電站的不同中壓母線。正常情況下，一般采用開環運行方式，供電可靠性較高，運行比較靈活。在實際應用中，正常運行的時候，每條線路均留有50%的裕量，適用于對供電可靠性要求較高的區域。

8.雙環網接線

在單環網接線的基礎上，針對雙電源用戶較多的地區可以采用雙環網結構提高供電可靠性。從兩座變電站的不同中壓母線各引出一回線路，就構成如圖2-20所示的雙環網接線。由于采用了雙電源并且電源之間通過聯絡開關形成備用，因此雙環網接線供電可靠性高，對于城市中心、繁華地區、負荷密度高的工業園區都可以采用這種接線形式。

在實施配電自動化的過程中，為更有效地減少用戶停電時間，人們一直在積極探索新的接線模式，“三雙”接線即是其中一種。“三雙”即指雙電源、雙線路、雙接入。“雙電源”指用戶電能的獲取是來自同一變電站的不同母線（可向二級負荷供電）或上級兩個不同的變電站（可向一級負荷供電）；“雙線路”指連接雙電源的兩條中壓線路；“雙接入”指配電變壓器通過自動投切的開關接入“雙線路”，具體接線如圖2-21所示。

【應用實例】寧波配電自動化建設試點區域為寧波海曙區，是寧波市政治、文化、商業中心，試點區域面積為29.4km²，共涉及8座110kV及以上變電站、147條10kV線路及465座開關站、環網單元。寧波配電自動化試點工程于2012年1月通過國網公司工程驗收。在試點區的配電自動化建設中，首先就是優化網架結構，通過增加聯絡線，將原來的兩個雙射式網絡接線優化成雙環網接線形式，提高了供電可靠性。

2.9.2 饋線故障的處理

1.輻射狀接線饋線故障的處理

圖2-7所示是典型輻射形接線，網絡只有一個電源點。實心表示開關閉合，空心表示開關分段。

分支饋線故障的處理，如圖2-22所示。若D區故障，則分段開關1斷開，從而會導致由1供電出去的所用用戶停電，即BCDE區全部停電。由此可見，盡管BCE區沒有發生故障，屬健全區域，但由于網絡結構為輻射式接線，從而會使得停電范圍擴大化。也就是說，該結構不能將停電范圍僅限制在出現故障的D區中，不能有效隔離故障，更談不上恢復對健全區域的供電。

電源出線故障的處理：若電源出線A區域故障，同理可以分析，則由電源S供電的所有用戶停電。

由此可見，輻射狀接線雖然接線簡單，但由于此結構不能實現負荷轉帶，故一旦故障，受影響區域范圍擴大，使得系統供電可靠性降低，所以這種接線形式不能滿足實現配電自動化的要求，這也是目前我國配電網改造過程中提出“配網環網化”的目標的原因所在。

2.環網手拉手饋線故障的處理

圖2-14所示是典型雙電源供電構成的環網結構，俗稱手拉手接線，每段饋線都可以從兩個方向或者說兩個電源點獲取電能。方框內數字表示開關編號，3為聯絡開關，正常運行時為打開狀態，1、2、4、5為分段開關，正常運行時閉合。

某段饋線B故障時的處理：系統原來運行狀態如圖2-14所示；饋線B段故障，如圖2-23a所示，則1、2分段開關完成故障隔離，健全區域C區會短時停電，如圖2-23b所示;但此時網絡結構較先前的輻射式有所改進，故合聯絡開關3，如圖2-23c所示，可恢復健全區域C區的供電。顯然，這種接線形式較輻射式可靠性提高了。

3.三電源點的多分段多聯絡接線故障的處理

圖2-24所示為典型三電源點的多分段多聯絡接線，3、6、8為聯絡開關，正常運行時打開，其余為分段開關且閉合。若電源S2出線故障，則首先分段開關10分段，隔離故障區域。原來由電源2供電的8—10、6—10之間的區域將改由另兩個電源點供電，即實現負荷轉帶。實際中，具體轉帶方式可以視具體情況而定，可以有如下幾種。當轉帶電源具備完全轉帶能力，則可以采取以下兩種方案：

1）閉合聯絡開關6，原來由電源S2供電的8—10、6—10之間的區域改由電源S1轉帶。

2）閉合聯絡開關8，原來由電源S2供電的8—10、6—10之間的區域改由電源S3轉帶。

上述兩種方案是由另一個電源轉帶所有負荷，若經過計算，轉帶電源不具備完全轉帶能力，則可以采取以下兩種方案（即分段轉帶）：

1）分斷開關7分斷，合上聯絡開關6，6—7由電源S1轉帶；合上聯絡開關8，8—9，9—10，7—10由電源S3轉帶；注意，應該先將分斷開關7分斷，再合聯絡開關，以防止出現閉環運行。

2）分斷開關9分斷，合上聯絡開關8，則8—9由電源S3轉帶；合上聯絡開關6，則6—7，7—10，9—10由電源S1轉帶。

根據上述分析，顯然，三電源點接線方式較雙電源供電方式更加靈活，可以實現多種負荷轉帶方式，進一步提高了供電可靠性。

4.日本3分4連接線故障的處理

圖2-25所示為日本6kV配電系統廣泛采用的一種接線形式，稱為3分4連接線。3分是指由變電站出的每條饋線都被分段開關分成了3段，4連是指被分的每一段饋線都可以從4個方向獲取電能。

以干線Ⅱ變電站出口饋線故障為例說明，如圖2-25所示。圖中，實心圓表示分段開關，閉合；空心圓表示聯絡開關，斷開，各開關旁邊的數字表示開關編號。分段開關4將會斷開以隔離故障區段。開關4和開關9之間的健全區域可以有3種方式獲取電能：一是閉合聯絡開關6，由變電站經過開關3、連接線、閉合的聯絡開關6進行供電；二是閉合聯絡開關7，由變電站經過開關5、連接線、閉合的聯絡開關7進行供電；三是閉合聯絡開關14，由對面電源經閉合的聯絡開關14、主干線、開關9進行供電。

從上述分析可以看到，3分4連接線形式的故障處理過程非常靈活，其他區段故障時，讀者可以自行分析。