2.9 配电网络拓扑形式及馈线故障处理

2.9.1 配电网络的拓扑形式及实际应用案例

10kV中压配电网由高压变电所的10kV配电装置、开关站、配电房和架空线路或电缆线路等部分组成。其功能是将电力安全、可靠、经济、合理地分配到用户。一般城市的网络由架空线和电缆线混合组成。中压配电网接线方式应根据城市的规模和发展远景优化，规范各供电区的电缆和架空网架，并根据供电区的负荷性质和负荷密度规划接线方式。

列举中压配电网常见的接线形式说明：在下列各图中实心大圆点“”表示电源点；实心小圆点“”表示分段开关，正常运行时开关闭合；空心小圆圈“”表示联络开关，正常运行时打开，线段表示相应馈线。

1.辐射形接线

辐射形接线是指一路馈线由变电站母线引出，按照负荷的分布情况，辐射延伸出去，线路没有其他可以联络的电源，如图2-13所示。干 线可以分段，其原则如下：一般主干线分为2、3段；负荷较密集地区1km为1段；远郊区和农村地区按所接配电变压器容量每2～3MV·A为1段，以缩小事故和检修停电范围。它的优点是简单经济、维护方便，缺点是供电可靠性较低，故障影响范围较大，当电源故障时，将导致整条线路停电。适合农村、乡镇、负荷密度较小和城市非重要负荷。辐射形接线应随负荷增长逐步向开环运行的环网接线过渡。对于这种简单的接线模式，由于不存在线路故障后的负荷转移，可以不考虑线路的备用容量，即每条出线（主干线）均可以满载运行。

2.环网手拉手接线

环网手拉手接线只需在两个单电源辐射型网的基础上通过增加一个联络开关即可获得，即多分段单联络接线形式。两个电源可以取自同一变电站的不同母线段，也可以取自两个不同的变电站，联络开关一般开环运行，如图2-14所示。环网手拉手接线形式简单清晰，运行方式灵活，其最大优点是供电可靠性较单电源辐射型大大提高。这种接线形式适合于负荷密度较大且供电可靠性要求高的城区网络。由于两个电源需要互为备用，因此这种接线形式在正常运行时，每条线路最大负荷只能达到该线路允许载流量的50%，即留有50%的备用容量。这样在某一个电源出现故障时，通过闭合联络开关投入备用电源，相应供电线路达到满载运行，从而恢复对非故障区域的供电。环网手拉手接线由于考虑了备用容量，因此相应馈线输送容量的利用率较低，投资较辐射形接线也要高。

3.多分段多联络接线

多分段多联络接线通过在馈线上加装分段开关把每条线路分段，每条线路的每个分段分别经过联络开关与各不相同的备用电源形成联络，如图2-15所示。因此其供电可靠性大大提高，馈线输送容量的利用率也较环网手拉手接线高，但配电线路检修停电较复杂，同时由于在线路间建立了联络线，因此投资也有所增加。城市电网的大部分地区都可以采用此种接线方式，联络线可以就近引接，但须注意要在不同变电站配出线或同一变电站的不同母线出线间建立联络。

4.双射式接线

自一座变电站或开关站的不同中压母线引出两回线路，或自同一供电区域的不同变电站引出两回线路，构成双射接线方式如图2-16所示。在双射式接线形式下，每一个用户均可以获得两个电源，满足从上一级10kV线路到客户侧10kV配电变压器的整个网络的N-1的要求，供电可靠性很高。双射式接线适用于负荷密度高、对供电可靠性要求很高、需双电源供电的重要用户，如城市核心区、重要负荷密集区域等。

5.对射式接线

对射式接线和双射式接线的区别仅在于对射式接线的电源点来自不同方向的两个变电站，由不同方向电源的两座变电站或者开关站的中压母线馈出单回线路组成对射式接线如图2-17所示，一般由改造形成。

6. N供1备接线

为了提高供电可靠性，配电网的设计要满足“N-1安全准则”的要求。正常运行方式下，电力系统中任一元件无故障或因故障断开，电力系统能保持稳定运行和正常供电，其他元件不会过负荷，且系统的电压和频率在允许的范围之内。这种保持系统稳定和持续供电的能力和程度，称为N-1准则，其中N是指系统中相关的线路或元件数量。

电缆配电网经常采用N供1备的接线模式，一般N不宜大于3。其结构特征是，多条线路正常工作，均可满载运行，而与其均相连的另外一条线路则处于停运状态作为总备用；若有某条运行线路出现故障，则可以通过线路切换把备用线路投入运行。

常用典型的3供1备接线和2供1备接线分别如图2-18所示。N供1备接线形式的优点是供电可靠性高，适用于负荷发展已经饱和、网络按最终规模一次规划建成的地区。

【应用实例】广东金融高新区中压配电网接线方式采用的就是N供1备接线方式。由于N供1备的网架接线方式过渡比较方便，在负荷逐步发展的区域，可先按单环网供电，然后随着负荷的发展逐步向2供1备和3供1备过渡；在具备条件的负荷饱和区域，主干线路采用“3供1备”接线方式。这也是其中压配电网的目标网架结构。需要注意的是，在网架构筑的过程中应首先规划建设联络开关站的位置，否则将给网架的过渡带来影响。广东金融高新区内主干线环网柜进/出线单元采用SF₆/真空断路器、分支/用户出线单元采用真空断路器，其余单元采用负荷开关。上述的N-1主备接线模式，就是指N条电缆线路连成电缆环网。其中，1条线路作为公共的备用线路正常时空载运行；其他线路都可以满载运行，若有某1条运行线路出现故障，则可以通过线路切换把备用线路投入运行，提高了配电设备的利用率，保证了供电可靠性。

7.单环网接线

该接线方式与架空线的环网手拉手接线方式相似。电缆线路的这一接线形式中有两个电源（见图2-19）。这两个电源可以来自同一供电区域两座变电站的中压母线，或者来自一座变电站的不同中压母线。正常情况下，一般采用开环运行方式，供电可靠性较高，运行比较灵活。在实际应用中，正常运行的时候，每条线路均留有50%的裕量，适用于对供电可靠性要求较高的区域。

8.双环网接线

在单环网接线的基础上，针对双电源用户较多的地区可以采用双环网结构提高供电可靠性。从两座变电站的不同中压母线各引出一回线路，就构成如图2-20所示的双环网接线。由于采用了双电源并且电源之间通过联络开关形成备用，因此双环网接线供电可靠性高，对于城市中心、繁华地区、负荷密度高的工业园区都可以采用这种接线形式。

在实施配电自动化的过程中，为更有效地减少用户停电时间，人们一直在积极探索新的接线模式，“三双”接线即是其中一种。“三双”即指双电源、双线路、双接入。“双电源”指用户电能的获取是来自同一变电站的不同母线（可向二级负荷供电）或上级两个不同的变电站（可向一级负荷供电）；“双线路”指连接双电源的两条中压线路；“双接入”指配电变压器通过自动投切的开关接入“双线路”，具体接线如图2-21所示。

【应用实例】宁波配电自动化建设试点区域为宁波海曙区，是宁波市政治、文化、商业中心，试点区域面积为29.4km²，共涉及8座110kV及以上变电站、147条10kV线路及465座开关站、环网单元。宁波配电自动化试点工程于2012年1月通过国网公司工程验收。在试点区的配电自动化建设中，首先就是优化网架结构，通过增加联络线，将原来的两个双射式网络接线优化成双环网接线形式，提高了供电可靠性。

2.9.2 馈线故障的处理

1.辐射状接线馈线故障的处理

图2-7所示是典型辐射形接线，网络只有一个电源点。实心表示开关闭合，空心表示开关分段。

分支馈线故障的处理，如图2-22所示。若D区故障，则分段开关1断开，从而会导致由1供电出去的所用用户停电，即BCDE区全部停电。由此可见，尽管BCE区没有发生故障，属健全区域，但由于网络结构为辐射式接线，从而会使得停电范围扩大化。也就是说，该结构不能将停电范围仅限制在出现故障的D区中，不能有效隔离故障，更谈不上恢复对健全区域的供电。

电源出线故障的处理：若电源出线A区域故障，同理可以分析，则由电源S供电的所有用户停电。

由此可见，辐射状接线虽然接线简单，但由于此结构不能实现负荷转带，故一旦故障，受影响区域范围扩大，使得系统供电可靠性降低，所以这种接线形式不能满足实现配电自动化的要求，这也是目前我国配电网改造过程中提出“配网环网化”的目标的原因所在。

2.环网手拉手馈线故障的处理

图2-14所示是典型双电源供电构成的环网结构，俗称手拉手接线，每段馈线都可以从两个方向或者说两个电源点获取电能。方框内数字表示开关编号，3为联络开关，正常运行时为打开状态，1、2、4、5为分段开关，正常运行时闭合。

某段馈线B故障时的处理：系统原来运行状态如图2-14所示；馈线B段故障，如图2-23a所示，则1、2分段开关完成故障隔离，健全区域C区会短时停电，如图2-23b所示;但此时网络结构较先前的辐射式有所改进，故合联络开关3，如图2-23c所示，可恢复健全区域C区的供电。显然，这种接线形式较辐射式可靠性提高了。

3.三电源点的多分段多联络接线故障的处理

图2-24所示为典型三电源点的多分段多联络接线，3、6、8为联络开关，正常运行时打开，其余为分段开关且闭合。若电源S2出线故障，则首先分段开关10分段，隔离故障区域。原来由电源2供电的8—10、6—10之间的区域将改由另两个电源点供电，即实现负荷转带。实际中，具体转带方式可以视具体情况而定，可以有如下几种。当转带电源具备完全转带能力，则可以采取以下两种方案：

1）闭合联络开关6，原来由电源S2供电的8—10、6—10之间的区域改由电源S1转带。

2）闭合联络开关8，原来由电源S2供电的8—10、6—10之间的区域改由电源S3转带。

上述两种方案是由另一个电源转带所有负荷，若经过计算，转带电源不具备完全转带能力，则可以采取以下两种方案（即分段转带）：

1）分断开关7分断，合上联络开关6，6—7由电源S1转带；合上联络开关8，8—9，9—10，7—10由电源S3转带；注意，应该先将分断开关7分断，再合联络开关，以防止出现闭环运行。

2）分断开关9分断，合上联络开关8，则8—9由电源S3转带；合上联络开关6，则6—7，7—10，9—10由电源S1转带。

根据上述分析，显然，三电源点接线方式较双电源供电方式更加灵活，可以实现多种负荷转带方式，进一步提高了供电可靠性。

4.日本3分4连接线故障的处理

图2-25所示为日本6kV配电系统广泛采用的一种接线形式，称为3分4连接线。3分是指由变电站出的每条馈线都被分段开关分成了3段，4连是指被分的每一段馈线都可以从4个方向获取电能。

以干线Ⅱ变电站出口馈线故障为例说明，如图2-25所示。图中，实心圆表示分段开关，闭合；空心圆表示联络开关，断开，各开关旁边的数字表示开关编号。分段开关4将会断开以隔离故障区段。开关4和开关9之间的健全区域可以有3种方式获取电能：一是闭合联络开关6，由变电站经过开关3、连接线、闭合的联络开关6进行供电；二是闭合联络开关7，由变电站经过开关5、连接线、闭合的联络开关7进行供电；三是闭合联络开关14，由对面电源经闭合的联络开关14、主干线、开关9进行供电。

从上述分析可以看到，3分4连接线形式的故障处理过程非常灵活，其他区段故障时，读者可以自行分析。