一种10KV配电网系统

技术领域

本发明涉及配电技术领域，更具体地说，它涉及一种10KV配电网系统。

背景技术

电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节组成的。在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地连接在一起。发电、变电、输电、配电以及用电这五个环节环环相扣、时时平衡、缺一不可，在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。

10KV配电网系统是电力系统的一部分，它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行，然而，长期积累形成的电网发展滞后的矛盾仍旧突出，电网结构还是比较薄弱，尤其是特高压和配电网“两头薄弱”较为突出，在电网建设的初级阶段，中低压配电网基本是跟随用户需求建设起来的，受投资方影响较大，其配电网系统及配电网系统中的网架结构缺乏合理设计，进而导致10KV配电网供电可靠性低。

另外，由于电力系统网络元件的阻抗主要时感性的，所以在电网中输送无功功率就造成受电端的电压幅值不稳定，是输电线路的输送能力降低，因此，保持电力系统中无功功率的平衡是保证电力系统电能质量、电压质量、降低电网损耗及保证系统安全稳定运行的必要条件，而保证系统无功功率平衡的方法是对电力系统进行无功补偿，以提高供电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗，从而改善系统的稳定性提高供电质量，现有的无功补偿装置主要包括电力半导体器件、开关投切固定电容以及无功发生器，但是这些无功补偿装置无功补偿效果不甚理想，并且无法解决电力电子装置产生的谐波影响，从而无法保证系统安全可靠地运行。

配电网线路的布线一般都是在室外空旷地带，对于电缆外皮的要求比较高，目前市场上的电缆外皮使用较多的是天然橡胶和丁苯胶，这种材质弹性虽然好，但是耐候性差，实际使用过程中，容易老化开裂，仍然满足不了在一些特殊地方或者环境恶劣的地方的需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种10KV配电网系统，其用于解决现有的配电网不能安全可靠地运行，同时，也用于解决现有的配电网中电缆在一些特殊地方不能使用的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种10KV配电网系统，包括：10KV电压配电线路、变电站、开关站、配电室以及控制保护设备，所述10KV电压配电线路通过配电网网架连接，所述配电网网架包括架空网网架以及电缆网网架，所述变电站用于将电网的输电电压转为配电电压，所述开关站用于分配10KV电压配电线路，所述配电室用于将10KV电压转换为用电电压，所述控制保护设备用于检测10KV配电网系统故障，所述10KV配电网系统还包括无功补偿装置，所述无功补偿装置包括无源无功模块、有源无功补偿模块以及控制模块，其中，有源无功补偿模块的容量与无源公务补偿模块间的最大容量级差相等，所述无源无功补偿模块经控制模块与有功补偿模块通过垂直母排并联接入电网，所述无源无功补偿模块包括多个无功补偿单元，各个无功补偿单元均经接触器与电网相连，每个无功补偿单元均包括两个反向并联的晶闸管，晶闸管并联后一端与电网相连，另一端依次通过第一电感以及第一电容接地，所述有源无功补偿模块采用静止无功发生器，静止无功发生器通过第二电感与电网相连，所述控制模块包括无功补偿控制单元、第一光耦隔离单元、第二光耦隔离单元、无功发生器控制单元以及第一控制器，所述第一控制器的输出端依次通过第一光耦隔离单元以及无功补偿控制单元与各个无功补偿单元相连，所述第一控制器的输出端还依次通过第二光耦隔离单元以及无功发生器控制单元与静止无功发生器相连。

通过上述技术方案，本发明将无缘无功补偿与有缘无功补偿结合起来，对电网进行无功补偿，充分发挥了二者的优点弥补各自缺点，同时也能够对负载中含有的谐波电流进行过滤，改善了电网的无功补偿效果，提高了电网的电能质量，保证电网安全可靠地运行，并且，在补偿容量范围内，剩余无功始终小于无缘无功补偿模块的级差，因此，有缘无功补偿模块可以全程弥补无缘无功补偿模块的级差，实现了补偿装置输出容量的连续性。

本发明进一步设置为：所述架空网网架包括多分段单联络结构或者多分段适度联络结构。

通过上述技术方案，提高了10KV配电网系统的供电可靠性。

本发明进一步设置为：所述电缆网架包括单环式结构、双环式结构、多分支多联络结构或者N供一备结构。

通过上述技术方案，提高了10KV配电网系统的供电可靠性。

本发明进一步设置为：所述控制保护设备包括断路器、继电保护器、电压互感器以及电流互感器中至少之一。

通过上述技术方案，提高了10KV配电网系统的供电可靠性。

本发明进一步设置为：所述无源无功补偿模块由采用固态继电器作为投切元件的电容和电抗串联电路组成，其中，所述无源无功补偿模块由电容和电抗组成串联电路，并与固态继电器串联。

通过上述技术方案，可以使有源无功补偿模块全程弥补无源无功补偿模块的级差，实现了补偿装置输出容量的连续性。

本发明进一步设置为：所述无功补偿装置还包括过压保护模块，所述过压保护模块包括依次连接的检测单元、处理单元以及保护单元，所述检测单元包括三相功率表，所述三相功率表设置于负载侧的母线上，所述处理单元包括比较器以及第二控制器，所述比较器的第一输入端与三相功率表的输出端相连，所述比较器的第二输入端输入阈值信号，所述比较器的输出端与第二控制器相连，所述第二控制器的输出端与保护单元相连，所述保护单元包括复合开关，所述复合开关设置于各个接触器与无功补偿单元之间，所述第二控制器的输出端控制连接复合开关。

通过上述技术方案，当负载的电压超过设定值时，过压模块切断无功补偿装置与电网之间的连接，有效地防止当系统电压过大时造成无功补偿单元损坏的现象，提高补偿装置的使用寿命。

本发明进一步设置为：所采用的电缆外皮为耐腐蚀绝缘外皮，所述耐腐蚀绝缘外皮按重量组成份数，包括7份邻苯二甲酸酯、8份聚碳酸酯、9份硬脂酸钠、6份稳定剂、9份将聚丙烯、9份三聚氰胺、8份抗氧化剂、3份三乙烯二胺、8份石蜡油、6份三型聚氯乙烯、46份尼龙、17份氯化橡胶、19份无机阻燃剂以及7份石棉。

通过上述技术方案，本发明的电缆外皮采用耐腐蚀绝缘外皮，具备优良的阻燃性能以及耐腐蚀性能，不易受外界因素损坏，并且短路时不易起火，大大增加了电缆的安全性能，并且，使用尼龙成分，使绝缘外皮具有耐磨耐高温的特性，在低温状态下也不会裂开。

本发明进一步设置为：当负荷密度为1000-5000KW/km²时，所述架空网网架为多分段单联络结构；当负荷密度为5000-10000KW/km²时，所述架空网网架为多分段适度联络结构，所述电缆网网架为单环式结构、多分支多联络结构以及N供一备结构中任意一种；当负荷密度为10000-30000KW/km²时，所述电缆网网架为双环式结构。

通过上述技术方案，可以直观的区别架空网网架以及电缆网网架的结构使用环境，并且，架空网网架采用多分段适度联络可靠性较高，电缆网网架采用双环网可靠性较高。

本发明进一步设置为：当所述架空网网架为多分段单联络结构时，所述架空网网架线路中的分段数为3至5，联络数为1，供电半径小于等于2千米，分段开关、联络开关选用负荷开关，在配电自动化规划区域内，每条线路的联络开关、分段开关配置遥感模块、遥信模块以及遥控模块。

通过上述技术方案，合理分段可以提高电网运行的可靠性，并且，开关节点可以根据遥感模块、遥信模块以及遥控模块实现遥感、遥信以及遥控的功能。

本发明进一步设置为：当所述架空网网架为多分段适度联络结构时，所述架空网网架线路中的分段数为3至5，联络数为2至3，供电半径小于等于2千米，分段开关、联络开关选用负荷开关，在所述配电自动化规划区域内，每条线路的联络开关、分段开关配置遥感模块、遥信模块以及遥控模块。

通过上述技术方案，合理分段可以提高电网运行的可靠性，并且，开关节点可以根据遥感模块、遥信模块以及遥控模块实现遥感、遥信以及遥控的功能。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)通过将无缘无功补偿与有缘无功补偿结合起来，对电网进行无功补偿，充分发挥了二者的优点弥补各自缺点，改善了电网的无功补偿效果，提高了电网的电能质量，保证电网安全可靠地运行，并且，在补偿容量范围内，剩余无功始终小于无缘无功补偿模块的级差，因此，有缘无功补偿模块可以全程弥补无缘无功补偿模块的级差，实现了补偿装置输出容量的连续性；

(2)通过设置过压保护模块，当负载的电压超过设定值时，过压模块切断无功补偿装置与电网之间的连接，有效地防止当系统电压过大时造成无功补偿单元损坏的现象，提高补偿装置的使用寿命；

(3)通过将电缆外皮为耐腐蚀绝缘外皮，具备优良的阻燃性能以及耐腐蚀性能，不易受外界因素损坏，并且短路时不易起火，大大增加了电缆的安全性能。

附图说明

图1为本发明的10KV配电网系统的结构示意图；

图2为本发明的无功补偿装置的内部结构示意图；

图3为本发明的过压保护模块的原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当可以理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明所保护的范围。

下面结合附图对本发明进行详细描述。

实施例1

请参见图1，为本发明的10KV配电网系统的结构示意图，如图所示，所述10KV配电网系统可以包括10KV电压配电线路、变电站、开关站、配电室、控制保护设备以及无功补偿装置，所述10KV电压配电线路分别与变电站、开关站以及控制保护设备电性连接，所述变电站与控制保护设备电性连接，所述开关站分别与控制保护设备以及配电室电性连接，所述配电室与控制保护设备电性连接，所述无功补偿装置与控制保护设备电性连接，下面针对各个部件结构做进一步详细的描述。

所述10KV电压配电线路通过配电网网架连接，其中，较佳的，在本实施例中，所述配电网网架可以包括架空网网架以及电缆网网架，所述架空网网架可以为如下任意一种或多种结构，例如，多分段单联络结构以及多分段适度联络结构，所述电缆网网架可以为如下任意一种或多种结构，例如，单环式结构、双环式结构、多分支多联络结构以及N供一备结构，其中，较佳的，在本实施例中，当架空网网架包括多分段单联络结构时，所述架空网网架通过负荷开关分为三段，两条出自不同变电站的架空线路联络。

所述变电站用于将电网输电电压转化为配电电压，并且通过10KV电压配电线路输出。

所述开关站用于分配10KV电压配电线路，其中，经过开关站分配的10KV电压配电线路引入配电室。

所述配电室中设置有变压器以及10KV开关柜，所述配电室用于将10KV电压转换为用电电压。

所述控制保护设备用于检测10KV电压配电网系统故障，或在故障发生时保护10KV配电网系统，其中，较佳的，在本实施例中，所述控制保护设备可以包括断路器、继电保护器、电压互感器以及电流互感器中的至少之一。

另外，需要说明的是，在本实施例中，配电网网架结构是指由电源点馈出，由线路、开关、配变等元件按照一定接线方式组成的、具有相互联络关系的、能够配送电能的配电网接线结构，负荷密度在1000-5000KW/km²之间为低负荷密度，负荷密度在5000-10000KW/km²之间为中负荷密度，负荷密度在10000-30000KW/km²之间为高负荷密度。

其中，较佳的，在本实施例中，当负荷密度为1000-5000KW/km²时，所述架空网网架为多分段单联络结构；当负荷密度为5000-10000KW/km²时，所述架空网网架为多分段适度联络结构，所述电缆网网架为单环式结构、多分支多联络结构以及N供一备结构中任意一种；当负荷密度为10000-30000KW/km²时，所述电缆网网架为双环式结构。

其中，对于低负荷密度地区的架空配电线路可采取多分段单联络的接线方式，开环运行，视线路负荷的性质、容量、用户数量以及线路长度，一般将线路分为3段，必要时，可以适当增加分段数量，整条线路及分段的最大负载率应该留有必要的裕度，以实现故障或检修下的负荷转供。

较佳的，当电缆网网架包括多个单环式结构时，两组单环式结构之间设置联络线，配电网网架接线结构为单环网三电源两主一备接线模式，单环网网架结构包含两个电源站，变压器串联于两个电源站之间，联络开关为常开式联络开关，设置于变压器上。

较佳的，当架空网网架包括多分段单联络结构时，架空网网架线路中的分段数为3至5，联络数为1，供电半径小于等于2千米，分段开关、联络开关选用负荷开关，在配电自动化规划区域内，每条线路的联络开关、分段开关配置遥感模块、遥信模块以及遥控模块，具体的，多分段单联络结构适用于负荷密度介于1000-5000KW/km²的地区。

较佳的，当架空网网架包括多分段适度联络结构时，架空网线路通过负荷开关分为三段，每段线路与出自同一变电站的另一线路或与出自其他变电站的线路联络；其中，线路一般根据所接负荷量、容量，采用柱上开关将线路分为三段，每段线路与变电站1其他线路或与其他变电站线路设置一处联络，开环运行，较长支线可在其首段曾装分段开关，进一步地，在实际使用中，在适当分段配置自动化以节省投资。

其中，对于中负荷密度地区的架空配电线路，可以采取多分段多联络的接线方式，开环运行，以利于运行灵活及发挥设备投入效益，一般分为三段、三联络为佳，每个分段与其他线路设置一处联络，与其他同站或异站线路联络，必要时可以适当增加分段数量，对于较长支线，可以在其首段曾装分段开关，对实施配电自动化的线路，可适当增加线路的分段数及联络。

较佳的，当架空网网架包括多分段适度联络结构时，架空网网架线路中的分段数为3至5，联络数为2至3，供电半径小于等于2千米，分段开关、联络开关选用负荷开关，在配电自动化规划区域内，每条线路的联络开关、分段开关配置遥感模块、遥信模块以及遥控模块，具体的，多分段适度联络结构适用于负荷密度介于5000-10000KW/km²的地区。

其中，在市中心、高负荷密度地区，为满足重要负荷的供电需求，可以采取双环网的接线方式，初期可根据重要负荷需求、投资规模、地区经济发展，建设电缆双射线路，根据必要及可行过渡到双环网，所接用户数量应根据负荷性质、负荷容量和供电可靠性要求等因素综合确定，线路干线最大负载率应控制在50%以下，以实现故障或检修下的负荷转供。

较佳的，当电缆网网架包括双环式结构时，双环式结构的分段数不能超过6个，联络数为1，供电半径小于等于2千米，分段开关、联络开关选用环网柜，在配电自动化规划区域内，联络开关配置遥感模块、遥信模块以及遥控模块，具体的，双环式结构适用于负荷密度介于10000-30000KW/km²。

本实施例所提到的N供一备结构是指，N条电缆线路作为供电线路，另外一条线路作为公共备用线路，构成电缆环网运行，供电线路可满载运行，若某一条供电线路出现故障，则可以通过切换将备用线路投入运行，这种接线方式适用于中负荷密度地区、较大容量用户集中区域，建设备用线路也可以作为完善现状网架的改造措施，用来缓解供电线路重载，以及增加不同方向的电源。

其中，在各种网架结构中，架空网中多分段（适度）联络的可靠性较高，电缆网中双环网的可靠性较高，不同负荷密度地区几种网架结构的可靠性大小关系基本不变，但负荷密度越大的地区网架结构之间的可靠性差别就越小。

请参见图2，为本发明的无功补偿装置的内部结构示意图，如图所示，所述无功补偿装置可以包括无源无功补偿模块、有源无功补偿模块以及控制模块，其中，所述有源无功补偿模块的容量与无源无功补偿模块间的最大容量级差相等，所述无源无功补偿模块经控制模块与有源无功补偿模块通过垂直母排并联接入电网，无源无功补偿模块和有源无功补偿模块用于根据控制模块的输出信号来补偿所需的无功功率。另外，无源无功补偿模块以及有源无功补偿模块的结构与工作原理均为现有技术，故在此不再赘述。

所述无源无功补偿模块可以包括多个无功补偿单元，各个无功补偿单元均经接触器与电网相连，每个无功补偿单元均包括两个反向并联的晶闸管，两个晶闸管并联后一端与电网相连，另一端依次通过第一电感以及第一电容接地，其中，较佳的，在本实施例中，所述第一电感可以采用可调电感，可调电感包括线圈以及设置于线圈内并沿线圈移动的铁芯，铁芯的一端固定连接有齿条，齿条上啮合有齿轮，齿轮与电机的输出轴相连，电机与控制模块的输出端相连，通过调节铁芯在线圈中的长度，可以调节第一电感的电感值，从而使无功补偿单元避开电网的主要谐波频率，使电网的主要谐波经第一电感和第一电容流向大地，从而对电网的谐波进行治理。

其中，在本实施例中，所述无源无功补偿模块由采用固态继电器作为投切元件的电容和电抗串联电路组成，所述无源无功补偿模块由电容以及电抗组成串联电路并与固态继电器串联。

所述有源无功补偿模块采用静止无功发生器，所述静止无功发生器通过第二电感与电网相连，其中，较佳的，在本实施例中，所述静止无功发生器可以采用电压型三相全桥逆变器，所述三相全桥逆变器的三相输出端分别经第二电感连接电网。

所述控制模块可以包括无功补偿控制单元、第一光耦隔离单元、第二光耦隔离单元、无功发生器控制单元以及第一控制器，所述第一控制器的输出端依次通过第一光耦隔离单元以及无功补偿控制单元与各个无功补偿单元相连，所述第一控制器的输出端还依次通过第二光耦隔离单元以及无功发生器控制单元与静止无功发生器相连。

实施例2

请参见图3，为本发明的过压保护模块的原理框图，如图所示，本实施例与上一实施例的区别之处在于，本发明的无功补偿装置还可以包括过压保护模块，所述过压保护模块可以包括依次连接的检测单元、处理单元以及保护单元，所述检测单元采用三相功率表，所述三相功率表设置于负载侧的母线上，用于检测母线端的电压值、电流值和功率值，所述处理单元采用比较器以及第二控制器，所述比较器的第一输入端与三相功率表的输出端相连，所述比较器的第二输入端输入阈值信号，所述比较器的输出端与第二控制器相连，第二控制器的输出端与保护单元相连，所述保护单元采用复合开关，复合开关设置于各个接触器与无功补偿单元之间，所述第二控制器的输出端控制连接复合开关，所述检测单元实时检测负载侧的电压值，所述比较器将此电压值与阈值信号进行比较，当负载侧的电压值超过阈值时，所述第二控制器控制复合开关断开，将无功补偿单元与电网断开，防止当系统电压过大时造成无功补偿单元损坏的现象，提高无功补偿装置的使用寿命。

其中，所述功率检测模块实时检测电网的功率值，并发送至控制模块，当系统中的无功功率发生变化时，控制模块计算需要补偿的无功功率，并将无功补偿单元投入电网进行补偿，利用静止无功发生器对剩余无功进行补偿，可以有效地避免无功功率对电网造成的影响，从而改善无功补偿效果，提高电网的电能质量，保证电网安全可靠地运行，当负载中含有谐波时，静止无功发生器对负载中含有的谐波电流进行过滤，同时调节无功补偿单元中的第一电感的电感值，使无功补偿单元避开电网的主要谐波频率，从而对电网的谐波进行治理，进一步提高电网的电能质量。

另外，配电网线路的布线一般都是在室外空旷地带，对于电缆外皮的要求比较高，目前市场上的电缆外皮使用较多的是天然橡胶和丁苯胶，这种材质弹性虽然好，但是耐候性差，实际使用过程中，容易老化开裂，仍然满足不了在一些特殊地方或者环境恶劣的地方的需求。

较佳的，在本实施例中，所采用的电缆外皮为耐腐蚀绝缘外皮，所述耐腐蚀绝缘外皮按重量组成份数，可以包括7份邻苯二甲酸酯、8份聚碳酸酯、9份硬脂酸钠、6份稳定剂、9份将聚丙烯、9份三聚氰胺、8份抗氧化剂、3份三乙烯二胺、8份石蜡油、6份三型聚氯乙烯、46份尼龙、17份氯化橡胶、19份无机阻燃剂以及7份石棉；具体的制作过程可以为，将上述原料按照重量份数搅拌混合后，进行熔融操作，较佳的，熔融时间可以介于20分钟至40分钟，具体的可以为35分钟，并且，熔融温度保持在200-300度，具体的熔融温度可以为250度，最终冷却至常温状态即可得到耐腐蚀绝缘外皮。

本实施例所提到的耐腐蚀绝缘外皮的原料通过挤塑机组成型后得到，可以具备优良的阻燃性能以及耐腐蚀性能，不易受到外界因素损坏，并且短路时不易起火，大大增加了电缆的安全性能，并且，使用尼龙成分，使绝缘外皮具有耐磨耐高温的特性，在低温状态下也不会裂开。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。