10kV及以下电压等级工厂供配电系统电力系统运行可靠性分析与提升方案

在工业用电系统中，10kV及以下电压等级的供配电网络承担着从主变压站向终端负荷输送电能的关键职能。该电压等级不仅覆盖范围广、节点密集，而且用电负载类型复杂、运行环境多变，因此其运行稳定性与可靠性成为整个工厂能源体系的基础保障。然而，在工业系统扩张速度加快与设备智能化水平提升的双重背景下，传统低压配电系统暴露出诸多结构性短板。主要表现为供电路径冗余度不足、继电保护配置滞后、运维管理依赖人工和设备故障响应延迟等问题频现，严重影响系统的稳定供电能力与整体效率。

一、工厂供配电系统运行可靠性面临的主要问题分析

（一）电力系统结构单一，故障转供能力差

在多数工厂的配电网络中，10kV及以下电压等级通常采用相对简化的单电源架构。这种结构虽然在投资与施工方面具备一定的经济性，但从运行角度来看，其灵活性严重受限。一旦主供电回路出现故障，整个系统便会面临全面停电的风险，这种局限不仅影响到正常生产秩序，还可能波及关键控制系统的安全运行[1]。缺乏备用电源或独立支路的布设，使得系统在突发性断电事件中毫无补救措施。特别是对于一些连续性要求较高的工艺流程而言，这种中断通常会造成连锁式的效率衰减，甚至容易引发经济与安全上的次生损失。传统网络中对故障点的隔离与恢复路径设计也相对薄弱，线路之间缺乏必要的联络机制，致使供电系统在面对局部问题时常常无法快速恢复局部正常运行。

（二）保护配置不合理，故障隔离效率低

在设计工厂供配电系统阶段通常更侧重于权衡负载能力与运行成本，而对继电保护系统的优化配置重视不足，导致在实际运行中，保护环节成为系统可靠性中薄弱的一环。传统继电保护装置以定值设定为主，缺乏动态调节与场景适应能力，当电网中出现复杂故障类型时，容易发生保护误动作或拒绝动作的现象。尤其在支路众多和负载差异大的工厂配电场景中，一旦保护动作出现偏差，就可能导致故障区域难以准确切除，甚至引发更大范围的电能波动。这种非选择性的跳闸行为，不但影响了正常用电区域，也增加了故障处理的难度与时长。再者，一些旧有系统尚未配备故障指示设备与遥控开关，保护响应主要依赖人员巡视与人工判断，其保护效率在突发情况下难以满足实际需求。在继电保护系统未与上位监控系统深度融合的情况下，其运行状态常处于“黑箱”状态，给故障判断与后续分析带来极大不便。因此，当故障发生时，保护装置的行为不仅未能提供及时有效的隔离支持，反而成为系统进一步恶化的诱因。

（三）运维模式落后，故障预警与抢修响应滞后

在多数工厂环境中，供配电系统的日常运维工作仍依赖于传统的人工巡检与定期检修制度。虽然这种方式已延续多年，但在面对当前设备密度高和负载复杂化的现代工业场景时，其局限性愈加明显。特别是在部分人员编制有限的企业中，配电运维人员无法对全部节点实现高频次的巡视，系统运行状态大多处于“看不见、管不住”的非透明状态。更为突出的是，一旦关键设备发生异常情况，如电缆发热、开关异常或者电压波动等，通常需等到用户侧反馈停电或异常后，才启动问题排查程序[2]。这样一来，不仅错过了故障发生前的干预时机，也大幅延长了抢修与恢复时间。运维效率低下还体现在设备状态数据的缺失上，缺乏连续性和实时性的数据积累，导致判断依据模糊，决策精度有限。

二、 提升运行可靠性的策略与实施路径

（一）重构供电网络结构，实现供电路径多样化

首先，在原有供电路径上增设双电源结构，是优化网络可靠性的有效手段。应在主电源基础上布设备用供电回路，使关键负载在主路异常时具备无缝转供条件。采用环网供电设计能够构建多个方向供电回路，在负载切换、局部维护或事故隔离时提供灵活调度空间。其次，需同步配置相应环网柜与分支控制单元，提升线路的可操作性。在系统主干路径中，应针对负荷等级与布点密度，合理设置分布式电源节点，使其既分担集中负载压力，又为局部用电提供应急电力支持。针对核心负载区域，可引入UPS或微电网模块，以“就地—即用”的方式保障在外部断电状态下持续运行，尤其适用于自动化产线与无停电容忍区域。再者，供电转换过程应实现设备级的自动识别与快速切换，可通过安装自动转换开关（ATS）或智能开闭所实现系统联动[3]。必要时配套电压监测模块与断路逻辑设定，提升分布环节的供电敏捷性与主动调节能力。此外，在网络规划阶段还需同步考虑负荷优先级与供电路径冗余的协调策略。可将重要负载区域划分为一级负荷保障区，设置独立馈线通道及应急电源策略，而对可中断类负荷采取调峰管理措施，以减轻系统压力。同时，线路敷设时应避免共通路径布局，提升故障隔离后的供电完整性。最后，在运行阶段，应借助可视化监测界面实时掌握各路供电状态，利用智能算法实现路径最短且响应最快的切换决策，从而将整体供电系统构建为一个具备弹性和动态调配能力的有机网络。在故障诊断环节，以往多依赖传统的阈值判断与简单的故障树分析模型，此类方法难以应对复杂多变的配电网故障场景。如今，伴随 AI 技术的迅猛发展，定制供配电行业AI辅助大模型正崭露头角。以DeepSeek为代表的大模型，通过对海量历史故障数据、设备运行参数、环境因素数据等多源信息的深度挖掘与学习，构建起高度智能化的故障诊断体系。在实际应用中，当配电网发生异常时，该模型能够快速融合线路电流、电压波动、设备温度异常等多模态数据，利用其强大的语义理解与逻辑推理能力，精准定位故障点并给出故障原因分析，相较传统诊断方式，诊断准确率显著提升。

（二）优化保护配置与故障快速切除机制

构建精细响应机制需从保护逻辑入手，首先在主变与支路节点引入差动保护装置，用以提高对短路和接地等典型故障的选择性识别能力。对于负载密集区，应部署馈线自动化模块并结合智能测控单元，在识别故障类型的同时快速判定故障位置，并根据指令执行开关跳闸或隔离断点动作。短路选线器作为核心设备，可安装于配电分支处，用以识别特定支路异常并发送闭锁信号，避免全网性保护误跳。电缆通道中应增设故障指示器或电子熔丝模块，通过低功耗传输技术实现本地告警并上报主控平台。其次，对于设备间的跳闸协调策略，应采用延时梯度设计模式，使保护动作具备方向性与分级性。支路末端建议安装智能开关装置，其具备自检、远控及故障点定位等复合性功能，更适配现代化工厂快速响应需求。同时，分区段管理理念也应引入系统设计中，通过将负荷侧划分为多个可独立控制的小区域，使得局部故障可精准切除，而非造成整条干线断供。在负荷预测方面，传统的时间序列分析、回归分析模型受限于对复杂影响因素的捕捉能力，预测精度难以满足配电网精细化调度需求。定制供配电行业AI辅助大模型则能够整合气象数据、社会经济活动信息、用户用电习惯等多元数据，运用深度学习算法进行建模。例如，通过对某区域历年夏季高温时段气象条件与工业、居民用电数据的学习，模型能够准确预测不同气温、湿度条件下的负荷变化趋势，为配电网提前安排发电计划、优化电网运行方式提供可靠依据，负荷预测误差可控制在 5% 以内，如山东省电力公司联合阿里云和达摩院落地的“基于 AI 的电网负荷预测实践”项目获得“数字样板”工程优秀案例称号，其AI负荷预测系统覆盖德州、日照等地，德州运行半年来，预测准确率整体约达98%，误差控制在 5%以内，有力保障电力供需平衡。再者，为了进一步完善系统功能，还需将保护设备与运行监测平台进行联动管理。各类保护动作信号应同步上传至主站系统，由调度控制模块实时分析事件类别与响应路径，形成“识别—隔离—回送”闭环机制。在此基础上可叠加智能分析模型，对故障频发区域进行趋势预警，指导后续的保护定值修订与设备升级。并且，对具备多能源接入能力的配电系统，还需设置跨区域联动保护方案，防止系统内部电源干扰与功率逆流引发保护失效。

（三）引入智能化监控平台与预测性维护体系

推动系统维护由“被动响应”转向“主动识别”，首先需打通“感知—分析—处置”的数据链条。应以分布式布点方式安装远程监测终端，包含无线温度感应器、局部放电传感模块和振动信号收集器等，优先布设在高电流、高负载率和老旧设备段落，通过边缘设备实时采样与本地缓存降低数据延迟。在高压进线与母线节点设置高频采样仪表，以捕捉短时波动与负载突变行为。其次，在平台层面应整合SCADA系统与DMS功能，构建数据中心，实现运行参数的多维度交互分析。设备状态模型可与历史运行档案进行比对，在趋势预测中提取早期故障特征。诊断结果需与运维任务系统联动，形成“告警—分析—派工—修复”的闭环管理。同时，系统还应接入移动终端与可视化平台，使维护人员可实现远程操控、设备画面实时调阅与巡检结果远端录入，避免信息分散。重要的是，在系统运维过程中，需逐步推行“设备寿命管理”机制，通过大数据建模判断运行压力累积，从而提前制定备件更换周期与维护计划。再者，为增强系统韧性，还应将平台功能拓展至全生命周期数据追踪与故障知识库构建。在每次设备故障响应过程中采集操作日志与诊断数据，通过标准化模板进行归档与建模，使系统具备自我学习与决策迭代能力[4]。并且，在关键监测节点，应优先部署具备边缘计算能力的智能终端，实现部分预警功能前置下沉，缓解中心系统处理压力。此外，在平台交互方面，建议采用多级权限结构，将运行信息与预警分发至运维、调度和管理等多个角色，使各环节信息共享，响应高效。最后，为提升预测维护的可控性，可引入基于机器学习的异常行为识别算法，训练模型识别负载波动中的非线性信号，从而在尚未形成故障前提供预判依据[5]。

三、结语

在现代工业用电体系不断演进的背景下，10kV及以下电压等级工厂供配电系统的运行可靠性已成为衡量电力支撑能力与安全保障水平的重要基础。从系统结构到保护逻辑，从运维模式到电能质量，每一层级的优化均关系着整体电力系统的稳定性与持续性运行。本文聚焦于当前运行过程中存在的结构单一、隔离效率低、故障响应迟缓及电能干扰频发等关键问题，分别从供电路径优化、保护机制强化、智能化运维体系构建以及电能质量治理等多个角度，提出了面向工程实施的具体策略。通过系统性地梳理与逻辑论证，这些措施具备明确的可操作性与技术协调性，能够有效推动工厂配电系统实现从粗放式运行向精细化和智能化管理的转变。面向未来，在10kV及以下电压等级工厂供配电系统建设与运维实践中，应持续结合实际工况，动态优化运行模型，提升系统感知能力与响应水平，为构建安全、高效和绿色的工业电力环境奠定坚实基础。

文章来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html