基于故障后果分析法的配電網(wǎng)可靠性研究

張 磊

（山東電力集團(tuán)公司 菏澤供電公司，山東 菏澤274000）

0 引言

配電網(wǎng)從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級(jí)分配給不同電壓等級(jí)的各類用戶，與用戶利益密切相關(guān)。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模增大和系統(tǒng)事故導(dǎo)致停電將會(huì)造成很大的社會(huì)影響。如果發(fā)生大面積、長時(shí)間停電，不僅影響供電部門的經(jīng)濟(jì)效益，而且危及社會(huì)秩序，造成不良的社會(huì)影響。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，配電系統(tǒng)故障引起的用戶停電事件占總停電事件的80%以上[1]，因此，提高配電網(wǎng)的可靠性對(duì)改善電能質(zhì)量具有重要意義，同時(shí)，促進(jìn)電力工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和管理，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)城市建設(shè)和規(guī)劃有著重要作用。

1 影響可靠性因素

配電網(wǎng)可靠性衡量了電力系統(tǒng)是否向用戶持續(xù)提供充足、合格的電量。影響中壓配電網(wǎng)供電可靠性的主要因素主要有以下幾個(gè)方面。

1.1 線路故障率及故障修復(fù)時(shí)間

配電線路長期處于露天運(yùn)行，發(fā)生跳閘事故的頻率十分高，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)供電可靠性[2]。線路故障率和故障修復(fù)時(shí)間直接影響用戶停電時(shí)間，如果故障率降至0.05次/km·年，用戶年平均停電時(shí)間可由3.4小時(shí)/戶降至2.7小時(shí)/戶，大大提高供電可靠性[3]。

1.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)大多采用放射狀輻射式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)容易造成供電半徑大，線路轉(zhuǎn)供能力、可靠性差，特別是設(shè)備故障或線路故障導(dǎo)致停電時(shí)，往往影響面較大[4]。

1.3 非故障停電

非故障停電原因包括中壓配電網(wǎng)上級(jí)電源的輸變電線路或變電站改造、檢修及配電網(wǎng)檢修、改造等造成的停電[2]。尤其是近些年的城農(nóng)網(wǎng)改造，配電網(wǎng)非故障停電的次數(shù)增多，線路停電頻繁，影響配電網(wǎng)供電可靠性。

2 可靠性分析的指標(biāo)

配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)包括對(duì)配電系統(tǒng)中負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)[5]。系統(tǒng)可靠性指標(biāo)是在確定負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)電力配電網(wǎng)可靠性水平的定量評(píng)估。通過可靠性計(jì)算的分析，找到系統(tǒng)中可靠性薄弱環(huán)節(jié)，從而提出行之有效的改進(jìn)措施。

2.1 負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)

負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)通常由平均故障率λ、平均停電時(shí)間U和平均停運(yùn)持續(xù)時(shí)間γ來描述各負(fù)荷點(diǎn)持續(xù)供電能力。負(fù)荷點(diǎn)經(jīng)線路、斷路器等電力元件與電源點(diǎn)串聯(lián)，因此，串聯(lián)系統(tǒng)中，任何一元件發(fā)生故障都無法滿足負(fù)荷正常供電。負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)計(jì)算式如下：

1）平均故障率λ

平均故障率λ反應(yīng)了負(fù)荷點(diǎn)停電頻率，它的值越大，說明負(fù)荷點(diǎn)停電越頻繁，可靠性不高。

2）平均停運(yùn)持續(xù)時(shí)間γ

當(dāng)配電網(wǎng)負(fù)荷側(cè)裝設(shè)備用設(shè)備時(shí)，如果發(fā)生故障，負(fù)荷點(diǎn)的平均停運(yùn)持續(xù)時(shí)間就是備用設(shè)備切換時(shí)間，大大縮短停運(yùn)時(shí)間，保障配電網(wǎng)可靠性。

3）平均停運(yùn)時(shí)間U

平均停運(yùn)時(shí)間U大小決定了負(fù)荷點(diǎn)故障排除時(shí)間，平均停運(yùn)時(shí)間U值越大，故障排除時(shí)間越長。

式中：λ′——故障停運(yùn)率；

λ″——故障檢修停運(yùn)率；

r′——故障修復(fù)時(shí)間；

r″——故障檢修持續(xù)時(shí)間。

2.2 系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)

通過以上分析，明確負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)，但由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元件眾多，僅用負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)不足以完全體現(xiàn)整個(gè)配電系統(tǒng)的可靠性。

1）系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間 SAIDI（System Average Interruption Duration Index)

式中：Ui——負(fù)荷點(diǎn)i的年平均停運(yùn)時(shí)間；Ni——負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)。

2）系統(tǒng)平均停電頻率SAIFI(System Average Interruption Frequency Index)

式中：λi——負(fù)荷點(diǎn)i的故障率；

Ni—負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)。

3）用戶平均停電持續(xù)時(shí)間 CAIDI（Customer Average Interruption Duration Index）

式中：Ui——負(fù)荷點(diǎn)i的年平均停運(yùn)時(shí)間；

λi——負(fù)荷點(diǎn)i的故障率；

Ni——負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)。

4）平均供電可用率ASAI(Average Service Availability Index)

式中：Ui——負(fù)荷點(diǎn)i的年平均停運(yùn)時(shí)間；

Ni——負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)。

5）不可靠率ASUI(Average Service Unavailability Index)

式中：Ui——負(fù)荷點(diǎn)i的年平均停運(yùn)時(shí)間；

Ni——負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)。

6）電量不足指標(biāo) ENS（Energy Not Supplied Index)

式中：La（i）——連接在每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)i上的平均負(fù)荷。

3 可靠性算例分析

通過分析配電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、配電線路及配電設(shè)備情況，利用故障后分析方法衡量電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況，判定配電網(wǎng)供電可靠性的優(yōu)劣。

本文中用故障模式后果分析法評(píng)估輻射狀配電網(wǎng)的可靠性，接線方式如圖1所示。圖中由四條線路，斷路器及42戶用戶組成（每戶分布如圖1所示，1節(jié)點(diǎn)接帶7戶，2節(jié)點(diǎn)接帶10戶，3節(jié)點(diǎn)接帶20戶，4節(jié)點(diǎn)接帶5戶）， 其中線路設(shè)備參數(shù)＝2 次/年，＝1 次/年，＝3h/次＝5h/次＝3 次/年＝1 次/年＝3h/次＝5h/次＝5 次/年＝，；，， ；，1 次/年，＝3h/次，＝5h/次；＝1 次/年，＝1 次/年，＝3h/次，＝5h/次。

圖1 輻射狀配電系統(tǒng)圖Fig.1 Radial distribution system diagram

當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)沒有備用電源，僅在系統(tǒng)首端裝配一臺(tái)斷路器時(shí)，無論線路1、2、3、4哪條線路故障，只能跳開首端斷路器，此時(shí)，影響系統(tǒng)所有的用戶數(shù)。此時(shí)，圖1中配電網(wǎng)各可靠性指標(biāo)參數(shù)計(jì)算如下。

用戶停電總戶時(shí)數(shù) U∑＝U1+U2+U3+U4＝462+588+840+336＝2226(戶時(shí))

這里僅講述一種情況的具體計(jì)算，因?yàn)槠渌闆r與此情況計(jì)算步驟相同，在此不再一一贅述。不同之處在于，當(dāng)有無備用電源或增加手動(dòng)（自動(dòng)）分段開關(guān)的不同情況下，如果線路故障，由于備用電源或分段開關(guān)的存在，導(dǎo)致故障前后影響用戶數(shù)不同，致使停電時(shí)間減少，影響范圍縮小，提高了配電網(wǎng)可靠性，對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 不同情況下配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)對(duì)比Tab.1 Distribution network reliability index comparison under different conditions

4 總結(jié)

通過分析配電網(wǎng)在不同情況下的可靠性指標(biāo)對(duì)比可知，雙電源系統(tǒng)和自動(dòng)化程度高的系統(tǒng)可靠性最高，停電次數(shù)最少，停電持續(xù)時(shí)間最短，因此，為電力系統(tǒng)提供連續(xù)供電的能力增強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性得到提高。

［1］汪穗峰,張勇軍,任倩，等.配電網(wǎng)可靠性定量分析研究綜述[J].繼電器,2008(3)：79-83.

［2］劉淑華.影響供電可靠性的因素及其提高措施[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2010(12)：279.

［3］鄒蔭榮.影響中壓配電網(wǎng)供電可靠性因素的分析[J].農(nóng)村電氣化,2003(8)：10-11.

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［5］肖楊明.安吉縣10kV配電網(wǎng)的供電可靠性評(píng)估與研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2012.