配電網(wǎng)特殊運(yùn)行方式的可靠性評估

張　盈，楊群英，黃江晨，李吉峰，朱光友，王　艷

(1.國網(wǎng)重慶市電力公司 電力科學(xué)研究院，重慶 401123，2.國網(wǎng)重慶市電力公司，重慶 400014；3.天津大學(xué)，天津 3000725；4.國網(wǎng)重慶市電力公司 璧山供電分公司，重慶 400030；5.重慶師范大學(xué)，重慶 401331)

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配電網(wǎng)特殊運(yùn)行方式的可靠性評估

張盈1，楊群英2，黃江晨1，李吉峰3，朱光友4，王艷5

(1.國網(wǎng)重慶市電力公司 電力科學(xué)研究院，重慶 401123，2.國網(wǎng)重慶市電力公司，重慶 400014；3.天津大學(xué)，天津 3000725；4.國網(wǎng)重慶市電力公司 璧山供電分公司，重慶 400030；5.重慶師范大學(xué)，重慶 401331)

針對有短期特殊供電要求的區(qū)域電網(wǎng)或重要負(fù)荷，嘗試在其特殊運(yùn)行方式制訂過程中引入可靠性評估環(huán)節(jié)。依據(jù)《中壓配電網(wǎng)可靠性評估導(dǎo)則》，運(yùn)用故障后果分析法，對各運(yùn)行方式進(jìn)行可靠性指標(biāo)分析，為選擇最優(yōu)運(yùn)行方式提供準(zhǔn)確技術(shù)依據(jù)。

可靠性評估；配電網(wǎng)；特殊運(yùn)行方式；指標(biāo)分析

近年來，隨著我國配電網(wǎng)建設(shè)投入的不斷加大，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益完善，配電網(wǎng)的運(yùn)行方式更加靈活多樣。如何選擇適應(yīng)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行需求的最佳運(yùn)行方式成為調(diào)度技術(shù)工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，配電網(wǎng)運(yùn)行方式的確定一般采用線路潮流估算結(jié)合“N-1”事故預(yù)想等傳統(tǒng)方法，難以實(shí)現(xiàn)停電風(fēng)險的精確量化和供電可靠性最優(yōu)。為解決上述問題，本文提出在配電網(wǎng)運(yùn)行方式安排工作中引入可靠性評估，為選取最優(yōu)運(yùn)行方式提供數(shù)據(jù)支撐。2013年6月,國家電網(wǎng)公司受電力行業(yè)可靠性管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委托，開展中壓配電網(wǎng)可靠性評估技術(shù)規(guī)范研究工作，并于2015年9月形成了《中壓配電網(wǎng)可靠性評估導(dǎo)則》(以下簡稱《導(dǎo)則》)報批稿，為配電網(wǎng)運(yùn)行方式可靠性評估工作的開展提供了技術(shù)基礎(chǔ)[1-4]。

配電網(wǎng)特殊運(yùn)行方式是指針對有特殊供電安排的局部電網(wǎng)所制定的短期運(yùn)行方式，通常以“天”為時間單位進(jìn)行調(diào)整，一般在配電網(wǎng)計劃檢修、工程施工、保供電及故障應(yīng)急處理等情況下啟用。合理高效地安排特殊運(yùn)行方式對配電網(wǎng)安全運(yùn)行意義重大。本文以《導(dǎo)則》為計算依據(jù)，利用配電網(wǎng)可靠性評估軟件，結(jié)合配電網(wǎng)特殊供電需求，對特殊運(yùn)行方式可靠性評估的方法及流程作詳細(xì)闡述，為最優(yōu)運(yùn)行方式的選取提供新的技術(shù)參考。

1　評估方法介紹

1.1《中壓配電網(wǎng)可靠性評估導(dǎo)則》介紹

《導(dǎo)則》規(guī)定了中壓配電網(wǎng)可靠性評估的術(shù)語及其定義、總則、評估指標(biāo)體系、模型與參數(shù)、評估流程及方法、評估軟件設(shè)計要求，以及評估報告編寫要求。

1)《導(dǎo)則》評估指標(biāo)體系及應(yīng)用模型

中壓配電網(wǎng)可靠性評估指標(biāo)分為負(fù)荷點(diǎn)指標(biāo)和系統(tǒng)指標(biāo)兩大類。負(fù)荷點(diǎn)指標(biāo)包括負(fù)荷點(diǎn)停電率期望值、負(fù)荷點(diǎn)故障停電率期望值、負(fù)荷點(diǎn)預(yù)安排停電率期望值等；系統(tǒng)指標(biāo)包括系統(tǒng)平均停電頻率期望值、系統(tǒng)平均故障停電頻率期望值、系統(tǒng)平均預(yù)安排停電頻率期望值等指標(biāo)參數(shù)?！秾?dǎo)則》采用的設(shè)施停運(yùn)模型包括兩狀態(tài)模型與三狀態(tài)模型。

2)《導(dǎo)則》評估需要的參數(shù)

《導(dǎo)則》中可靠性評估所需參數(shù)分為基礎(chǔ)參數(shù)及可靠性參數(shù)。其中，基礎(chǔ)參數(shù)包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、配電線路及變壓器基礎(chǔ)參數(shù)、負(fù)荷點(diǎn)數(shù)據(jù)等；可靠性參數(shù)包括故障停電及預(yù)安排停電相關(guān)參數(shù)。

3)故障模式后果分析法

根據(jù)《導(dǎo)則》 推薦，本文引用故障模式后果分析法(failure-mode-and-effect analysis，F(xiàn)MEA)[4]。

1.2中壓配電網(wǎng)特殊運(yùn)行方式評估流程

1)參數(shù)收集

從相關(guān)信息系統(tǒng)和文件資料中收集可靠性評估所需的全部基礎(chǔ)參數(shù)和可靠性參數(shù)。具體參數(shù)類別如表1所示。

表1　特殊運(yùn)行方式可靠性評估所需參數(shù)表

表1　(續(xù))

2)運(yùn)行方式制訂

根據(jù)電網(wǎng)特殊供電安排的需要，制訂多種可行的運(yùn)行方式。

3)運(yùn)行方式比選

首先針對各運(yùn)行方式中特定區(qū)域電網(wǎng)或負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行可靠性評估，根據(jù)特殊供電需求作出初步篩選。在此基礎(chǔ)上對各初選方式進(jìn)行全系統(tǒng)可靠性評估，最終確定最優(yōu)運(yùn)行方式。

2　評估范例

2.1評估對象介紹

為了確定某地區(qū)兩條配電線路在保電期間的最佳運(yùn)行方式，將F1線路及F2線路作為評估對象。這兩條線路的典型運(yùn)行方式(以下稱原運(yùn)行方式)分別如圖1與圖2所示。圖1與圖2中除聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開外，其余電器元件均在閉合狀態(tài)。其中，F(xiàn)1線路中的負(fù)荷點(diǎn)LP52為保電對象。F1線路及F2線路均采用單聯(lián)絡(luò)接線方式，F(xiàn)1線路中段通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)與F2線路尾端相連，互為備用。

圖1　原運(yùn)行方式下F1線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單線圖

圖2　原運(yùn)行方式下F2線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單線圖

2.2基礎(chǔ)資料收集

2.2.1基礎(chǔ)參數(shù)

1)配電設(shè)施基礎(chǔ)參數(shù)

通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PMS)及電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)獲取可靠性評估所需的配電設(shè)施基礎(chǔ)參數(shù)。同時，將原運(yùn)行方式下F1線分為96條線段，F(xiàn)2線分為99條線段，收集各線段長度值及型號導(dǎo)入軟件。

2)負(fù)荷點(diǎn)數(shù)據(jù)

用戶數(shù)：現(xiàn)狀電網(wǎng)中每臺配電變壓器為一個負(fù)荷點(diǎn)、一個用戶。

負(fù)荷容量：通過分析該市調(diào)度控制中心數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)評估區(qū)域(F1、F2供電區(qū)域)近1個月的最大負(fù)荷時刻發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時原運(yùn)行方式下F1線負(fù)荷為1.21 MVA，F(xiàn)2線負(fù)荷為1.84 MVA。線路上各負(fù)荷點(diǎn)按照裝機(jī)容量為權(quán)重進(jìn)行負(fù)荷分配。

2.2.2可靠性參數(shù)

由于主要關(guān)注短期臨時運(yùn)行方式調(diào)整對配電系統(tǒng)供電可靠性的影響，因此在進(jìn)行可靠性評估時可不考慮設(shè)施預(yù)安排停運(yùn)率的影響，只需要故障停電相關(guān)可靠性參數(shù)。采用典型可靠性參數(shù)作為可靠性評估的輸入?yún)?shù)，如表2、表3所示。

表2　設(shè)備停運(yùn)率及修復(fù)時間類參數(shù)

表3　故障定位隔離時間、開關(guān)操作時間類參數(shù) h

2.3運(yùn)行方式制定及分析

1)原運(yùn)行方式

F1和F2線路采用單聯(lián)絡(luò)接線模式，為不同變電站間的單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通過對系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析可知，F(xiàn)1線負(fù)荷為1.21 MVA，負(fù)載率為38.3%；F2線負(fù)荷為1.84 MVA，負(fù)載率為26.99%。保電對象LP52由F1線供電。兩條饋線互為備用且備用容量均在50%以上，當(dāng)發(fā)生故障時，故障段下游非故障區(qū)域可通過倒換方式由對側(cè)饋線進(jìn)行供電，電網(wǎng)供電可靠性較高。

2)運(yùn)行方式1

由F1與F2線路參數(shù)可知，F(xiàn)1線較F2線短15.56 km，負(fù)荷值較F2線低0.63 MVA。在原運(yùn)行方式下，聯(lián)絡(luò)開關(guān)至F1線主電源間有3臺斷路器可作為新運(yùn)行方式下的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)。為了不使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變，斷開距原聯(lián)絡(luò)開關(guān)最近的F1線斷路器DL18，合上原聯(lián)絡(luò)開關(guān)。此運(yùn)行方式記為運(yùn)行方式1。圖1中框線區(qū)域部分(含保電對象F1線負(fù)荷點(diǎn)LP52)通過原聯(lián)絡(luò)開關(guān)改為由F2線供電。

在運(yùn)行方式1下，F(xiàn)1線總長變?yōu)?.051 4 km，其中架空線路5.066 4 km，電纜線路1.985 km，有負(fù)荷點(diǎn)37個(即LP1-LP37)，開關(guān)設(shè)備18臺，負(fù)荷1.068 4 MVA，負(fù)載率33.82%；F2線總長變?yōu)?6.012 85 km，其中架空線路35.239 85 km，電纜線路0.773 km，有負(fù)荷點(diǎn)82個(包括原F2線路LP1-LP63以及原F1線路LP38-LP56)，開關(guān)設(shè)備10臺，負(fù)荷1.981 6 MVA，負(fù)載率29.07%。

3)運(yùn)行方式2

在原運(yùn)行方式下，聯(lián)絡(luò)開關(guān)至F2線電源間有3臺斷路器可作為新方式下的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)。為了不使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變，斷開F2線斷路器DL6，合上原聯(lián)絡(luò)開關(guān)，此運(yùn)行方式記為運(yùn)行方式2。圖2中虛線區(qū)域部分通過原聯(lián)絡(luò)開關(guān)改為F1線供電，保電對象LP52仍然由F1線主供電。

在運(yùn)行方式2下，F(xiàn)1饋線總長變?yōu)?9.958 8 km，其中架空線路17.920 8 km，電纜線路2.038 km，有負(fù)荷點(diǎn)72個(包括原F1線路LP1-LP56以及原F2線路LP48-LP63)，配電變壓器75臺，開關(guān)設(shè)備21臺，負(fù)荷1.572 3 MVA，負(fù)載率49.77%；F2線路總長變?yōu)?3.825 45 km，其中架空線路23.105 45 km，電纜線路0.72 km，有負(fù)荷點(diǎn)47個(即LP1-LP47)，開關(guān)設(shè)備5臺，負(fù)荷1.48 MVA，負(fù)載率21.71%。

2.4不同運(yùn)行方式對供電可靠性的影響

2.4.1保電對象供電可靠性分析

選定負(fù)荷點(diǎn)故障停電頻率期望值和負(fù)荷點(diǎn)故障停電時間期望值作為比選指標(biāo)。根據(jù)故障后果分析法，合理選取評估軟件進(jìn)行計算，得到不同運(yùn)行方式下保電對象(F1線路中LP52)的可靠性指標(biāo)。其指標(biāo)對比情況如表4所示。

表4　不同運(yùn)行方式下保電對象可靠性指標(biāo)對比情況

通過對可靠性評估計算結(jié)果分析可知，保電對象在原運(yùn)行方式及運(yùn)行方式2情況下的負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性較高。為保證對保電對象的供電高可靠性，初步篩選出原運(yùn)行方式與運(yùn)行方式2。

2.4.2系統(tǒng)供電可靠性分析

為確定最優(yōu)運(yùn)行方式，對原運(yùn)行方式與運(yùn)行方式2作進(jìn)一步分析。選取系統(tǒng)平均故障停電頻率期望值(SAIFI-F)、系統(tǒng)平均故障停電時間期望值(SAIDI-F)以及平均供電可靠率期望值(ASAI)作為比選指標(biāo)。其指標(biāo)對比情況如表5所示。

表5　系統(tǒng)可靠性指標(biāo)對比情況

根據(jù)系統(tǒng)可靠性評估結(jié)果，運(yùn)行方式2下的SAIFI-F，SAIDI-F，ASAI均優(yōu)于原運(yùn)行方式。因此，運(yùn)行方式2為最佳運(yùn)行方式。

3　結(jié)束語

配電網(wǎng)特殊運(yùn)行方式主要指針對計劃檢修、短期工程施工、重點(diǎn)負(fù)荷保電等需要作短期特殊供電安排的局部電網(wǎng)而制訂的短期運(yùn)行方式。特殊運(yùn)行方式的可靠性評估側(cè)重于分析有特殊供電安排的區(qū)域電網(wǎng)或負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)變化，以及該運(yùn)行方式對系統(tǒng)可靠性造成的影響。

本文主要介紹了特殊運(yùn)行方式的可靠性評估方法及流程，依據(jù)《中壓配電網(wǎng)可靠性評估導(dǎo)則》，運(yùn)用故障后果分析法，對各運(yùn)行方式進(jìn)行可靠性指標(biāo)計算及分析比選。評估流程大體概括為：收集基礎(chǔ)參數(shù)及可靠性參數(shù)；制訂可行運(yùn)行方式；依據(jù)特殊供電區(qū)域可靠性指標(biāo)、系統(tǒng)可靠性指標(biāo)兩個層級進(jìn)行運(yùn)行方式比選。

[1]國家電網(wǎng)公司．供電系統(tǒng)用戶供電可靠性工作指南[M]．北京：中國電力出版社，2012：103-105．

[2]謝開貴，楊群英，萬凌云，等．電力可靠性理論基礎(chǔ)[M]．北京：中國電力出版社，2012：57-58．

[3]趙華，王主丁，謝開貴，等．中壓配電網(wǎng)可靠性評估方法的比較研究[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(11)：3 295-3 302．

[4]萬凌云，王主丁，伏進(jìn)，等.中壓配電網(wǎng)可靠性評估技術(shù)規(guī)范研究[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2015，39(4)：1 096-1 100．

Reliability Evaluation of Special Modes of Operation of the Distribution Network

ZHANG Ying1，YANG Qunying2，HUANG Jiangchen1，LI Jifeng3，ZHU Guangyou4，WANG Yan5

(1．Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing 401123，P.R.China；2．State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing 400014，P.R.China；3．Tianjin University，Tianjin 300072，P.R.China ；4. Bishan Power Supply Branch of Chongqing Electric Power Company of SGCC，Chongqing 400030，P.R.China ；5．Chongqing Normal University，Chongqing 401331，P.R.China)

Special modes of operation of the distribution network are applied in regional networks with short-term special power supply requirements or some important load．This paper introduces the reliability evaluation of the modes．According to theGuidelinesfortheReliabilityEvaluationoftheMedium-voltageDistributionNetwork，by means of the FMEA，it also analyzes the reliability indexes of each mode and provides accurate technical basis for the selection of the optimal one．

reliability evaluation；distribution network；special mode of operation；index analysis

2016-05-07

張盈(1982-)，工程師，研究方向為電力可靠性及電能質(zhì)量。

TM732

A

1008- 8032(2016)04- 0045- 04