饋線自動(dòng)化下的配網(wǎng)可靠性評(píng)估方法

黃 峻，何奉祿

（1.海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，?？?570000；2.廣州市奔流電力科技有限公司，廣州 510630）

0 引言

中壓配電網(wǎng)對(duì)于高壓和低壓配電網(wǎng)而言，起到承上啟下的作用，其可靠性的重要性不言而喻。由于輸變電元件是否異常對(duì)電網(wǎng)的效益影響巨大，因此大多數(shù)研究重點(diǎn)關(guān)注輸變電網(wǎng)的可靠性［1］，而忽視配電網(wǎng)?，F(xiàn)實(shí)中用戶停電的原因絕大多數(shù)是配電網(wǎng)設(shè)備因故障退出運(yùn)行，另外，電網(wǎng)公司均把配電網(wǎng)可靠性作為考核重點(diǎn)，這些實(shí)際情況使得人們有必要去關(guān)注配網(wǎng)的可靠性評(píng)估方法。

近些年，智能電網(wǎng)已成熱點(diǎn)，我國(guó)也致力于建設(shè)一流的智能配電網(wǎng)。在利好背景的推動(dòng)下，配電網(wǎng)的水平不斷提高，設(shè)備飛速更新，為智能配電網(wǎng)的完全自動(dòng)化提供了可能。所以，考慮到饋線自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，在關(guān)注常規(guī)配網(wǎng)可靠性評(píng)估方法的基礎(chǔ)上研究饋線自動(dòng)化條件下的配電網(wǎng)可靠性評(píng)估方法，更為關(guān)鍵。目前，部分研究只關(guān)注輸變電領(lǐng)域的可靠性分析，忽略配電網(wǎng)的可靠性評(píng)估。劉守剛［2］對(duì)構(gòu)建110 kV智能變電站的總體思路進(jìn)行了研究，并對(duì)110 kV智能變電站的設(shè)計(jì)和可靠性研究進(jìn)行了分析；閆曉宏等［3］利用輸電線路自身傳輸能量，設(shè)計(jì)出基于場(chǎng)路耦合的高可靠性輸電線路感應(yīng)取電裝置；熊保金等［4］對(duì)智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)對(duì)加強(qiáng)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的有效方法進(jìn)行了研究。部分研究雖然聚焦了配電網(wǎng)的可靠性評(píng)估，但是非饋線自動(dòng)化條件下，有針對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)和傳統(tǒng)電力工程條件下的研究［5－7］。部分研究聚焦了自動(dòng)化條件下的可靠性研究，但是局限于可靠性影響分析，未對(duì)可靠性評(píng)估方法進(jìn)行研究［8］。因此，本文擬在考慮饋線自動(dòng)化的條件下，研究配電網(wǎng)可靠性的評(píng)估方法，提出可靠性的評(píng)估模型，并結(jié)合仿真算例進(jìn)行應(yīng)用，為電網(wǎng)的運(yùn)行和規(guī)劃提供參考。

1 可靠性評(píng)估方法

1.1 故障擴(kuò)散可靠性評(píng)估

目前，模擬法、解析法是配電網(wǎng)可靠性評(píng)估方法的主要方法。模擬法基本不受規(guī)模大小影響，但其運(yùn)算精度和時(shí)間存在矛盾；解析法模型簡(jiǎn)便、易分析，且計(jì)算速度較快，適應(yīng)范圍廣。綜合優(yōu)缺點(diǎn)，解析法應(yīng)用較多。解析法以配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合各類算法來計(jì)算可靠性指標(biāo)，包括故障模式后果分析法、網(wǎng)絡(luò)等值法、最小路法、最小割集法和故障擴(kuò)散法等。本文使用故障擴(kuò)散法進(jìn)行可靠性計(jì)算。

（1）自動(dòng)開關(guān)，如斷路器、饋線自動(dòng)化開關(guān)等，主要影響負(fù)荷點(diǎn)的故障率；

（2）手動(dòng)開關(guān)，如隔離開關(guān)，雖不影響故障率，但會(huì)影響故障類型和停運(yùn)時(shí)間；

（3）聯(lián)絡(luò)開關(guān)，可通過倒閘操作恢復(fù)部分或全部負(fù)荷的供電。

根據(jù)所述特點(diǎn)，以開關(guān)為節(jié)點(diǎn)將線路分為若干個(gè)區(qū)域。以自動(dòng)開關(guān)為界的分區(qū)稱為自動(dòng)隔離區(qū)；以手動(dòng)開關(guān)為分界的稱為手動(dòng)隔離區(qū)。同一自動(dòng)隔離區(qū)的負(fù)荷點(diǎn)故障率相等；同一手動(dòng)隔離區(qū)的負(fù)荷點(diǎn)故障停電時(shí)間相等。隔離區(qū)的停電影響通過故障擴(kuò)散法來確定。

1.2 負(fù)荷點(diǎn)故障類型

發(fā)生故障之后，根據(jù)故障后負(fù)荷點(diǎn)所受影響，可將負(fù)荷點(diǎn)類型分為以下4類。

（1）A類負(fù)荷。該類負(fù)荷點(diǎn)位于故障段內(nèi)或位于故障段下游且無法由聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)供恢復(fù)供電，需要等待故障修復(fù)才能恢復(fù)供電，停電時(shí)間為故障修復(fù)時(shí)間。

（2）B類負(fù)荷。該類負(fù)荷位于故障段下游，通過操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)由聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)供電，停電時(shí)間為故障隔離與聯(lián)絡(luò)開關(guān)倒閘操作時(shí)間。

黨風(fēng)廉政建設(shè)和反腐敗工作與國(guó)有企業(yè)改革發(fā)展密切相關(guān)，任何腐敗案件的發(fā)生，都將不同程度地給企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)造成負(fù)面影響，甚至給企業(yè)造成顛覆性影響。因此，落實(shí)好黨委主體責(zé)任和紀(jì)委監(jiān)督責(zé)任，是貫徹黨風(fēng)廉政建設(shè)責(zé)任制的核心內(nèi)容和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接決定黨建工作成效、直接影響企業(yè)改革發(fā)展，這也是在新形勢(shì)下做好國(guó)有企業(yè)黨組織建設(shè)工作的重中之重。思想決定行動(dòng)，認(rèn)識(shí)決定高度，隨著形勢(shì)任務(wù)的變化和反腐敗工作的推進(jìn)，我們應(yīng)該在認(rèn)識(shí)上充好電、補(bǔ)好鈣，實(shí)現(xiàn)再深化、再提升。

（3）C類負(fù)荷。該類負(fù)荷在通過手動(dòng)開關(guān)操作將故障隔離之后，由變電站母線恢復(fù)供電，停電時(shí)間為故障隔離時(shí)間與開關(guān)倒閘時(shí)間。

（4）D類負(fù)荷。該類負(fù)荷在發(fā)生故障時(shí)不受影響。

1.3 故障類型確定

故障擴(kuò)散法的基本思想是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某元件發(fā)生故障，以該故障元件為起始點(diǎn)，往上下游搜索（即故障擴(kuò)散）來確定影響區(qū)域。

（1）確定故障區(qū)。從故障元件出發(fā)，沿上下游搜索首遇開關(guān)，則所搜索到的開關(guān)元件之間的區(qū)域?yàn)楣收蠀^(qū)，故障區(qū)內(nèi)負(fù)荷為A類負(fù)荷。如圖1所示，發(fā)生故障1時(shí)，可搜索到其上游、下游首接開關(guān)，兩個(gè)開關(guān)之間的區(qū)域以框表示，其中無負(fù)荷，即發(fā)生故障時(shí)無A類負(fù)荷；若發(fā)生故障2，因其是支線故障，故自其上游首遇開關(guān)至該支線末端為故障區(qū)，該支線所接負(fù)荷為A類負(fù)荷。

（2）判斷故障區(qū)是否在自動(dòng)隔離區(qū)內(nèi)。確定故障區(qū)后，從故障區(qū)上游端開關(guān)出發(fā)，繼續(xù)往上游搜索，若搜索到自動(dòng)化開關(guān)，則故障區(qū)在自動(dòng)隔離區(qū)內(nèi)。從電源點(diǎn)到該自動(dòng)化開關(guān)區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷點(diǎn)為D類負(fù)荷；從該自動(dòng)化開關(guān)到故障區(qū)電源點(diǎn)方向的開關(guān)區(qū)域內(nèi)負(fù)荷點(diǎn)為C類負(fù)荷。如圖1所示，發(fā)生故障1時(shí)，其能搜索到的首遇自動(dòng)化開關(guān)為母線出線斷路器，故整條線路受該故障影響，無D類負(fù)荷，從母線出線斷路器至故障區(qū)之間的5個(gè)負(fù)荷在手動(dòng)隔離之后可由母線恢復(fù)供電，為C類負(fù)荷；發(fā)生故障2時(shí)，其首遇自動(dòng)化開關(guān)為自動(dòng)化分段開關(guān)I，從母線至該自動(dòng)化開關(guān)之間的8個(gè)負(fù)荷不受故障影響，為A類負(fù)荷，其余的負(fù)荷在拉開支線開關(guān)之后可由母線恢復(fù)供電，為C類負(fù)荷。

（3）判斷故障區(qū)下游能否轉(zhuǎn)供。從故障區(qū)下游開關(guān)開始往下游主干線搜索，逐一判斷各區(qū)域能否通過聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)供，能夠轉(zhuǎn)供的負(fù)荷點(diǎn)為B類負(fù)荷，不能轉(zhuǎn)供的負(fù)荷點(diǎn)為A類負(fù)荷。如圖1所示，若為故障1，當(dāng)線路能全轉(zhuǎn)供時(shí)，故障區(qū)至末端的負(fù)荷能經(jīng)聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)供電，為B類負(fù)荷；若為故障2，支線故障隔離之后能由母線恢復(fù)整條線路供電，故不需進(jìn)行判斷。

圖1 示例網(wǎng)架

2 可靠性評(píng)估模型

對(duì)網(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行故障遍歷，根據(jù)以上方法確定每個(gè)基本故障事件發(fā)生時(shí)對(duì)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的影響，建立故障模式后果分析表，該表包含了每個(gè)基本故障發(fā)生時(shí)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的故障率λ（次／a）、每次故障停電時(shí)間r（h）及年平均停電時(shí)間U（h／a）。

考慮到聯(lián)絡(luò)線作為備用電源，其對(duì)可靠性的影響主要體現(xiàn)在非故障段的停電時(shí)間上，若線段上的負(fù)荷通過轉(zhuǎn)供判斷確定能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)供，則該段的負(fù)荷點(diǎn)停電時(shí)間r等于故障隔離時(shí)間與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的倒閘操作時(shí)間之和。反之，該段負(fù)荷停電時(shí)間r為故障隔離時(shí)間與故障修復(fù)時(shí)間之和。其中故障隔離時(shí)間取決于網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化水平。

對(duì)于裝設(shè)了配電自動(dòng)化的線路，其對(duì)可靠性的影響主要體現(xiàn)在停電影響范圍及非故障段的停電時(shí)間上，即影響了故障率λ和每次故障停電時(shí)間r。首先，裝設(shè)了饋線自動(dòng)化的線路能夠?qū)崿F(xiàn)故障的自動(dòng)隔離，非故障段不停電即非故障段的故障率λ＝0，縮小了停電影響范圍。其次，一遙終端具有的遙測(cè)功能、二遙終端具有的遙測(cè)、遙信功能能夠幫助現(xiàn)場(chǎng)人員快速進(jìn)行故障定位。未裝設(shè)自動(dòng)化終端前，現(xiàn)場(chǎng)人員到現(xiàn)場(chǎng)巡線進(jìn)行故障定位，依次嘗試閉合線路開關(guān)找到故障點(diǎn)并進(jìn)行倒閘操作，非故障段恢復(fù)供電的方法花費(fèi)的時(shí)間大概是2 h，即r＝2。裝設(shè)自動(dòng)化終端后這一時(shí)間縮小為大概0.5 h，即r＝0.5，極大地減少了非故障段的停電時(shí)間。

將3個(gè)參數(shù)分別用3個(gè)矩陣λij（i≤m，j≤n）、rij（i≤m，j≤n）及Uij（i≤m，j≤n）進(jìn)行存儲(chǔ)。其中i為負(fù)荷點(diǎn)號(hào)；j為故障元件號(hào)；m為負(fù)荷點(diǎn)數(shù)；n為故障元件數(shù)。

則負(fù)荷點(diǎn)的故障率λi為：

負(fù)荷點(diǎn)i的每次故障平均停電時(shí)間ri為：

負(fù)荷點(diǎn)i的年平均停電時(shí)間Ui為：

根據(jù)得到的負(fù)荷點(diǎn)可靠性參數(shù)，并結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中負(fù)荷點(diǎn)掛接用戶數(shù)Ni，計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)如下：

平均系統(tǒng)停電頻率指標(biāo)SAIFI為：

平均系統(tǒng)停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)SAIDI為：

平均供電可用率指標(biāo)ASAI為：

3 算例分析

3.1 算例參數(shù)設(shè)置

設(shè)備可靠性參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 設(shè)備可靠性參數(shù)

故障查找＋倒閘操作時(shí)間設(shè)置為0.5 h。

3.2 仿真算例

以某市“城西線－南門乙線－雙石線”環(huán)網(wǎng)組為例，說明可靠性評(píng)估方法量化評(píng)估改造方案的效果。

該環(huán)網(wǎng)組在改造前停電時(shí)間情況如表2所示。

表2 改造前停電時(shí)間

經(jīng)過改造后按設(shè)備可靠性參數(shù)測(cè)算停電時(shí)間情況如表3所示。

表3 改造后停電時(shí)間

由表2可知，城西線、南門乙線、雙石線改造前的供電可靠率分別為99.979 8%、99.987 1%、99.990 5%，經(jīng)過改造后，通過本文的評(píng)估方法計(jì)算后得到城西線、南門乙線、雙石線改造前的供電可靠率分別為99.994 9%、99.993 5%、99.994%?？稍u(píng)估出改造后的相關(guān)停電時(shí)間值以及供電可靠率，為電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)提供參考。

4 結(jié)束語

本文提出了一種饋線自動(dòng)化下的配網(wǎng)可靠性評(píng)估方法。選擇了解析法思路的可靠性評(píng)估方法，然后對(duì)負(fù)荷點(diǎn)故障類型進(jìn)行分類，在分類的基礎(chǔ)上，進(jìn)行故障類型的確定，隨后建立可靠性評(píng)估模型進(jìn)行相關(guān)的指標(biāo)計(jì)算，最后通過某市的環(huán)網(wǎng)組線驗(yàn)證了該可靠性評(píng)估方法的可操作性，可計(jì)算出改造后暫未有運(yùn)行數(shù)據(jù)的可靠性指標(biāo)，為電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)提供參考。