论配网接线方式与其可靠性的研究

　　电力系统可以分为发电、输电、配电三大系统。配电系统是属于电力系统末端,是直接与用户设施相连的环节。一旦配电系统发生故障或进行检修、试验,就会造成系统对用户供电的中断。所谓配网供电可靠性,是指在某一统计期内,电网持续向客户供电能力的量度,是供电服务质量的一项重要指标。随着经济社会的发展,人民生活水平的提高和电器的广泛普及,用户对电力系统供电可靠性的要求也越来越高。配电系统可靠性作为电力系统可靠性的一个重要组成部分,越来越引起人们的重视。

　　1　配网接线方式在提高可靠性中的作用

　　影响配网可靠性的因素有很多,配网接线方式是其中一种。而用户平均停电时间是由停电次数和每次停电的检修时间等各种因素共同决定的。配网接线方式对可靠性的影响主要是从减少停电次数、停电范围,降低停电检修时间来作用的,一般来说,当其他条件不变的情况下环网率越高停电次数越小,供电可靠性也越高。环网率是加强了各线路之间的联系,各线路之间的联系越多时,当某条线路的供电电源发生故障时也可以由备自投装置自动将负荷切换到另一侧电源供电。但是联系越多,各种开关设备也越多,这样也增加了发生故障的可能,从而影响了供电可靠性的提高。

　　在城市电网中,为了提高可靠性,以电缆网为主。电缆网中的配电点一般经环网柜接入馈线。电缆网中,对于特别重要的用户还可以采用多电源的供电方式。在城市电网中,比较典型的接线方式就是单辐射、单联络、分段两联络,分别代表各种配网接线方式的环网率高低。下面主要针对这三种典型的接线方式的可靠性进行计算来分析其对可靠性的影响。

　　2　配网接线方式的等效方法

　　在进行计算分析之前先介绍一种可靠性评估的算法。电力系统可靠性的评估算法可分为两大类:解析法和模拟法。解析法基于马尔可夫过程假设和概率论建立了比较严格的数学模型来计算系统可靠性指标。典型方法有状态空间法(枚举法)、等值法、故障树等。解析法的优点是概念清晰、模型精度高,缺点是计算量随着规模的增大而急剧增加,且不易处理复杂互连网络的可靠性分析问题。

　　我国10 kV配电网虽然采用环网结构,但基本为开环运行。因此10 kV配电网在运行中实际上解列为彼此独立运行的一组树状放射网的集合,节点间有明确的串连关系,因此采用解析法进行可靠性分析具有很大的优势。这不仅因为相应的计算精度高,用时少,而且有利于进一步展开灵敏度分析。在配电网中目前发展出的典型可靠性分析解析法有网络等值法、故障枚举法(又称故障模式-后果法,FMEA(failure mode and result analysis))、容量裕度法等。

　　下面介绍网络等值法。其思路是通过等值将复杂网络归并为简单网络,应用于树状配电网时,其主要思路是将长支线等值为干线上的设备从而用串行电路分析方法求取可靠性指标。其基本做法如下所述。

　　(1)进行向上等效,即从最低的一级子馈线开始对子系统进行连续等值,逐级向上等效为虚拟负荷,直到线路不带子馈线为止。然后求出干线的故障率等可靠性数据。

　　(2)网络逐步向上等效的过程如图所示。

　　(3)进行向下等效,根据干线可靠性指标从等效负荷点向下展开求出各实际负荷点的可靠性指标。进而得出系统供电可靠率RS(reliability onservice)、用户平均断电时间指标SAIDI(systemaverage interruption duration index)户平均停电缺供电量AENS(average energy not supplied ofcustomer per times of failure interruption)等可靠性指标。

　　根据关键的等效计算公式，式中:λi、λk、λs和ri、rk、rs分别代表主支线、支线和主支路上串连元件的故障率和故障时间;Pk是取决于保护方式的支线部分控制参数,当熔断器可靠度为100%时取0,没有熔断器时取1,考虑熔断器可靠性为x时,Pk=1-x。此外故障引起的停电持续时间可以根据没有备用电源、100%备用电源和有可靠性为Pa的备用电源分别取不同的值,从而实现了对联络和转供影响的计入。

　　3　可靠性指标计算参数

　　确定组成配电网的各类一次设备的故障率、故障修复时间、操作时间等基础可靠性统计数据是进行配电系统可靠性分析预测的前提和基础。到目前为止,国内几乎所有讨论配电网可靠性的文献均采用了国际电力系统可靠性研究权威Billinton在1990-1995年提出的一组配电网可靠性评估测试系统中的给出的基础数据。

　　但是Billinton的基础参数源自北美配电系统20世纪90年代初对其多年设备故障记录数据的统计分析。配电网设备的故障率和平均修复时间等数据是与一个电网的设备质量、使用年限、日常维护状况以及故障后维修效率等大量管理性因素密切相关的,因而在不同的国家、地区有较大的差别。这里采用的可靠性基础数据是以国际电力系统可靠性研究权威Billinton给出的基础数据为基础,并结合当地实际情况的一种改进。

　　说明: λP 为以年为单位统计的单台设备或每公里线路故障率( 含所有原因导致的故障) , λ″为以年为单位统计的单台设备或每公里线路预安排停电率, r 为以h 为单位的设备或线路的平均停电时间, rc 为以h 为单位的重合闸时间, s 为以h 为单位的平均故障隔离和倒闸切换时间。

　　其中设备年故障率���和年预安排停电率λ″的计算公式为

　　λ(λ″) =∑同类设备故障(或预安排停电)次

　　数/∑(当年该类设备总台数或线路

　　总公里数×当年统计月数/12) (5)

　　式中∑指对各年数据求和。

　　平均停电时间的计算公式为

　　r =∑同类设备总停电时间/∑该类设备停电次数(6)

　　其中rc和s则来源于当地调研中获得的经验数据。

　　4　不同接线方式的可靠性计算结果及分析

　　现在以广东某地区电网电缆网典型接线为例来定量分析配网接线方式对可靠性指标的影响。该地区10 kV电缆配电网采用的主要接线方式为单辐射、单联络和三分段两联络三种。还有少量馈线采用两供一备的方式,及部分馈线采用多联络的非典型方式,但因为这种方式应用很少,不计入研究的范围。各线段L1 ~ L6的长度均为300 m,由于电缆网的负荷分布较集中,忽略配电点的出线长度。假设线路的负载率为60%(8 690 kVA),每一回联络通道的转供容量均为40%(约5 790 kVA),负荷功率因素为0.9。为方便说明,以每一台配变为一个用户单位。

　　利用上面所说的网络等值法等效后应用以下公式计算可靠性指标。

　　SAIFI=ΣλiNi/ΣNi(7)

　　式中:λi指负荷点i故障率;Ni为负荷点i用户数。

　　RS=1-∑λiriNi/(∑Ni×8760) =1-SAIDI/8 760(9)

　　AENS=EENS/∑Ni(10)

　　其中EENS=∑PiUi=∑LPifiλiri

　　式中:Pi为负荷点i的平均负荷;LPi为负荷点i的峰荷;fi为负荷系数。

　　与辐射状接线方式、“2-1”和“3-1”接线方式中的系统故障频率指标均只和设备的频率参数有关,而与设备的时间参数没有关系,所以他们三种接线方式的这种指标是一样的。而不同的是,由于“2-1”和“3-1”具有转供能力,所以在涉及到时间长度的指标时与单辐射的指标有明显差异,它们两种的可靠性要高很多。其次馈线和开关修复时间的长短实际上对供电可靠性指标影响不大,相反,对可靠性指标影响最大的是转供操作时间,所以“2-1”单联络环网中,SAIDI、AENS和RS的计算结果与分段联络型“3-1”环网中的计算结果非常相似。

　　5　结语

　　影响配网可靠性的因素有很多,配网接线方式是其中的一种。不同配网接线方式对可靠性的影响是不一样的,在同样条件下,环网率越高联系越多的配网接线方式可靠性就会越高,但也并不是越高越好,因为联系越多开关设备就要越多,系统发生故障的几率也要更大。

　　参考文献:

　　[1]　郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京:清华大学出版社,2003.

　　[2]　陈文高.配电系统可靠性实用基础[M].北京:中国电力出版社,1998.

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文章名称： 论配网接线方式与其可靠性的研究

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