孫玉嬌，秦曉輝，周勤勇

(中國電力科學(xué)研究院，北京市100192)

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和電力需求的不斷增加，電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大。為提高電力傳輸?shù)慕?jīng)濟性，采用高電壓、大容量輸電技術(shù)已成為一種必然趨勢，尤其在我國電力供應(yīng)緊張、資源分布不均勻的情況下，采用超高壓、大容量輸電技術(shù)已是大勢所趨勢。

超/特高壓、大容量輸電一般需要更高的設(shè)備投資和更先進的技術(shù)水平，目前我國已建成750 kV超高壓交流線路、1 000 kV特高壓交流試驗工程及±800 kV特高壓直流輸電工程，并將在以后的幾十年內(nèi)繼續(xù)實施超高壓、特高壓輸電技術(shù)，逐漸形成以特高壓線路為主網(wǎng)架的全國堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

超高壓、特高壓線路與一般的高壓線路相比，其占用的用電走廊面積大，需要的桿塔高度高，對線路的絕緣水平也有較高的要求，總體投資較大。國外的研究及運行經(jīng)驗表明，采用同塔多回輸電技術(shù)［1］及緊湊型輸電技術(shù)，可有效節(jié)省用電走廊面積，減少土地資源的使用，提高電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟性。

我國土地資源有限，尤其在山區(qū)等地理條件特殊地區(qū)，其可以提供的用電走廊面積有限，因此，為節(jié)省用電走廊，減少投資費用，同時滿足大容量輸電要求，提出了采用同塔多回輸電技術(shù)和緊湊型輸電技術(shù)［2-8］。此外，在電網(wǎng)建設(shè)過程中，除了進行新線路建設(shè)，也需要對某些現(xiàn)有線路進行升級改造，這就可能導(dǎo)致相同電壓等級和不同電壓等級同塔多回線路同時存在。

同塔多回輸電技術(shù)的研究包括桿塔結(jié)構(gòu)、耐雷水平、線路保護故障判別、絕緣子型式選擇與環(huán)境影響、運行與檢修特點［9］以及絕緣、防雷、電磁兼容［10］等很多方面。目前，我國在同塔多回輸電技術(shù)方面已開展了相關(guān)研究，包括對潛供電流和恢復(fù)電壓［11］、感應(yīng)電流與感應(yīng)電壓［12］、相序排列［13］、提高輸電能力的措施［14］、故障計算［15-16］、參數(shù)修正方法［17］、相模變換［18］、保護［19］、故障定位［20］及電磁環(huán)境仿真［21］等方面的相關(guān)研究內(nèi)容。但在同塔多回可靠性方面，相關(guān)研究文獻較少，文獻［22］采用結(jié)構(gòu)可靠度理論探討了可變荷載效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)的比值對我國超/特高壓多回路桿塔結(jié)構(gòu)可靠性的影響，文獻［23］運用馬爾可夫隨機過程理論導(dǎo)出了一種雙回平行輸電線路可靠性評估統(tǒng)一模型，文獻［24］提出了基于分離模型的考慮獨立停運、共因停運和相關(guān)停運的雙回平行輸電線路可靠性評估模型。但以上研究尚未給出同塔多回輸電系統(tǒng)可靠性分析的方法。

國外的同塔多回輸電線路多用在500 kV及以下電壓等級，而我國已建設(shè)了750 kV的超高壓和1 000 kV的特高壓，在超高壓和特高壓情況下采用同塔多回輸電技術(shù)，若同塔多回線路發(fā)生故障可能對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生嚴重影響，因此，研究超/特高壓情況下同塔多回輸電技術(shù)的可靠性對目前我國電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)及安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

本文重點研究同塔四回輸電系統(tǒng)的可靠性，基于分離模型的可靠性評估方法［25］，給出同塔四回輸電系統(tǒng)及雙塔四回輸電系統(tǒng)中不同類型故障的概率計算公式，并結(jié)合實際工程統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對比分析同塔四回輸電系統(tǒng)及雙塔四回輸電系統(tǒng)中各不同類型故障的概率，得出相關(guān)結(jié)論，以供電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)借鑒之用。

1 同塔四回輸電系統(tǒng)停運模型

同塔四回路輸電系統(tǒng)中各元件獨立停運的模型如圖1所示。圖中:λi表示同塔四回輸電系統(tǒng)中第i個元件獨立停運的停運率;ui表示第i個元件獨立停運的修復(fù)率;i=1，2，3，4。

圖1 同塔四回輸電系統(tǒng)中各元件獨立停運模型Fig.1 Independent outage model of different elements in four-circuit-on-same-tower power transmission systems

同塔四回路輸電系統(tǒng)中各元件同時停運的共因停運模型如圖2所示。圖中:λ4C表示同塔四回輸電系統(tǒng)中各元件共因停運的停運率;u4C表示同塔四回輸電系統(tǒng)中各元件共因停運的修復(fù)率。

圖2 同塔四回輸電系統(tǒng)中各元件同時停運的共因停運模型Fig.2 Common mode outage model of different elements in four-circuit-on-same-tower power transmission systems

同塔四回路輸電系統(tǒng)中2回路發(fā)生共因停運時的停運模型如圖3所示。圖中:λ2C12表示同塔四回路輸電系統(tǒng)中第1、2回線路共因停運的停運率;u2C12表示同塔四回路輸電系統(tǒng)中第1、2回線路共因停運的修復(fù)率;λ2C34表示同塔四回路輸電系統(tǒng)中第3、4回線路共因停運的停運率;u2C34表示同塔四回路輸電系統(tǒng)中第3、4回線路共因停運的修復(fù)率。

圖3 同塔四回輸電系統(tǒng)中2回線路同時停運的共因停運模型Fig.3 Common mode outage model of two lines four-circuit-on-same-tower power transmission systems

此外，同塔四回線路中還存在1、3回線路共因停運及2、4回線路共因停運的情況，其停運模型與1、2回線路共因停運及3、4回線路共因停運模型相似。

計算中，令:

2 同塔四回輸電系統(tǒng)線路停運概率

基于分離模型，對同塔四回輸電系統(tǒng)不同類型的線路停運概率進行了公式推導(dǎo)，具體結(jié)果見表1。

表1 同塔四回輸電系統(tǒng)中不同類型的線路停運概率計算公式Tab.1 Probability formula of different types of lines’outage in four-circuit-on-same-tower power transmission systems

3 雙塔四回輸電系統(tǒng)線路停運概率

基于分離模型，對雙塔四回輸電系統(tǒng)不同類型的線路停運概率進行了公式推導(dǎo)，具體結(jié)果見表2。

4 同塔四回與雙塔四回可靠性比較

假設(shè)單回線路的失效頻率為λi==1.5次 /a(i=1，2，3，4)，修復(fù)時間為20 h/次，則平均修復(fù)時間tMTTR1=30 h，因此可得單回線路的修復(fù)率為

進一步，可得到:

假設(shè)雙回線路同時失效的頻率為λij==1.5次 /a(i，j=1，2，3，4)，修復(fù)時間為 200 h/ 次，則tMTTR2C=300 h，因此可得到雙回線路的修復(fù)率為

進一步，可得到:

表2 雙塔四回輸電系統(tǒng)不同類型故障停運概率計算公式Tab.2 Probability formula of different types of lines’outage in four-circuit-on-two-tower power transmission systems

根據(jù)式(1)、(2)可得

假設(shè)四回線路同時失效的頻率為0.15次 /a，修復(fù)時間為300 h/次，則tMTTR4C=45 h，因此可得到四回線路的修復(fù)率為

進一步，可得到:

假設(shè)雙塔四回線路中四回線路同時失效的頻率為0.015 次 /a，修復(fù)時間為300 h/次，則=4.5 h，因此可得到四回線路的修復(fù)率為

進一步，可得到:

根據(jù)以上假設(shè)條件，將各種類型故障的失效率及修復(fù)率代入，得到同塔四回與雙塔四回線路的可靠性比較結(jié)果見表3。

由計算結(jié)果可以看出，同塔四回輸電線路與雙塔四回輸電線路相比，其可靠性要低于雙塔四回輸電線路。由于目前實際運行的同塔四回線路較少，故障頻率數(shù)據(jù)難以準確獲取，因此，具體的假設(shè)條件可能存在偏差，對可靠性結(jié)果會產(chǎn)生一定的影響。

表3 同塔四回輸電系統(tǒng)與雙塔四回輸電系統(tǒng)不同類型故障概率比較Tab.3 Comparison of outage probability of different types of faults between four-circuit-on-same-tower power transmission systems and four-circuit-on-two-tower power transmission systems

5 結(jié)論

(1)采用基于分離模型的可靠性評估方法，對同塔四回輸電系統(tǒng)可靠性進行了分析，給出同塔四回輸電系統(tǒng)中不同類型故障的停運模型，推導(dǎo)了同塔四回輸電系統(tǒng)及雙塔四回輸電系統(tǒng)中不同類型故障的概率公式，結(jié)合工程實際中常見的線路失效頻率和修復(fù)時間，對同塔四回輸電系統(tǒng)及雙塔四回輸電系統(tǒng)可靠性進行了分析和比較，可知同塔四回輸電系統(tǒng)可靠性低于雙塔四回輸電系統(tǒng)。

(2)本文所提供的方法可用于一般的同塔四回及雙塔四回輸電系統(tǒng)中不同類型故障概率的計算，也可用于指導(dǎo)電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)及實際運行。

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