宋 偉,萬凌云,張明君,張 盈,黃江晨
(國網(wǎng)重慶市電力公司 電力科學研究院,重慶 401123)
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供電可靠性提升優(yōu)化策略
宋偉,萬凌云,張明君,張盈,黃江晨
(國網(wǎng)重慶市電力公司 電力科學研究院,重慶 401123)
摘要:基于重慶地區(qū)中壓配電網(wǎng)的供電可靠性現(xiàn)狀,在全壽命周期成本(LCC)分析模型的基礎上建立了可靠性成本效益分析模型,提出了供電可靠性提升優(yōu)化策略。
關鍵詞:中壓配電網(wǎng);可靠性;可靠性成本效益分析模型;優(yōu)化策略
電力系統(tǒng)可靠性是指電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標準和所需數(shù)量,不間斷地向電力用戶提供電力和電量的能力的量度[1]。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)中聯(lián)接輸電網(wǎng)與用戶的重要環(huán)節(jié),其可靠性水平對用戶供電可靠性有著直接的影響。據(jù)統(tǒng)計,因配電網(wǎng)故障造成的停電占用戶停電故障數(shù)的80%左右,因此配電網(wǎng)的可靠性在電力系統(tǒng)起著非常重要的作用[2-3]。由于歷史的原因,我國對發(fā)電、輸電環(huán)節(jié)投入較大,而對配電網(wǎng)的建設則相對滯后,從而導致供電可靠性低。目前,重慶地區(qū)的配電網(wǎng)建設與發(fā)達地區(qū)相比仍存在很大差距。同時隨著重慶地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高,人們對配電網(wǎng)的供電能力、供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也越來越高,因此研究如何提升重慶地區(qū)用戶供電可靠性變得十分迫切。
配電網(wǎng)的供電可靠性與電網(wǎng)建設運行的經(jīng)濟性是相互制約和相互協(xié)調(diào)的關系,電力公司在決策經(jīng)營中不僅要考慮到配電網(wǎng)的可靠性,還應考慮電網(wǎng)投資建設的經(jīng)濟性。提高供電可靠性,需要增加配電網(wǎng)的投資成本,這會使電網(wǎng)的經(jīng)濟性下降,但如果不采取任何措施,那么由于停電損失的增加,電網(wǎng)的總成本可能會上升,因此有必要平衡電網(wǎng)的供電可靠性與經(jīng)濟性[4]。
本文通過對供電系統(tǒng)用戶供電可靠性進行評價,查找重慶地區(qū)用戶供電可靠性現(xiàn)狀與目標之間的差距,結合配網(wǎng)專業(yè)管理,確定制約可靠性水平的關鍵因素,并提出有針對性的可靠性提升策略;利用建立的可靠性成本效益分析模型,結合風險分析對可靠性提升策略進行定性或定量分析,最終形成優(yōu)化的可靠性提升策略。
1資產(chǎn)策略模型
1.1全壽命周期成本(LCC)分析模型
電力設備LCC是指設備從設計到退役的整個期間需要的費用總和,即設備全壽命周期費用,它往往數(shù)倍于設備的購置費用[5]。電力設備LCC的計算與分析,從設備LCC的角度出發(fā),在模擬設備運行過程的基礎上進行現(xiàn)金流預測分析,將設備按照年折舊率或年折舊額度進行折舊。同時,考慮資金的時間價值,用等年值或凈現(xiàn)值的方法考慮設備使用過程中產(chǎn)生的現(xiàn)金收入和支出,對設備進行全壽命周期費用分析,并以此作為投資方案選擇的依據(jù)。
設備LCC的模型為
LCC=CIA+CTL+CL+CRA+COA
(1)
式中:CIA為設備投資費用的等年值;CTL為設備年運行、維護費;CL為年停電損失費用;CRA為設備殘值等年值;COA為其他費用等年值。
1.2可靠性評估模型
可靠性評估模型主要用于預測可靠性提升措施和策略(含電網(wǎng)改造項目)的改善效果。模型輸入?yún)?shù)分為基礎參數(shù)和可靠性參數(shù)[6]。其中,基礎參數(shù)包括電網(wǎng)拓撲結構、配電線路基礎參數(shù)、配電變壓器基礎參數(shù)以及負荷點參數(shù);可靠性參數(shù)包括故障停電相關參數(shù)和預安排停電相關參數(shù)。模型輸出為負荷點可靠性指標和系統(tǒng)可靠性指標,包括停電時間、停電頻率、可用率、缺供電量等。在本文中,可靠性評估模型主要用于預測可靠性提升措施和策略實施后減少的年缺供電量。
1.3可靠性成本效益分析模型
可靠性成本效益分析模型在LCC成本分析模型基礎上增加了可靠性效益分析模型,把可靠性成本和可靠性效益統(tǒng)一在經(jīng)濟性上進行衡量,從而實現(xiàn)可靠性與經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)。模型通過定量計算可靠性提升措施的成本和減少停電帶來的效益,得到單位成本的效益,在此基礎上可確定最佳可靠性策略,實現(xiàn)成本、效能和風險的綜合最優(yōu)。為了避免設備壽命差異帶來的影響,選擇等年值法進行經(jīng)濟評價。
單位成本的效益為
G=B/(A+CM)
(2)
式中:B為每年減少停電帶來的經(jīng)濟效益;A為設備投資費用等年值;CM為年運行維護費用。
(3)
式中: P為設備投資現(xiàn)值(即現(xiàn)值單價);i為貼現(xiàn)率;l為設備的使用壽命。
設備每年的運行維護費用包括其運行成本、檢修維護成本和故障成本,按設備投資現(xiàn)值百分數(shù)的形式給出,即
CM=P×H
(4)
式中:H為百分數(shù)系數(shù)。
減少停電的經(jīng)濟效益,計算相當復雜,與停電的發(fā)生時間、缺電量、停電持續(xù)時間、停電頻率及用戶類型等很多因素有關。其中主要應考慮用戶的停電持續(xù)時間及用戶類型,不同持續(xù)時間、不同用戶的單位停電損失各不相同。簡單起見,減少停電帶來的經(jīng)濟效益由缺供電量和當?shù)禺a(chǎn)電比進行計算。
(5)
式中:ENS為減少的年缺供電量;R為當?shù)禺a(chǎn)電比。
在實際應用中,可對電網(wǎng)改造項目進行可靠性成本效益分析,當單位成本的效益G>1時,可實施改造項目,并依據(jù)G的數(shù)值大小確定改造項目的優(yōu)先順序。
2供電可靠性現(xiàn)狀分析
2.1停電原因分析
2.1.1預安排停電原因分析
從重慶公司整體情況看,預安排停電時戶數(shù)占停電總時戶數(shù)的85.6%,占主導地位。檢修停電、工程停電和調(diào)電是預安排停電的主要部分,分別占預安排停電時戶數(shù)的49.3%,38.3%,11.5%;進一步細分責任原因得到,10 kV配電網(wǎng)設施計劃檢修、10 kV配電網(wǎng)設施計劃施工、業(yè)擴工程施工分別占預安排停電的41.9%,22.4%,9.3%。影響預安排停電的主要因素分析如下。
1)10 kV配電網(wǎng)設施檢修停電。10 kV配電設備量多、面廣,檢修停電難以避免;線路重載及開關配置不合理,配網(wǎng)聯(lián)絡率低、互代能力弱,以及網(wǎng)絡N-1率較低,停電多數(shù)為單一工作,不能有效開展綜合停電。
2)10 kV配電網(wǎng)工程停電。電網(wǎng)建設需求及工程里程碑計劃安排,造成10 kV配電網(wǎng)設施計劃施工停電難以避免;城市老舊街區(qū)受地形條件和工作面的限制無法實施帶電作業(yè);業(yè)擴用戶接入受業(yè)擴流程時限的限制,使得部分工程無法更好地做到“一停多用”,造成重復停電。
2.1.2故障停電原因分析
從重慶公司整體情況看,故障停電時戶數(shù)為14.47%。10 kV配電網(wǎng)設施故障占故障停電的97.3%,其中設備老化、檢修試驗不良、外力因素、氣候因素分別占故障停電的19.3%,38.2%,14.6%,16.1%。影響故障停電的主要因素分析如下。
1)設備老化因素。一是規(guī)劃及設計中對雷擊、鹽霧氣候因素考慮不足,導致設備絕緣性能衰減、機械強度老化;二是夏季負荷高峰期部分線路滿載運行,大大降低了設備的運行壽命;三是部分設備質(zhì)量較差,運行時間不長就出現(xiàn)老化現(xiàn)象。
2)檢修試驗不良。主要是技術能力不足,未按規(guī)范進行作業(yè)造成。
3)外力破壞。主要原因是外部施工影響、交通車輛破壞、異物短路。
4)氣候因素。部分區(qū)域配電網(wǎng)相對薄弱,電力設施受大風大雨和雷擊影響較大。
2.2停電原因分析結論
綜合預安排停電和故障停電原因分析結果,影響停電的主要責任原因為10 kV配電網(wǎng)設施計劃檢修、10 kV配電網(wǎng)設施計劃施工、調(diào)電、業(yè)擴工程施工、檢修試驗不良、設備老化、氣候因素和外力因素。
2.3供電可靠性管理目標
重慶市電力公司 2013年城網(wǎng)供電可靠率實際完成值為99.953 2%。公司2014年城網(wǎng)供電可靠率目標值為99.956%,考慮到用戶的自然增長,公司 2014年停電時戶數(shù)同比至少應減少3 600時戶。未來3年的可靠性規(guī)劃目標值見表1。
表1 供電可靠性目標值 %
3可靠性提升優(yōu)化策略
3.1降低檢修和工程停電影響的策略
降低檢修和工程停電影響的策略有以下幾點。
1)加強綜合停電計劃管理,實行全口徑的停電平衡,實現(xiàn)“七結合”: ①基建、生產(chǎn)改造、用戶工程與設備檢修相結合;②一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)檢修相結合;③不同供電單位維護同一線路檢修時間相結合;④同一停電范圍內(nèi)相關設備檢修相結合;⑤各電壓等級系統(tǒng)檢修相結合;⑥輸變電設備檢修與發(fā)電設備檢修相結合;⑦電網(wǎng)設備檢修與用戶設備檢修相結合。
可靠性成本效益分析:新增可靠性成本為0;可靠性效益為減少的停電時間和次數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益。
風險分析:屬一般風險。
應用建議:廣泛適用。
2)優(yōu)化網(wǎng)絡結構,對長線路加裝分段開關以減少停電范圍,對于單輻射線路增加聯(lián)絡以實現(xiàn)轉供電。
可靠性成本效益分析:增加開關或聯(lián)絡線會增加投資以及后期的運維檢修成本;效益為減少停電帶來的經(jīng)濟效益。通過應用可靠性成本效益分析模型和可靠性評估模型對不同類型供電區(qū)域的電網(wǎng)結構進行分析,得到不同類型供電區(qū)域的最優(yōu)目標電網(wǎng)結構,如表2所示。
表2 10 kV配電網(wǎng)目標電網(wǎng)結構推薦表
風險分析:屬一般風險。
應用建議:對電網(wǎng)改造項目進行可靠性成本效益分析,當單位成本的效益G>1時可實施改造項目,并依據(jù)G的數(shù)值大小確定改造項目的優(yōu)先順序。也可以按照以下原則進行網(wǎng)絡結構優(yōu)化:①比照10 kV配電網(wǎng)目標電網(wǎng)結構推薦表,對工程及檢修停電影響較大的地區(qū)進行電網(wǎng)改造;②10 kV 架空線路主干線應根據(jù)線路長度和負荷分布情況進行分段(一般不超過5 段),并裝設分段開關,重要分支線路首端可安裝分段開關。
3)開展旁路作業(yè)。
可靠性成本效益分析:作業(yè)裝備購置成本較高,對作業(yè)人員要求較高,每次作業(yè)人員數(shù)量較多,總體成本較高;效益為減少停電帶來的經(jīng)濟效益。
風險分析:絕緣工器具的絕緣性能可能劣化,人員技能水平可能達不到標準,屬一般風險,接近中等風險。
應用建議:已購置作業(yè)裝備的單位可根據(jù)環(huán)境和人員安排情況適時開展旁路作業(yè)。對于重要用戶,條件允許時應安排旁路作業(yè)。
4)開展帶電作業(yè)。
可靠性成本效益分析:作業(yè)裝備購置成本較高但低于旁路作業(yè),對作業(yè)人員要求較高,對于已購置作業(yè)裝備的單位實施帶電作業(yè)不會增加成本;效益為減少停電帶來的經(jīng)濟效益。
風險分析:緣工器具的絕緣性能可能劣化,人員技能水平可能達不到標準,屬一般風險,接近中等風險。
應用建議:已購置作業(yè)裝備的單位在條件允許時應開展帶電作業(yè),并逐步探索增加帶電作業(yè)項目。
5)推廣配網(wǎng)狀態(tài)檢修。
可靠性成本效益分析:配電網(wǎng)設備狀態(tài)檢修將大幅減少檢修次數(shù)和成本;效益為減少停電帶來的經(jīng)濟效益。
風險分析:屬一般風險。
應用建議:能廣泛適用。
3.2降低調(diào)電影響的策略
2013年調(diào)電共影響停電時戶數(shù)17 672.65時戶,降低10 kV配電網(wǎng)設施調(diào)電影響的策略為推廣合環(huán)換電。
可靠性成本效益分析:合環(huán)換電成本主要為合環(huán)換電裝置購置成本以及配套的站所改造成本,由于公司具有自主知識產(chǎn)權,裝置購置成本不高,改造完成后每年只需要很少的運維成本;效益為減少停電帶來的經(jīng)濟效益。
風險分析:合環(huán)換電裝置已經(jīng)比較成熟,屬一般風險。
應用建議:在調(diào)電影響較大的地區(qū)推廣合環(huán)換電。
3.3降低檢修試驗不良影響的策略
每年因檢修試驗不良共影響停電時戶數(shù)9 905.383 3時戶,降低檢修試驗不良影響的策略是:加強技術培訓,提高一線人員作業(yè)能力;加強現(xiàn)場作業(yè)管理,進一步規(guī)范作業(yè)流程和標準。
可靠性成本效益分析:只需要很少的培訓和管理成本,就能為減少故障停電帶來的經(jīng)濟效益。
風險分析:無風險。
應用建議:廣泛適用。
3.4降低設備老化影響的策略
每年因設備老化共影響停電時戶數(shù)4 997時戶,降低設備老化影響的策略是:設計階段考慮環(huán)境和氣候影響;設備招投標階段要求供應商提供可靠性成本效益分析報告和設備可靠性參數(shù),杜絕低價中標;加強入網(wǎng)設備抽檢和日常運維,提高設備健康水平;開展設備狀態(tài)評價,對老化設備進行改造或更換。
可靠性成本效益分析:提高設計標準會造成建設成本增加;對老化設備改造或更換會增加設備投資費用;其余措施無明顯新增成本;效益為減少停電帶來的經(jīng)濟效益。
風險分析:無風險。
應用建議:對于環(huán)境和氣候影響較大的地區(qū),適當提高設計標準,延緩設備老化;對于故障率較高的老化設備,進行改造或更換;也可以利用可靠性成本效益分析模型對設計方案、老化設備改造或更換方案進行分析,當單位成本的效益G>1時實施。
4結論
本文立足重慶市電力公司供電可靠性現(xiàn)狀,結合配電網(wǎng)專業(yè)管理確定了制約可靠性水平的關鍵因素,應用建立的可靠性效益成本分析模型,提出了優(yōu)化的可靠性提升策略。
1)在LCC成本分析模型的基礎上建立了可靠性成本效益分析模型,通過定量計算可靠性提升措施的成本和減少停電帶來的效益,得到單位成本的效益,將該模型應用于實際電網(wǎng)改造項目中,當單位成本的效益G>1時可實施改造項目,并依據(jù)G的數(shù)值大小確定改造項目的優(yōu)先順序,最終實現(xiàn)成本、效能和風險的綜合最優(yōu)。
2)通過統(tǒng)計分析,確定了影響重慶地區(qū)供電可靠性的主要因素為檢修停電、工程停電、調(diào)電、設備老化因素、檢修試驗不良、外力破壞和氣候因素,提出了針對性的可靠性提升策略。
3)利用可靠性成本效益分析模型,對提出的可靠性提升策略進行細致分析,結合風險分析,提出了重慶地區(qū)供電可靠性提升優(yōu)化策略,并給出了策略應用建議。
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A Study on Optimizing Strategies of Improving the Reliability of Power Supply
SONG Wei,WAN Lingyun,ZHANG Mingjun,ZHANG Ying,HUANG Jiangchen
(Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Company,Chongqing401123,P.R.China)
Abstract:Based on the reliability status of power supply of the medium voltage distribution network in Chongqing,this article introduces the modeling of the reliability cost-benefit analysis based on the LCC cost analysis model as well as putting forward optimizing strategies to improve the reliability.
Key words:medium voltage distribution network;reliability;reliability cost-benefit analysis model;optimizing strategies
收稿日期:2015-05-25
作者簡介:萬凌云(1983-),工程師,研究方向為電力可靠性及配電網(wǎng)技術。
中圖分類號:TM727
文獻標識碼:A
文章編號:1008-8032(2016)02-0016-04