萬(wàn)凌云，王宏剛，朱光友，張 盈，王 艷，黃江晨

(1．國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院，重慶401123；2.國(guó)家電網(wǎng)公司，北京 100031；3.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司璧山供電分公司，重慶 4000302；4.重慶師范大學(xué)，重慶 401331)

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可靠性評(píng)估在配電網(wǎng)改造中的應(yīng)用

萬(wàn)凌云1，王宏剛2，朱光友3，張 盈1，王 艷4，黃江晨1

(1．國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院，重慶401123；2.國(guó)家電網(wǎng)公司，北京 100031；3.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司璧山供電分公司，重慶 4000302；4.重慶師范大學(xué)，重慶 401331)

針對(duì)配電網(wǎng)改造方案設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，提出用可靠性評(píng)估來(lái)指導(dǎo)配電網(wǎng)改造的方法。通過(guò)定量分析，確保了實(shí)施改造后的系統(tǒng)供電可用率提升最高。在山東某縣南部電網(wǎng)的配電網(wǎng)改造中應(yīng)用此方法，得到了最優(yōu)改造方案。

中壓配電網(wǎng)；可靠性評(píng)估；配電網(wǎng)；改造方案

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用戶對(duì)電能的需求越來(lái)越高，供電企業(yè)向用戶提供充足電能的同時(shí)還要提高供電可用率，盡可能減少停電的發(fā)生[1]?，F(xiàn)有的配電網(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)之初，由于考慮不周而遺留了很多問(wèn)題[2]，比如電網(wǎng)布局混亂、分段不合理、導(dǎo)線太細(xì)、絕緣水平低、自動(dòng)化水平低以及設(shè)備落后等，導(dǎo)致系統(tǒng)的供電可用率無(wú)法滿足負(fù)荷需求[3]。為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，供電企業(yè)必須對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行改造[4]，提高系統(tǒng)的可靠性。

配電網(wǎng)改造是供電企業(yè)的常規(guī)工作之一，提高供電可用率，主要從兩個(gè)方面入手：一是減少故障停電，常用方法有更換老舊設(shè)備、采用新型裝置、更換絕緣水平低的饋線和設(shè)施等；二是降低檢修工作的停電影響，常用方法有增加分段開(kāi)關(guān)、增加聯(lián)絡(luò)線和配電自動(dòng)化改造等。但是傳統(tǒng)的配電網(wǎng)改造方案設(shè)計(jì)由于缺乏可靠性量化分析環(huán)節(jié)，僅僅是依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)，因此存在很多問(wèn)題，如改造方案依據(jù)不充分、方案不科學(xué)等[5]，容易導(dǎo)致改造方案實(shí)施后不能達(dá)成可靠性目標(biāo)或?qū)崿F(xiàn)可靠性最優(yōu)。因此，在配電網(wǎng)改造方案設(shè)計(jì)過(guò)程中引入可靠性評(píng)估[6-7]，通過(guò)可靠性評(píng)估找出配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，為制訂針對(duì)性的改造措施提供依據(jù)，并在改造實(shí)施前對(duì)各種改造措施的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)估，為優(yōu)選改造措施提供依據(jù)。

本文以山東某縣南部電網(wǎng)的配電網(wǎng)改造為例，詳細(xì)介紹了可靠性評(píng)估指導(dǎo)配電網(wǎng)改造的方法及應(yīng)用流程，并確定了最優(yōu)改造方案。

1 配電網(wǎng)改造的方法

配電網(wǎng)改造的主要目的是提高電網(wǎng)帶負(fù)載能力和提高供電可靠性，此外也有優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)減小網(wǎng)損的目的[8-9]。

配電網(wǎng)由于早期規(guī)劃時(shí)考慮不足，設(shè)計(jì)容量難以滿足現(xiàn)在的負(fù)荷需求，改造時(shí)以擴(kuò)容為主，常用的改造方法是：增加饋線、更換橫截面積較小的輸電線等。而后期以擴(kuò)容為目的的改造較少，大部分配電網(wǎng)改造都是以提高系統(tǒng)供電可靠性為主。提高供電可靠性常用的改造方法主要是：更換老舊設(shè)備及絕緣性差的輸電線以減少故障停電，增加分段開(kāi)關(guān)以避免檢修時(shí)上游用戶停電，增加聯(lián)絡(luò)線以提高供電靈活性，實(shí)施配電自動(dòng)化改造等。如何選擇合適的改造方法以制訂科學(xué)的改造方案是可靠性評(píng)估在電網(wǎng)改造中的具體應(yīng)用。通過(guò)可靠性評(píng)估，以及量化各種改造方案的可靠性指標(biāo)[10-11]，保證了改造方案的合理性，對(duì)配電網(wǎng)改造有著重要的指導(dǎo)意義。

2 可靠性評(píng)估在配電網(wǎng)改造中的應(yīng)用方法

可靠性評(píng)估應(yīng)用在配電網(wǎng)改造中，就是以提高供電可靠性為目標(biāo)，以可靠性評(píng)估為核心，找出配電網(wǎng)系統(tǒng)中影響供電可靠性的環(huán)節(jié)，再針對(duì)性地提出改造方案；然后評(píng)估各個(gè)方案實(shí)施后的效果，根據(jù)評(píng)估結(jié)果選擇最佳的改造方案。其應(yīng)用流程如下。

確定評(píng)估對(duì)象：根據(jù)實(shí)際工作需要，選擇所要評(píng)估的供電區(qū)域，評(píng)估對(duì)象可以選1條10 kV饋線、1個(gè)變電站所有的10 kV饋線或1個(gè)供電區(qū)域全部的10 kV饋線。

參數(shù)收集、處理及輸入：從相關(guān)信息系統(tǒng)和文件資料中收集、處理得到可靠性評(píng)估所需的全部基礎(chǔ)參數(shù)和可靠性參數(shù)，導(dǎo)入或輸入可靠性評(píng)估軟件，做好評(píng)估準(zhǔn)備工作。

現(xiàn)狀電網(wǎng)可靠性評(píng)估分析：對(duì)待改造區(qū)域的電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，通過(guò)評(píng)估找到電網(wǎng)的可靠性薄弱環(huán)節(jié)。

改造方案設(shè)計(jì)及比選：針對(duì)可靠性薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行改造方案設(shè)計(jì)，提出多個(gè)改造方案。通過(guò)可靠性評(píng)估進(jìn)行方案比選，結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際情況選定最優(yōu)改造方案。

3 應(yīng)用案例

3.1 確定評(píng)估對(duì)象

為了檢驗(yàn)可靠性評(píng)估在配電網(wǎng)改造中的實(shí)際效果，以山東省某縣南部地區(qū)的配電網(wǎng)為試點(diǎn)。所選區(qū)域?yàn)镈類供電區(qū)，共有35 kV變電站2座，35 kV線路2條，10 kV饋線11條，10 kV聯(lián)絡(luò)線路6條，配電公用臺(tái)區(qū)169個(gè)，專變用戶251個(gè)，居民用戶26 800個(gè)，年供電量7 100萬(wàn)kW·h。為了提升該區(qū)域內(nèi)的供電可靠性水平，針對(duì)區(qū)域內(nèi)的2個(gè)變電站所屬的6條10 kV饋線進(jìn)行改造，以提高其供電可靠性。

3.2 參數(shù)收集

3.2.1 基礎(chǔ)參數(shù)

基礎(chǔ)參數(shù)用于描述電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及設(shè)備參數(shù)，包括電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、配電線路基礎(chǔ)參數(shù)、配電變壓器基礎(chǔ)參數(shù)和負(fù)荷點(diǎn)數(shù)據(jù)。它主要來(lái)源于地理信息系統(tǒng)(GIS)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)(PMS)、用電信息采集系統(tǒng)和變電站配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。本案例中從山東電網(wǎng)GIS系統(tǒng)獲取評(píng)估區(qū)域電網(wǎng)的電氣圖，重新繪制到計(jì)算軟件中，如圖1所示。待改造的6條10 kV饋線的基本信息見(jiàn)表1。

圖1 某縣南部片區(qū)現(xiàn)狀中壓配電網(wǎng)地理接線圖

表1 區(qū)域內(nèi)10 kV饋線基本信息

3.2.2 可靠性參數(shù)

可靠性參數(shù)用于描述配電網(wǎng)停電情況，可分為設(shè)備故障參數(shù)及預(yù)安排停電參數(shù)。故障參數(shù)主要是各種設(shè)施的故障率、修復(fù)時(shí)間、故障定位、隔離時(shí)間等；預(yù)安排停電參數(shù)有平均預(yù)安排停電隔離時(shí)間、平均預(yù)安排停電線段上游恢復(fù)供電操作時(shí)間、平均預(yù)安排停電聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)切換時(shí)間等。這些參數(shù)可以從電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、配網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)或年度生產(chǎn)計(jì)劃中獲取。本案例中所需的各類參數(shù)及其來(lái)源的詳細(xì)情況見(jiàn)表2至表4。

3.3 現(xiàn)狀電網(wǎng)可靠性評(píng)估

本案例的評(píng)估對(duì)象中，6條10 kV饋線全部為單輻射架空線路，無(wú)分段開(kāi)關(guān)，運(yùn)行方式缺乏靈活性，可靠性較低。根據(jù)前兩步獲得的數(shù)據(jù)在可靠性評(píng)估軟件中計(jì)算出現(xiàn)狀電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)，結(jié)果如表5所示。由評(píng)估結(jié)果可知，全系統(tǒng)含預(yù)安排停運(yùn)的供電可靠率僅為99.634 4%，達(dá)不到《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定的D類供電區(qū)域電網(wǎng)供電可靠率不小于99.828%的要求。因此，需要對(duì)線路進(jìn)行改造。

表2 設(shè)備故障率及修復(fù)時(shí)間

表3 故障定位隔離時(shí)間、開(kāi)關(guān)操作時(shí)間類參數(shù) h

根據(jù)現(xiàn)狀電網(wǎng)可靠性評(píng)估計(jì)算結(jié)果，靳北線、楊和寺線、東塢線供電可靠性較低，屬于電網(wǎng)的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，需要優(yōu)先改造。其中，楊和寺線、靳北線受地理?xiàng)l件限制，實(shí)施改造較為困難，因此，本案例選取實(shí)施條件較好的10 kV東塢線作為改造對(duì)象，見(jiàn)圖1和圖2。從圖2可以看出，該線路較長(zhǎng)，但基本按道路走向架設(shè)，適合近期進(jìn)行改造。

表4 預(yù)安排停電相關(guān)參數(shù)

表5 現(xiàn)狀電網(wǎng)供電可靠性評(píng)估指標(biāo)一覽表

圖2 東塢線地理接線圖

3.4 改造方案

針對(duì)本案例中東塢線的特點(diǎn)提出了以下4種改造方案。

方案1：加裝2個(gè)分段開(kāi)關(guān)。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)情況下，為提高供電可靠性，最簡(jiǎn)單實(shí)用的方法是加裝分段開(kāi)關(guān)，避免線路檢修停運(yùn)時(shí)造成上游用戶停電，也為后期的聯(lián)絡(luò)線改造提供必要的條件。根據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》的要求，采用均衡負(fù)載3分段方式，在圖2所示的位置加裝兩個(gè)分段開(kāi)關(guān)。第一個(gè)開(kāi)關(guān)裝設(shè)在大約1/3集中負(fù)荷區(qū)域；第二個(gè)開(kāi)關(guān)裝設(shè)在大約2/3集中負(fù)荷區(qū)域，兩個(gè)大分支線的起始位置。分段開(kāi)關(guān)選用負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

方案2：加裝2個(gè)分段開(kāi)關(guān)；在大分支線上加裝6臺(tái)熔斷器。在方案1的基礎(chǔ)上，在大分支線路首端裝設(shè)6臺(tái)熔斷器。

方案3：加裝2個(gè)分段開(kāi)關(guān)；在大分支線上加裝6臺(tái)熔斷器；改造線路，增加聯(lián)絡(luò)。為了進(jìn)一步提高供電可靠率，可以考慮在方案2的基礎(chǔ)上增加線路的聯(lián)絡(luò)以提高供電的靈活性。作為D類供電區(qū)域，不同變電站之間的10 kV饋線聯(lián)絡(luò)比較困難，但可以考慮同一變電站不同10 kV饋線間聯(lián)絡(luò)。為達(dá)到聯(lián)絡(luò)的目的，可以從尚堂站再引出一條新的饋線，將東塢線前端的部分負(fù)荷轉(zhuǎn)供到新線路上，并將兩條線進(jìn)行中部聯(lián)絡(luò)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

方案4：加裝2個(gè)分段開(kāi)關(guān)；在大分支線上加裝6臺(tái)熔斷器；改造線路，增加聯(lián)絡(luò)；配電自動(dòng)化改造。由于該縣公司縣城區(qū)域內(nèi)配網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化(已建成配電自動(dòng)化主站)，因而該線路具備自動(dòng)化改造條件。在方案3的基礎(chǔ)上，對(duì)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和分段開(kāi)關(guān)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化功能，線路供電可靠性可得到明顯的提升。

以上4種方案實(shí)施后系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)如表6所示，根據(jù)評(píng)估結(jié)果可得以下結(jié)論。

表6 各方案可靠性計(jì)算結(jié)果對(duì)比

1)按系統(tǒng)供電可靠率由高到低排序：方案4、方案3、方案2和方案1。方案4系統(tǒng)平均供電可靠率最高，為99.908 7%，較現(xiàn)狀網(wǎng)提高0.242 4個(gè)百分點(diǎn)；方案1系統(tǒng)平均供電可靠率最低，為99.77%，較現(xiàn)狀網(wǎng)提高0.103 7個(gè)百分點(diǎn)。

2)方案1的系統(tǒng)平均故障停電時(shí)間比現(xiàn)狀電網(wǎng)有所減少，但系統(tǒng)平均故障停電頻率比現(xiàn)狀電網(wǎng)有所增加，原因是增加的分段開(kāi)關(guān)能夠顯著減少非故障線段上所接入用戶的停電時(shí)間，但分段開(kāi)關(guān)自身故障會(huì)造成系統(tǒng)故障次數(shù)增多。

3)增加分段開(kāi)關(guān)和在大分支首端裝設(shè)熔斷器，對(duì)于降低系統(tǒng)平均停電時(shí)間的效果顯著。在實(shí)施方案2后，區(qū)域供電可靠率可達(dá)到D類供電分區(qū)的可靠性要求(D類供電可靠率≥99.828%)。

4)對(duì)于方案3，在方案2的基礎(chǔ)上新建1條饋線與東塢線建立聯(lián)絡(luò)，可在故障或檢修工作時(shí)轉(zhuǎn)供負(fù)荷，從而減少用戶停電次數(shù)和時(shí)間，提高供電可靠性。

5)方案4是在方案3的基礎(chǔ)上實(shí)施配電自動(dòng)化，減少了故障定位隔離時(shí)間、故障停電聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)切換時(shí)間和預(yù)安排停電隔離時(shí)間等，減小了系統(tǒng)平均停電時(shí)間期望值，對(duì)停電頻率無(wú)影響。

綜上所述，方案2在改造量相對(duì)較少的情況下，使區(qū)域供電可靠率顯著提高并達(dá)到D類供電分區(qū)的可靠性要求。因此，宜采取方案2。

4 結(jié)論

配電網(wǎng)改造環(huán)節(jié)是可靠性評(píng)估技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在配電網(wǎng)改造方案設(shè)計(jì)過(guò)程中引入可靠性評(píng)估，能夠?yàn)橹朴喓蛢?yōu)選電網(wǎng)改造措施提供定量的決策依據(jù)，提升改造措施的實(shí)施效果。在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)評(píng)估結(jié)果并結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素考慮，在滿足經(jīng)濟(jì)性的條件下確定出最優(yōu)改造方案。采用可靠性評(píng)估定量比較方案的優(yōu)劣，減少了制訂方案的盲目性，提高了改造方案的科學(xué)性，對(duì)電網(wǎng)改造具有十分重要的指導(dǎo)意義。

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A Study on the Application of the Reliability Assessment in the Renovation of the Distribution Network

WAN Lingyun1，WANG Honggang2，ZHU Guangyou3，ZHANG Ying1，WANG Yan4，HUANG Jiangchen1

(1．Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing 401123，P.R.China；2．State Grid Corporation of China，Beijing 100031，P.R.China；3．State Grid Chongqing Bishan Power Supply Company，Chongqing 400030，P.R.China；4．Chongqing Normal University，Chongqing 401331，P.R.China)

Based on the problems in the design of the scheme of renovation of the distribution network，this paper introduces the application of the reliability assessment in its renovation．The quantitative analysis has proved that the availability ratio of power supply can be enhanced to the greatest degree．Its application in the renovation of the distribution network of the southern grid in a county of Shandong province has also proved it the optimal scheme．

medium-voltage distribution network；reliability assessment；distribution network；scheme of renovation

2016-04-29

萬(wàn)凌云(1983-)，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏煽啃约芭潆娋W(wǎng)技術(shù)。

TM732

A

1008- 8032(2016)05- 0033- 05