林澤銳

摘 ? 要：傳統(tǒng)的可靠性分析法，如解析法與蒙特卡洛模擬法隨著系統(tǒng)擴(kuò)大與互聯(lián)的增多，在評估不可靠的保護(hù)裝置和保護(hù)整定機(jī)制對給定廠房結(jié)構(gòu)中各負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)影響時(shí)的計(jì)算能力會(huì)受到制約和限制。區(qū)域支路法相對比具有容易地辨識出故障的保護(hù)機(jī)制并計(jì)算負(fù)荷點(diǎn)，可供專業(yè)人員方便地評估大規(guī)模電力系統(tǒng)中保護(hù)整定方案對各負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)的影響。本文主要闡述區(qū)域支路法的基本思想及算法流程，證明區(qū)域支路法對評估電力系統(tǒng)可靠性分析是有效且可行的，并且具有一定的便捷性。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) ?變電站 ?可靠性分析 ?區(qū)域支路法

中圖分類號：TM732 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0034-02

1 ?區(qū)域支路法介紹

1.1 區(qū)域支路概念

在一個(gè)工業(yè)電力系統(tǒng)的圖形或數(shù)字表示中最基本的元素為鏈接，即系統(tǒng)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)或母線之間的單一連接。鏈接可能是連接在電 路中兩點(diǎn)之間的1臺(tái)電氣設(shè)備，如變壓器或調(diào)壓器，也可能是一段架空線路、電纜或母線槽。繼電保護(hù)裝置通常安裝在鏈接、支路或者饋線段的起始段來保護(hù)后繼設(shè)備不受到本鏈接、支路或饋線段內(nèi)故障的影響。在工業(yè)系統(tǒng)中用到的一些基本的繼電保護(hù)裝置為：斷路器和繼電器、熔斷器、重合器、分段器及自動(dòng)或手動(dòng)隔離開關(guān)。需要重點(diǎn)說明的是繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作或不動(dòng)作都將直接影響工業(yè)電力系統(tǒng)的可靠性，即它們是因變量。為了評估一個(gè)給定工業(yè)電力系統(tǒng)的保護(hù)整定以及可靠性的特征，有必要將這個(gè)工業(yè)電力系統(tǒng)劃分為若干保護(hù)區(qū)域[1]。

1.2 保護(hù)區(qū)域支路定義

在定義保護(hù)區(qū)域支路概念及構(gòu)成時(shí)將基于以下幾個(gè)假設(shè)：

（1）所有故障都是永久性的;

（2）繼電保護(hù)裝置可以瞬時(shí)完美地隔離所有永久性故障;

（3）繼電保護(hù)裝置整定完美，即最靠近故障的設(shè)備最先動(dòng)作。

在確定區(qū)域1時(shí)，第一步為辨認(rèn)在這個(gè)系統(tǒng)中與一個(gè)正常供電電源相連接且故障時(shí)該電源內(nèi)的保護(hù)裝置將會(huì)把工業(yè)廠房與公用電網(wǎng)其他部分隔離的所有支路，以及變壓器等其他相關(guān)設(shè)備，在其中發(fā)生永久性故障會(huì)導(dǎo)致只有正常供電電源的保護(hù)裝置來分辨和隔離這一永久性故障。這些支路與變壓器將會(huì)被標(biāo)識為區(qū)域1設(shè)備。它們通常為沒有保護(hù)的分支線路、直接與工業(yè)電力系統(tǒng)的電源或主干網(wǎng)呈輻射狀連接的饋線段與變壓器。

當(dāng)兩個(gè)保護(hù)裝置串聯(lián)連接時(shí)，假設(shè)與永久性故障距離最近的保護(hù)裝置優(yōu)先動(dòng)作來隔離故障。判斷保護(hù)區(qū)域第二步為確定發(fā)生在鏈接上的會(huì)導(dǎo)致除了正常供電電源裝置以外的其他一些保護(hù)裝置動(dòng)作以將故障鏈接與區(qū)域1的鏈接隔離開的永久性故障。這些鏈接被標(biāo)示為區(qū)域2，支路i，其中i為支路編號。這個(gè)將鏈接劃分到各自相應(yīng)保護(hù)區(qū)域中的過程將一直繼續(xù)，直到所有的鏈接都被標(biāo)示完畢為止。每一個(gè)區(qū)域支路都與一個(gè)標(biāo)示為S（i，j）的隔離設(shè)備相聯(lián)系，其中i為區(qū)域編號，j為支路編號。這些隔離設(shè)備可能為自動(dòng)或手動(dòng)開關(guān)、熔斷器、重合器、分段器或繼電器與斷路器的組合等。每一個(gè)隔離設(shè)備都由一個(gè)該設(shè)備未能識別并隔離本區(qū)域內(nèi)永久性故障的概率q（i，j）與之相聯(lián)系。值得注意的是，如果隔離設(shè)備是一個(gè)手動(dòng)開關(guān)，那么q（i，j）=1.0;如果設(shè)備是一個(gè)理想的斷路器—繼電器機(jī)制，那么q（i，j）=0;若機(jī)制不理想，則0.0

2 ?區(qū)域支路算法流程

區(qū)域支路法基本思想為將區(qū)域內(nèi)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，形成每一個(gè)區(qū)域的年平均停電頻率、年停電時(shí)間及平均停電持續(xù)時(shí)間，然后將發(fā)生故障的故障點(diǎn)支路（由電源端開始）所經(jīng)過的區(qū)域通過串并聯(lián)關(guān)系進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)學(xué)計(jì)算，進(jìn)而算出故障點(diǎn)的年停電頻率等指標(biāo)。

如圖1為一個(gè)工業(yè)電力系統(tǒng)以及相應(yīng)的區(qū)域支路的分布圖，圖2為依照圖1進(jìn)行區(qū)域劃分及化簡的工業(yè)電力系統(tǒng)區(qū)域支路圖，并根據(jù)區(qū)域支路法的劃分區(qū)域原則對其進(jìn)行區(qū)域劃分?？梢钥闯觯我鈪^(qū)域i、支路j的故障率"λ"（"i，j"）是在故障時(shí)只引起區(qū)域i支路j的隔離裝置動(dòng)作的所有設(shè)備的故障率之和，并對于每一個(gè)區(qū)域i、支路j，總故障率λT（i，j）、年停運(yùn)時(shí)間λr（i，j）及平均停電持續(xù)時(shí)間為

（1）

（2）

（3）

式中 ? ? λS——公用電力供應(yīng)或者發(fā)電廠供電的故障率;

rS——公用電力供應(yīng)的供電恢復(fù)時(shí)間;

z——區(qū)域支路編號;

k——系統(tǒng)中區(qū)域支路的總數(shù);

R（z，k）——區(qū)域支路的修復(fù)或開關(guān)時(shí)間;

FZB（k）——包含每一個(gè)區(qū)域支路k故障率的故障區(qū)域支路數(shù)組;

RIA（z，k）——識別和隔離數(shù)組系數(shù);

為了方便，一般將電力系統(tǒng)中的每一個(gè)區(qū)域支路都被賦予一個(gè)獨(dú)一無二的編號，本例中將區(qū)域支路按1～8編號如表1所示。

要注意的是，轉(zhuǎn)換后的故障區(qū)域支路數(shù)組FZB（k）中包含區(qū)域支路k的故障率。轉(zhuǎn)換后的故障區(qū)域支路數(shù)組FZB（k），以及辨識與隔離數(shù)組RIA（z，k）的定義如表2所示，并由表可以得知，每一個(gè)區(qū)域支路的總故障率取決于工業(yè)電力系統(tǒng)中所有區(qū)域支路的故障率以及隔離裝置檢測到相應(yīng)區(qū)域支路內(nèi)永久性故障的概率。

該例子中省略了由隔離裝置計(jì)算得出區(qū)域故障率的步驟，依據(jù)圖2及表格數(shù)據(jù)，區(qū)域3、支路2的總故障率為：

式中方括號內(nèi)的元素對應(yīng)著RIA（z，k）的元素。連接到區(qū)域3、支路2的設(shè)備年停運(yùn)時(shí)間[λr（3，2）]為：

式中 ?r（i，j）——區(qū)域i、支路j的修復(fù)或轉(zhuǎn)移時(shí)間

Rsw（i，j）——區(qū)域i、支路j的開關(guān)或隔離時(shí)間

對于某些區(qū)域支路來說，在其直接供電路徑上的任何區(qū)域支路都需要修復(fù)操作，而那些不處于其直接供電路徑結(jié)構(gòu)（“鯡魚結(jié)構(gòu)”）上的區(qū)域支路，則只需開關(guān)與隔離操作。因此在直接供電路徑上的開關(guān)修復(fù)時(shí)間為r（i，j），與直接供電路徑相接的區(qū)域支路的開關(guān)或隔離時(shí)間為Rsw（i，j）。

3 ?結(jié)語

影響變電站可靠性的因素眾多，從變電站自身結(jié)構(gòu)問題，到設(shè)備的選型及相關(guān)參數(shù)，再到負(fù)荷點(diǎn)的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備問題上，都對其可靠性具有重大影響[2]。對給定的工業(yè)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行停電頻率與持續(xù)時(shí)間分析的方法眾多，但隨著系統(tǒng)逐漸擴(kuò)大和互聯(lián)的增多，已有的這些方法在評估不可靠的保護(hù)裝置和保護(hù)整定機(jī)制對給定廠房結(jié)構(gòu)中各負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)影響時(shí)的計(jì)算能力會(huì)受到制約和限制[3]。相比之下區(qū)域之路法的優(yōu)勢在于，可以在一個(gè)包含所有元件的工業(yè)電力系統(tǒng)中很容易地辨識出故障的保護(hù)機(jī)制并計(jì)算負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] Ali A.Chowdhury，Don O.Koval.配電系統(tǒng)可靠性實(shí)踐方法及應(yīng)用[M].王守相，李志新，譯.北京：中國電力出版社，2012.

[2] 鮑曉慧，侯慧.電力系統(tǒng)可靠性評估述評[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2008（4）：96-101.

[3] 曾彩鳳，張金亮.基于提高變電站供電可靠性措施研究[J].硅谷，2013（20）：134，133.