電力系統(tǒng)可以分為發(fā)電、輸電、配電三大系統(tǒng)。配電系統(tǒng)是屬于電力系統(tǒng)末端,是直接與用戶設(shè)施相連的環(huán)節(jié)。一旦配電系統(tǒng)發(fā)生故障或進(jìn)行檢修、試驗,就會造成系統(tǒng)對用戶供電的中斷。所謂配網(wǎng)供電可靠性,是指在某一統(tǒng)計期內(nèi),電網(wǎng)持續(xù)向客戶供電能力的量度,是供電服務(wù)質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,人民生活水平的提高和電器的廣泛普及,用戶對電力系統(tǒng)供電可靠性的要求也越來越高。配電系統(tǒng)可靠性作為電力系統(tǒng)可靠性的一個重要組成部分,越來越引起人們的重視。

　　1　配網(wǎng)接線方式在提高可靠性中的作用

　　影響配網(wǎng)可靠性的因素有很多,配網(wǎng)接線方式是其中一種。而用戶平均停電時間是由停電次數(shù)和每次停電的檢修時間等各種因素共同決定的。配網(wǎng)接線方式對可靠性的影響主要是從減少停電次數(shù)、停電范圍,降低停電檢修時間來作用的,一般來說,當(dāng)其他條件不變的情況下環(huán)網(wǎng)率越高停電次數(shù)越小,供電可靠性也越高。環(huán)網(wǎng)率是加強(qiáng)了各線路之間的聯(lián)系,各線路之間的聯(lián)系越多時,當(dāng)某條線路的供電電源發(fā)生故障時也可以由備自投裝置自動將負(fù)荷切換到另一側(cè)電源供電。但是聯(lián)系越多,各種開關(guān)設(shè)備也越多,這樣也增加了發(fā)生故障的可能,從而影響了供電可靠性的提高。

　　在城市電網(wǎng)中,為了提高可靠性,以電纜網(wǎng)為主。電纜網(wǎng)中的配電點(diǎn)一般經(jīng)環(huán)網(wǎng)柜接入饋線。電纜網(wǎng)中,對于特別重要的用戶還可以采用多電源的供電方式。在城市電網(wǎng)中,比較典型的接線方式就是單輻射、單聯(lián)絡(luò)、分段兩聯(lián)絡(luò),分別代表各種配網(wǎng)接線方式的環(huán)網(wǎng)率高低。下面主要針對這三種典型的接線方式的可靠性進(jìn)行計算來分析其對可靠性的影響。

　　2　配網(wǎng)接線方式的等效方法

　　在進(jìn)行計算分析之前先介紹一種可靠性評估的算法。電力系統(tǒng)可靠性的評估算法可分為兩大類:解析法和模擬法。解析法基于馬爾可夫過程假設(shè)和概率論建立了比較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型來計算系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。典型方法有狀態(tài)空間法(枚舉法)、等值法、故障樹等。解析法的優(yōu)點(diǎn)是概念清晰、模型精度高,缺點(diǎn)是計算量隨著規(guī)模的增大而急劇增加,且不易處理復(fù)雜互連網(wǎng)絡(luò)的可靠性分析問題。

　　我國10 kV配電網(wǎng)雖然采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu),但基本為開環(huán)運(yùn)行。因此10 kV配電網(wǎng)在運(yùn)行中實(shí)際上解列為彼此獨(dú)立運(yùn)行的一組樹狀放射網(wǎng)的集合,節(jié)點(diǎn)間有明確的串連關(guān)系,因此采用解析法進(jìn)行可靠性分析具有很大的優(yōu)勢。這不僅因為相應(yīng)的計算精度高,用時少,而且有利于進(jìn)一步展開靈敏度分析。在配電網(wǎng)中目前發(fā)展出的典型可靠性分析解析法有網(wǎng)絡(luò)等值法、故障枚舉法(又稱故障模式-后果法,FMEA(failure mode and result analysis))、容量裕度法等。

　　下面介紹網(wǎng)絡(luò)等值法。其思路是通過等值將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)歸并為簡單網(wǎng)絡(luò),應(yīng)用于樹狀配電網(wǎng)時,其主要思路是將長支線等值為干線上的設(shè)備從而用串行電路分析方法求取可靠性指標(biāo)。其基本做法如下所述。

　　(1)進(jìn)行向上等效,即從最低的一級子饋線開始對子系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)等值,逐級向上等效為虛擬負(fù)荷,直到線路不帶子饋線為止。然后求出干線的故障率等可靠性數(shù)據(jù)。

　　(2)網(wǎng)絡(luò)逐步向上等效的過程如圖所示。

　　(3)進(jìn)行向下等效,根據(jù)干線可靠性指標(biāo)從等效負(fù)荷點(diǎn)向下展開求出各實(shí)際負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)。進(jìn)而得出系統(tǒng)供電可靠率RS(reliability onservice)、用戶平均斷電時間指標(biāo)SAIDI(systemaverage interruption duration index)戶平均停電缺供電量AENS(average energy not supplied ofcustomer per times of failure interruption)等可靠性指標(biāo)。

　　根據(jù)關(guān)鍵的等效計算公式，式中:λi、λk、λs和ri、rk、rs分別代表主支線、支線和主支路上串連元件的故障率和故障時間;Pk是取決于保護(hù)方式的支線部分控制參數(shù),當(dāng)熔斷器可靠度為100%時取0,沒有熔斷器時取1,考慮熔斷器可靠性為x時,Pk=1-x。此外故障引起的停電持續(xù)時間可以根據(jù)沒有備用電源、100%備用電源和有可靠性為Pa的備用電源分別取不同的值,從而實(shí)現(xiàn)了對聯(lián)絡(luò)和轉(zhuǎn)供影響的計入。

　　3　可靠性指標(biāo)計算參數(shù)

　　確定組成配電網(wǎng)的各類一次設(shè)備的故障率、故障修復(fù)時間、操作時間等基礎(chǔ)可靠性統(tǒng)計數(shù)據(jù)是進(jìn)行配電系統(tǒng)可靠性分析預(yù)測的前提和基礎(chǔ)。到目前為止,國內(nèi)幾乎所有討論配電網(wǎng)可靠性的文獻(xiàn)均采用了國際電力系統(tǒng)可靠性研究權(quán)威Billinton在1990-1995年提出的一組配電網(wǎng)可靠性評估測試系統(tǒng)中的給出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　但是Billinton的基礎(chǔ)參數(shù)源自北美配電系統(tǒng)20世紀(jì)90年代初對其多年設(shè)備故障記錄數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。配電網(wǎng)設(shè)備的故障率和平均修復(fù)時間等數(shù)據(jù)是與一個電網(wǎng)的設(shè)備質(zhì)量、使用年限、日常維護(hù)狀況以及故障后維修效率等大量管理性因素密切相關(guān)的,因而在不同的國家、地區(qū)有較大的差別。這里采用的可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是以國際電力系統(tǒng)可靠性研究權(quán)威Billinton給出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的一種改進(jìn)。

　　說明: λP 為以年為單位統(tǒng)計的單臺設(shè)備或每公里線路故障率( 含所有原因?qū)е碌墓收? , λ″為以年為單位統(tǒng)計的單臺設(shè)備或每公里線路預(yù)安排停電率, r 為以h 為單位的設(shè)備或線路的平均停電時間, rc 為以h 為單位的重合閘時間, s 為以h 為單位的平均故障隔離和倒閘切換時間。

　　其中設(shè)備年故障率???和年預(yù)安排停電率λ″的計算公式為

　　λ(λ″) =∑同類設(shè)備故障(或預(yù)安排停電)次

　　數(shù)/∑(當(dāng)年該類設(shè)備總臺數(shù)或線路

　　總公里數(shù)×當(dāng)年統(tǒng)計月數(shù)/12) (5)

　　式中∑指對各年數(shù)據(jù)求和。

　　平均停電時間的計算公式為

　　r =∑同類設(shè)備總停電時間/∑該類設(shè)備停電次數(shù)(6)

　　其中rc和s則來源于當(dāng)?shù)卣{(diào)研中獲得的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

　　4　不同接線方式的可靠性計算結(jié)果及分析

　　現(xiàn)在以廣東某地區(qū)電網(wǎng)電纜網(wǎng)典型接線為例來定量分析配網(wǎng)接線方式對可靠性指標(biāo)的影響。該地區(qū)10 kV電纜配電網(wǎng)采用的主要接線方式為單輻射、單聯(lián)絡(luò)和三分段兩聯(lián)絡(luò)三種。還有少量饋線采用兩供一備的方式,及部分饋線采用多聯(lián)絡(luò)的非典型方式,但因為這種方式應(yīng)用很少,不計入研究的范圍。各線段L1 ~ L6的長度均為300 m,由于電纜網(wǎng)的負(fù)荷分布較集中,忽略配電點(diǎn)的出線長度。假設(shè)線路的負(fù)載率為60%(8 690 kVA),每一回聯(lián)絡(luò)通道的轉(zhuǎn)供容量均為40%(約5 790 kVA),負(fù)荷功率因素為0.9。為方便說明,以每一臺配變?yōu)橐粋€用戶單位。

　　利用上面所說的網(wǎng)絡(luò)等值法等效后應(yīng)用以下公式計算可靠性指標(biāo)。

　　SAIFI=ΣλiNi/ΣNi(7)

　　式中:λi指負(fù)荷點(diǎn)i故障率;Ni為負(fù)荷點(diǎn)i用戶數(shù)。

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

　　AENS=EENS/∑Ni(10)

　　其中EENS=∑PiUi=∑LPifiλiri

　　式中:Pi為負(fù)荷點(diǎn)i的平均負(fù)荷;LPi為負(fù)荷點(diǎn)i的峰荷;fi為負(fù)荷系數(shù)。

　　與輻射狀接線方式、“2-1”和“3-1”接線方式中的系統(tǒng)故障頻率指標(biāo)均只和設(shè)備的頻率參數(shù)有關(guān),而與設(shè)備的時間參數(shù)沒有關(guān)系,所以他們?nèi)N接線方式的這種指標(biāo)是一樣的。而不同的是,由于“2-1”和“3-1”具有轉(zhuǎn)供能力,所以在涉及到時間長度的指標(biāo)時與單輻射的指標(biāo)有明顯差異,它們兩種的可靠性要高很多。其次饋線和開關(guān)修復(fù)時間的長短實(shí)際上對供電可靠性指標(biāo)影響不大,相反,對可靠性指標(biāo)影響最大的是轉(zhuǎn)供操作時間,所以“2-1”單聯(lián)絡(luò)環(huán)網(wǎng)中,SAIDI、AENS和RS的計算結(jié)果與分段聯(lián)絡(luò)型“3-1”環(huán)網(wǎng)中的計算結(jié)果非常相似。

　　5　結(jié)語

　　影響配網(wǎng)可靠性的因素有很多,配網(wǎng)接線方式是其中的一種。不同配網(wǎng)接線方式對可靠性的影響是不一樣的,在同樣條件下,環(huán)網(wǎng)率越高聯(lián)系越多的配網(wǎng)接線方式可靠性就會越高,但也并不是越高越好,因為聯(lián)系越多開關(guān)設(shè)備就要越多,系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率也要更大。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]　郭永基.電力系統(tǒng)可靠性分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

　　[2]　陳文高.配電系統(tǒng)可靠性實(shí)用基礎(chǔ)[M].北京:中國電力出版社,1998.