城市配電網運行水平和供電能力評估體系分析

池麗鈞，許伯強，花新樂，曹新宇，侯新葉

(1.華北電力大學，河北 保定 071003；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

配電網是電力系統中規模最大、分布最廣、最具多樣性的一個子系統，遍布于人們生產和生活的每一個角落，其運行狀態直接影響著用戶的用電質量和供電企業的經濟效益。因此對配電網的運行水平和供電能力進行準確的評估可以幫助電力企業找出配電網當前所處狀態，找出與目標的差距和需要努力的方向，及時采取改進措施，使電網建設沿著正確的方向繼續前進[1]。國內外對配電網的經濟性、可靠性等方面已經做了大量的研究，但對其運行水平和供電能力的研究相對較少。同時，隨著我國經濟的高速發展，人民物質生活水平的不斷提高，社會各個行業及人民的日常生活對城市配電網運行水平和供電能力的要求越來越高。因此，丞需構建一套全面有效的配電網運行水平和供電能力評估體系。以下分析配電網運行水平、供電能力的評估體系和評估案例。

1 配電網運行水平和供電能力評估體系介紹

目前，在城市配電網供電能力和運行水平評估方面的深入研究還較少，通常的做法是計算一些單獨的技術指標，如線損率、電壓合格率、線路平均負載率等來評價網絡性能。但每一個指標僅能反映配電網某方面的性能，目前還缺乏一種全面反映配電網供電能力和運行水平的綜合指標[2]。該評估體系包括28項評估指標，并根據各個評估指標對配電網影響的不同確定了其權重。配電網運行水平和供電能力評估體系由運行水平和供電能力兩方面組成。運行水平分為綜合指標、裝備水平、設備運行狀況三部分內容，包括供電可靠率、架空線路故障停電率、配電變壓器故障停電率等20項評估指標。

供電能力分為負載能力和轉供能力兩部分內容，包括容載比、配電變壓器重載比例、線路滿足N-1比例等8項評估指標。供電能力和運行水平評估結果分為3類：強、較強和一般3級。得分率90%及以上的評估結果為強；得分率70%～90%的評估結果為較強；得分率70%以下的評估結果為一般。該評估體系指標設置較為復雜，以下只介紹對其運行水平和供電能力影響較大的指標。

1.1 運行水平評估指標

a. 架空線路故障停電率，次/(100 km·a)：全年內每100 km架空線路故障停電次數。

b. 電纜線路故障停電率，次/(100 km·a)：全年內每100 km電纜線路故障停電次數[3]。

c. 配電變壓器故障停電率，次/(100臺·a)：全年內每100臺配電變壓器故障停電次數。配電變壓器包括柱上變壓器、箱式變壓器和配電室變壓器[4]。

d. 開關設備故障停電率，次/(100臺·a)：全年內每100臺開關設備故障停電次數。開關包括柱上變壓器、箱式變壓器、配電室、開閉所、環網柜的斷路器和負荷開關。

1.2 供電能力評估指標及權重

1.2.1 評估指標

a. 配電變壓器重載比例(%)：重載配電變壓器臺數/配電變壓器總臺數。重載配電變壓器指配電變壓器年最大負載率達到或超過80%,且持續2 h以上。

b. 線路重載比例(%)：重載線路條數/線路總條數。重載線路指配電線路年最大負載率達到或超過70%且持續1 h以上。

c. 線路滿足N-1比例(%)：線路滿足N-1安全準則的條數比上線路總條數。根據電網穩定導則規定線路滿足N-1是指正常運行方式下電力系統中該線路無故或因故斷開后，電力系統應能保持穩定運行和正常供電，其他元件不過負荷，電壓和頻率均在允許范圍[5]。

1.2.2 評估指標權重

由于各個指標對配電網運行水平和供電能力的影響不同，在查閱相關資料考慮各種不同因素后，組織了熟悉配電網建設改造理論和當地電網實際特點的多名專家，采取百分制對備選的指標進行問卷調查，然后對每個專家的打分進行加權平均，最終確定本評估體系所包含的28項評估指標，并根據各項指標得分高低賦予其不同的權重[1]。評估指標總體可分為3層，各項評估內容的權重見表1。

運行水平滿分100分，其中綜合指標20分，裝備水平30分，設備運行狀況50分。設備運行狀況所占分數比重最大，而其中架空線路故障停電率、電纜線路故障停電率、配電變壓器故障停電率、開關故障停電率的權重值最高均為0.08，可見這幾項指標是影響配網運行水平的關鍵指標。供電能力滿分100分，其中負載能力60分，轉供能力40分。而負載能力中線路重載比例、配電變壓器重載比例權重值最高為0.15，轉供能力中線路滿足N-1比例權重值最高為0.2，由此可知線路重載比例、配電變壓器重載比例以及線路滿足N-1比例是供電能力評估中的關鍵指標。

2 配電網運行水平及供電能力評估案例分析

運用此評估體系對某城市配電網運行水平進行了評估，該城市配電網運行水平總體得分44.87分，處于一般水平級。由于上述評估體系指標繁雜，為了更加清晰地論述，以下只分析對運行水平影響較大的架空線路、電纜線路、配電變壓器故障停電率3項指標進行評估。

2.1 配電網運行水平評估案例

2.1.1 架空線路故障停電率

配電網架空線路故障停電率反映架空線路故障情況，見公式(1)。

(1)

表1 評估指標權重表

第1層分值第2層分值第3層評估指標權重運行水平100分綜合指標20分裝備水平30分設備運行狀況50分1.供電可靠率RS3/% 0.052.D類電壓合格率/% 0.053.綜合線損率/%0.054.重復計劃停電用戶比例/% 0.055.運行超30年線路故障停電率/次·(100 km·a)-10.056.運行超20年配電變壓器故障停電率/次·(100 km·a)-10.057.運行超20年開關故障停電率/次·(100 km·a)-10.058.線路絕緣化率/% 0.059.高損耗配電變壓器比例/% 0.0310.開關無油化率/% 0.0311.配電變壓器信息采集率/%0.0212.配電自動化終端覆蓋率/% 0.0213.架空線路故障停電率/次·(100 km·a)-10.0814.電纜線路故障停電率/次·(100 km·a)-10.0815.配電變壓器故障停電率/次·(100臺·a)-10.0816.開關設備故障停電率/次·(100臺·a)-10.0817.外力破壞造成故障停電比例/%0.0518.線路輕載比例/% 0.0519.配電變壓器輕載比例/% 0.0520.理論線損偏高線路比例/% 0.03供電能力100分負載能力60分轉供能力40分1.容載比0.12.線路重載比例/%0.153.配電變壓器重載比例/%0.154.投運3年內配電變壓器重載比例/%0.15.投運5年內線路重載比例/%0.16.線路滿足N-1比例/%0.27.線路聯絡率/%0.18.不同變電站聯絡線路比例/%0.1

架空線路故障路停電率為10.57次/(100 km·a)。針對架空線路故障停電率較高的情況，需要加強巡視、進行消缺管理，充分利用改造、大修、用戶工程等停電時間，做好消缺和伐樹工作；還要進一步加強防外力破壞工作，減少外力破壞造成的架空線路故障停電；積極爭取項目資金，進行架空線路入地改造。

根據統計數據，截止到2011年9月底，該地區有架空線路542.228 km，2011年1-9月發生故障停電43次。導致停電的主要故障設備分析見圖1。

由圖1可知導線是造成停電的主要設備，導線故障發生的原因有：大風、大雨、大雪等惡劣天氣造成導線斷線、短路；異物短路、斷線；線路虛接；車輛掛線；產品質量。分析認為造成架空線路故障停電的主要原因為大風、大雨、大雪等惡劣天氣和設備老化。造成大風、大雨、大雪惡劣天氣故障停電有設備和管理兩方面的原因。一方面，裸導線以及熔斷器、隔離開關等的裸露部分，在大風、大雨、大雪惡劣天氣的情況下，很可能就會引起短路、接地，從而發生故障停電；另一方面，由于管理的問題，如線下樹木沒及時清除，鳥窩等缺陷沒及時消除，在大風、大雨、大雪惡劣天氣的情況下，也會引起故障停電。

圖1 故障設備分析

2.1.2 電纜線路故障停電率

本指標反映電纜線路故障情況，見公式(2)。根據統計數據，截止到2011年9月底，該地區有配電電纜線路503.65 km，2011年1-9月發生故障停電7次。按故障停電設備分類：電纜本體6次，電纜終端頭1次。按故障停電原因分類：挖斷電纜5次，設備老化1次，雷擊1次。可見，挖斷電纜是造成電纜線路故障的主要原因。

(2)

電纜線路故障停電率為1.85次/(100 km·a)，故障停電率低，其運行能力處于較高水平。應該注意的問題主要是應加強施工管理，減少施工挖斷電纜的次數。

2.1.3 配電變壓器故障停電率

該指標反映配電變壓器故障情況，指標數值計算見公式(3)。根據統計數據，截至2011年9月底該地區有2 292臺配電變壓器，2011年1-9月發生故障58次。按故障停電設備分類：高壓熔斷器25次，低壓熔斷器21次，變壓器本體10次，高壓引線2次。按故障停電原因分類：過負荷27次，產品質量18次，設備老化12次，大風大雨大雪1次。因此造成配電變壓器故障停電的主要原因是過負荷。

(3)

配電變壓器故障停電率為3.37次/(100 km·a)，數值較高。針對配電變壓器故障停電率高的情況，要合理安排配電變壓器負荷，加強設備巡視管理，及時消除缺陷，減少配電變壓器故障。

2.2 配電網供電能力評估案例

運用上述評估體系對該城市配電網供電能力進行了評估。供電能力總體得分80.44分，處于“較強”水平級。下面分析了對其影響較大的線路滿足N-1比例、線路重載比例、配電變壓器重載比例3項指標。

2.2.1 線路滿足N-1比例

本指標是評價配電線路在單一故障條件下的供電安全性，重點考察線路的轉供能力，見公式(4)。根據統計數據，截至2011年9月底該地區233條配電線路中有168條滿足N-1安全準則，65條線路不滿足N-1安全準則。

(4)

線路滿足N-1比例為72.10%，指標數值較高。線路轉供電能力處于較強水平。

2.2.2 線路重載比例

該指標重點考察配電網規劃設計水平，指標數值計算見公式(5)。根據統計數據，根據統計數據，2011年1-9月評估區域內的233條配電線路中重載7條。

(5)

線路重載比例為3.00%，指標數值低。線路電網規劃設計水平高，供電能力屬于強水平級。

2.2.3 配電變壓器重載比例

該指標重點考察配電網規劃設計水平，見公式(6)。根據統計數據，2011年1-9月評估區域內有2 292臺配電變壓器重載225臺，造成配電變壓器重載的主要原因：隨著生活水平的提高，老城區居民電表普遍更換為40 A或更高，居民用電負荷激增；路邊店鋪的大量出現，導致用電負荷增大；老城區地理位置所限，無法進行分變臺工作。

(6)

配電變壓器重載比例為9.82%指標數值較低，配電變壓器電網規劃水平較高，但為了更好的提高其供電水平應考慮老舊城區、用電負荷較大地區的分變臺工作。

3 結束語

通過該評估體系對某城市配電網

進行供電能力和運行水平的評估，找出了該城市配電網存在的主要問題，從運行水平各項評估指標的分析來看，影響運行水平的主要因素有架空線路故障停電率較高，配電變壓器故障停電率較高兩方面。為解決這兩方面的問題應該加強線路設備巡視，落實管理責任，盡早發現設備缺陷，并進行消除，減少故障停電的發生；科學論證的前提下，完善配電網網架，以減小過負荷配電變壓器的供電范圍，在必要的情況下可以增加配電變壓器臺數；積極爭取項目資金，進行架空線路入地改造。從供電能力各項評估指標的分析來看，該地區配電網規劃水平較高，供電能力和轉供能力較強；但應重點加強老舊城區、用電負荷較大地區的分變臺工作。建議用此評估體系對城市配電網進行定期評估，以發現電網薄弱環節，指導電網建設。

參考文獻：

[1] 藍毓俊.現代城市電網規劃設計與建造[M]．北京：中國電力出版社，2004．

[2] 葛少云,董靜媛,王曉東,等.基于模糊推理的城市中壓配電網供電能力評估[J].電力系統及其自動化學報,2004,16(6):14-17.

[3] DL/T 836-2003,供電系統用戶供電可靠性評價規程[S].

[4] Q/GDW 370-2009,城市配電網技術導則[S].

[5] Q/GDW 156-2006，城市電力網規劃設計導則[S].