城市配電網(wǎng)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(xué)，河北 保定 071003；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中規(guī)模最大、分布最廣、最具多樣性的一個子系統(tǒng)，遍布于人們生產(chǎn)和生活的每一個角落，其運行狀態(tài)直接影響著用戶的用電質(zhì)量和供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此對配電網(wǎng)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(yè)找出配電網(wǎng)當前所處狀態(tài)，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(wǎng)建設(shè)沿著正確的方向繼續(xù)前進[1]。國內(nèi)外對配電網(wǎng)的經(jīng)濟性、可靠性等方面已經(jīng)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(jīng)濟的高速發(fā)展，人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，社會各個行業(yè)及人民的日常生活對城市配電網(wǎng)運行水平和供電能力的要求越來越高。因此，丞需構(gòu)建一套全面有效的配電網(wǎng)運行水平和供電能力評估體系。以下分析配電網(wǎng)運行水平、供電能力的評估體系和評估案例。

1 配電網(wǎng)運行水平和供電能力評估體系介紹

目前，在城市配電網(wǎng)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(shù)指標，如線損率、電壓合格率、線路平均負載率等來評價網(wǎng)絡(luò)性能。但每一個指標僅能反映配電網(wǎng)某方面的性能，目前還缺乏一種全面反映配電網(wǎng)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(jù)各個評估指標對配電網(wǎng)影響的不同確定了其權(quán)重。配電網(wǎng)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(shè)備運行狀況三部分內(nèi)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(zhuǎn)供能力兩部分內(nèi)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(jié)果分為3類：強、較強和一般3級。得分率90%及以上的評估結(jié)果為強；得分率70%～90%的評估結(jié)果為較強；得分率70%以下的評估結(jié)果為一般。該評估體系指標設(shè)置較為復(fù)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(nèi)每100 km架空線路故障停電次數(shù)。

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

c. 配電變壓器故障停電率，次/(100臺·a)：全年內(nèi)每100臺配電變壓器故障停電次數(shù)。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(guān)設(shè)備故障停電率，次/(100臺·a)：全年內(nèi)每100臺開關(guān)設(shè)備故障停電次數(shù)。開關(guān)包括柱上變壓器、箱式變壓器、配電室、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜的斷路器和負荷開關(guān)。

1.2 供電能力評估指標及權(quán)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(shù)/配電變壓器總臺數(shù)。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(xù)2 h以上。

b. 線路重載比例(%)：重載線路條數(shù)/線路總條數(shù)。重載線路指配電線路年最大負載率達到或超過70%且持續(xù)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(shù)比上線路總條數(shù)。根據(jù)電網(wǎng)穩(wěn)定導(dǎo)則規(guī)定線路滿足N-1是指正常運行方式下電力系統(tǒng)中該線路無故或因故斷開后，電力系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)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(quán)重

由于各個指標對配電網(wǎng)運行水平和供電能力的影響不同，在查閱相關(guān)資料考慮各種不同因素后，組織了熟悉配電網(wǎng)建設(shè)改造理論和當?shù)仉娋W(wǎng)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(diào)查，然后對每個專家的打分進行加權(quán)平均，最終確定本評估體系所包含的28項評估指標，并根據(jù)各項指標得分高低賦予其不同的權(quán)重[1]。評估指標總體可分為3層，各項評估內(nèi)容的權(quán)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(shè)備運行狀況50分。設(shè)備運行狀況所占分數(shù)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(guān)故障停電率的權(quán)重值最高均為0.08，可見這幾項指標是影響配網(wǎng)運行水平的關(guān)鍵指標。供電能力滿分100分，其中負載能力60分，轉(zhuǎn)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(quán)重值最高為0.15，轉(zhuǎn)供能力中線路滿足N-1比例權(quán)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(guān)鍵指標。

2 配電網(wǎng)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(wǎng)運行水平進行了評估，該城市配電網(wǎng)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(wǎng)運行水平評估案例

2.1.1 架空線路故障停電率

配電網(wǎng)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(quán)重表

第1層分值第2層分值第3層評估指標權(quán)重運行水平100分綜合指標20分裝備水平30分設(shè)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(fù)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(guān)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(guān)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(guān)設(shè)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(zhuǎn)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(nèi)配電變壓器重載比例/%0.15.投運5年內(nèi)線路重載比例/%0.16.線路滿足N-1比例/%0.27.線路聯(lián)絡(luò)率/%0.18.不同變電站聯(lián)絡(luò)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(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止到2011年9月底，該地區(qū)有架空線路542.228 km，2011年1-9月發(fā)生故障停電43次。導(dǎo)致停電的主要故障設(shè)備分析見圖1。

由圖1可知導(dǎo)線是造成停電的主要設(shè)備，導(dǎo)線故障發(fā)生的原因有：大風(fēng)、大雨、大雪等惡劣天氣造成導(dǎo)線斷線、短路；異物短路、斷線；線路虛接；車輛掛線；產(chǎn)品質(zhì)量。分析認為造成架空線路故障停電的主要原因為大風(fēng)、大雨、大雪等惡劣天氣和設(shè)備老化。造成大風(fēng)、大雨、大雪惡劣天氣故障停電有設(shè)備和管理兩方面的原因。一方面，裸導(dǎo)線以及熔斷器、隔離開關(guān)等的裸露部分，在大風(fēng)、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(fā)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(fēng)、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(shè)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(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止到2011年9月底，該地區(qū)有配電電纜線路503.65 km，2011年1-9月發(fā)生故障停電7次。按故障停電設(shè)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(shè)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(yīng)該注意的問題主要是應(yīng)加強施工管理，減少施工挖斷電纜的次數(shù)。

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(shù)值計算見公式(3)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2011年9月底該地區(qū)有2 292臺配電變壓器，2011年1-9月發(fā)生故障58次。按故障停電設(shè)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(chǎn)品質(zhì)量18次，設(shè)備老化12次，大風(fēng)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(shù)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(shè)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(wǎng)供電能力評估案例

運用上述評估體系對該城市配電網(wǎng)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(zhuǎn)供能力，見公式(4)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2011年9月底該地區(qū)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(shù)值較高。線路轉(zhuǎn)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(wǎng)規(guī)劃設(shè)計水平，指標數(shù)值計算見公式(5)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年1-9月評估區(qū)域內(nèi)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(shù)值低。線路電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)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(wǎng)規(guī)劃設(shè)計水平，見公式(6)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年1-9月評估區(qū)域內(nèi)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(qū)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(xiàn)，導(dǎo)致用電負荷增大；老城區(qū)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(shù)值較低，配電變壓器電網(wǎng)規(guī)劃水平較高，但為了更好的提高其供電水平應(yīng)考慮老舊城區(qū)、用電負荷較大地區(qū)的分變臺工作。

3 結(jié)束語

通過該評估體系對某城市配電網(wǎng)

進行供電能力和運行水平的評估，找出了該城市配電網(wǎng)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(yīng)該加強線路設(shè)備巡視，落實管理責(zé)任，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，并進行消除，減少故障停電的發(fā)生；科學(xué)論證的前提下，完善配電網(wǎng)網(wǎng)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(shù)；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(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃水平較高，供電能力和轉(zhuǎn)供能力較強；但應(yīng)重點加強老舊城區(qū)、用電負荷較大地區(qū)的分變臺工作。建議用此評估體系對城市配電網(wǎng)進行定期評估，以發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)電網(wǎng)建設(shè)。

參考文獻：

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