投資凈效益率在饋線自動化方案選擇中的應用

熊　文, 王　莉, 肖　健, 伊　洋, 蔡燕春

(廣州供電局有限公司， 廣東 廣州 510620)

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投資凈效益率在饋線自動化方案選擇中的應用

熊文, 王莉, 肖健, 伊洋, 蔡燕春

(廣州供電局有限公司， 廣東 廣州 510620)

摘要：通過分析不同饋線自動化方案對供電可靠性的影響,從工程實用角度闡述了利用投資凈效益率分析評價饋線自動化方案的具體方法.對我國H市的饋線自動化方案進行了分析計算,利用改進的產電比法計算各饋線自動化減少的停電損失,分析比較H市各供電分區采用不同饋線自動化類型的經濟性,給出了各供電分區經濟性最優的饋線自動化方案,研究結果對配電網規劃具有一定的借鑒意義.

關鍵詞：饋線自動化；供電可靠性；投資凈效益率

一直以來,關于配電網經濟性與可靠性問題的研究得到了廣泛關注.文獻[1]利用可靠性成本/效益分析方法分析電網供電可靠性與電網建設經濟性兩者之間的關系；文獻[2]提出了可靠性成本/效益精益化分析方法,將傳統的可靠性邊際成本曲線按照不同優化措施進行了分解；文獻[3]提出以成本與效益的比值作為判據來分析比較幾種方案,取比值最小者為最優方案；文獻[4]利用最小單位負荷年費用法分析不同配電網接線模式的經濟性和可靠性.關于配電網經濟性的研究方法很多,但是對于饋線自動化經濟性與供電可靠性的研究相對較少,而且在制定饋線自動化方案時,大多未考慮供電區域的實際情況,包括負荷密度,供電可靠性要求高低、建設饋線自動化的難易程度等.

本文結合供電區域的實際情況,利用投資凈效益率計算方法,通過對H市的饋線自動化方案進行分析,比較該市各供電分區采用不同饋線自動化方案的經濟性,并得出一些規律性的結論,為電網的規劃、運行提供有益的參考.

1饋線自動化

饋線自動化(Feeder Automation, FA)是提高供電可靠性的關鍵技術之一,其提高供電可靠性主要體現在故障處理和遙控操作兩個方面.在正常狀態下,實時監視饋線分段開關與聯絡開關的狀態和饋線電流、電壓情況,實現線路開關的遠方或就地合閘與分閘操作；在故障時,獲得故障記錄并能自動判斷和隔離饋線故障區段,迅速恢復非故障區域供電,提高供電可靠性[5].

國內外的饋線自動化大致可分為基于自動化開關型的饋線自動化、集中式饋線自動化和分布式智能饋線自動化三類.

1.1基于自動化開關的饋線自動化

基于自動化開關的饋線自動化所需設備主要有重合器和分段器,不需要與配電自動化主站通信,設備投資成本低.在故障發生時,能夠通過線路開關間的邏輯配合,實現故障定位、故障隔離和恢復非故障區域供電,其配置如圖1所示.

圖1　電纜環網基于自動化開關的饋線自動化

1.2集中式饋線自動化

集中式饋線自動化由變電站出線斷路器、柱上開關或環網柜、饋線監控終端(FTU)、通信網絡、配電主站等組成,其配置如圖2所示.饋線監控終端與配電主站通信,可以將采集到的開關的運行信息傳給配電主站,也可以接受主站下達的命令進行相應的遠方倒閘操作.在故障發生時,可以實現故障的快速定位、隔離與供電恢復,提高供電可靠性.根據是否有遙控功能,可以分為集中型全自動化型FA和集中型半自動化型FA[6].

圖2　電纜環網集中式饋線自動化

1.3分布式智能型饋線自動化

分布式智能型饋線自動化是在重合器方式饋線自動化的基礎上,增加局部光纖通信網,使得環網內的各FTU互相交互信息,其配置如圖3所示.系統中的每一個FTU根據本地測量信息、相鄰開關處FTU送來測量信息,進行故障定位、隔離與恢復供電.無需主站或子站的介入,也不需要知道整個網絡的拓撲結構.

分布式智能型饋線自動化隔離故障速度快、準確性高.多級串聯開關可以實現無級差配合,能夠在故障后0.3s內直接跳開離故障點最近的兩側開關,而變電站出線開關不需要跳閘,使得停電區域最小.在保護通道故障時,可自動轉為重合器方式的就地式饋線自動化工作模式,供電可靠性非常高[7].

圖3　電纜環網分布式智能型饋線自動化

2饋線自動化方案選擇的分析方法

由于不同供電區域的網架基礎不同,即使采用相同的饋線自動化方案,所需的投資費用以及收益回報，也會有所不同.所以在進行饋線自動化方案選擇時,不僅要考慮饋線自動化的投資費用、收益回報還要綜合考慮不同區域的負荷密度、供電可靠性要求高低、一次網架結構、實施饋線自動化的難易程度等因素.

饋線自動化的投資費用包括設備投資費用和運行維護費用,其計算相對容易.實施饋線自動化后帶來的收益回報一般用實施饋線自動化后減少的停電損失來評價,但是其計算相對困難,這里利用改進的產電比法來估算.產電比是指某一時期、某一地區內國內生產總值(GDP)與消耗電能量之比.本文在考慮各饋線自動化類型對供電可靠性的不同影響的基礎上,估算各類供電分區采用各種饋線自動化方案時減少的平均停電時間,結合產電比法和供電分區的負荷功率值來計算各饋線自動化方案帶來的收益回報.

2.1投資凈效益率計算方法

在實際情況下選擇饋線自動化實施方案時,這里引入“投資凈效益”和“投資凈效益率”概念,分析計算不同區域建設饋線自動化的投資與效益的關系.

具體計算步驟如下：

1)根據負荷密度的不同,將供電區域分為不同的供電分區.

2)利用貨幣時值轉換公式,將目標供電分區內各饋線自動化方案的投資費用和運行維護費用轉化為等年值.

3)將目標供電分區內實施各饋線自動化方案后減少的停電損失費用減去投資和運行維護費用的等年值,得到投資凈效益.

4)分析投資凈效益,當投資凈效益大于零時,說明效益大于成本,該方案可選, 當投資凈效益小于零時,說明效益小于成本,該方案不可選.

5)分別計算可選的饋線自動化方案的投資凈效益率,取投資凈效益率最大的饋線自動化方案為最優方案.

2.2數學模型

計算中引用的主要計算公式如下：

投資凈效益：

C=C(l)-C(i)-C(m)

(1)

且有：

C(l)=ω×tl×α

(2)

(3)

(4)

其中：C(l)為實施饋線自動化后減少的停電損失；C(i)為實施饋線自動化的設備投資年費用；C(m)為設備維修年費用；ω為供電分區內的負荷功率；tl為饋線自動化減少的平均停電時間；t1為產電比；r為電力工業投資回收率(一般取0.1%)；n為饋線自動化的折舊年限(取25年)；C'(i)、C'(m)分別為饋線自動化投資費用和運行維護費用.

當C>0時,說明效益大于成本,該方案可選；

當C<0時,說明成本大于效益,該方案不可選.

當有多個可選方案時,計算其投資凈效益率：

(5)

取投資凈效益率最大的饋線自動化方案為最優方案.

2.3供電分區的劃分

根據南方電網公司最新公司企業標準《配電網規劃設計導則》,規定南方電網區域劃分情況見表1.

表1供電區分類對照表

地區級別A類B類C類D類E類特級中心區或σ≥30一般市區或20<σ<30市區或10<σ<20城鎮或5<σ<10城鎮或1<σ<5一級σ≥30市中心區或20<σ<30一般市區或10<σ<205<σ<10的郊區及城鎮城鎮或1<σ<5

注：σ為供電區負荷密度,單位為MW/km2.特級地區指國際大城市；一級地區指省會及其它主要城市.

3算例分析

以我國某城市H市為例進行分析.根據負荷密度的不同,該市可分為:A、B、C、D、E 五個供電分區,劃分標準對照表1.

首先對A類供電分區進行分析計算,且假定所有的設備都100%可靠.截止到2013年底,H市A類供電區的GDP為503.97億元,供電量為50.13億kWh,產電比為10.053 元/kWh,負荷功率為109萬kW.

A類供電分區網架基礎好,進行饋線自動化改造時相對容易,所需的投資相對少.據統計，A類供電分區采用集中型全自動化型饋線自動化的投資為50萬元,采用集中型半自動化型饋線自動化的投資為32萬元.采用分布式智能型饋線自動化的投資為35萬元,采用基于自動化開關的饋線自動化的投資為17萬元.

饋線自動化能夠減少倒閘操作時間和故障處理時間。集中式全自動化型饋線自動化和分布式智能型饋線自動化帶有遙控操作功能，能夠減少人工去現場進行倒閘操作的時間，根據A類供電分區現場實際情況，遙控操作比人工操作每次大約節省0.4h.而集中式半自動化型饋線自動化和重合器—分段器配合型饋線自動化不具有遙控功能，其減少的停電時間僅包括減少的故障處理時間.

除了倒閘操作時間上的差距外，不同的饋線饋線自動化類型處理故障的速度不同.據H市饋線自動化前期試點建設的統計數據，H市A類地區采用集中式全自動化型饋線自動化減少的平均停電時間約為0.6h.在A類地區采用集中式全自動化采用集中式半自動化型饋線自動化、分布式智能型饋線自動化、重合器.分段器配合型饋線自動化減少的平均停電時間分別約為0.3h、0.5h、0.1h.利用投資凈效益率分析方法計算A類供電分區采用各類饋線自動化的投資凈效益率情況見表2.

表2A類供電分區采用各種饋線自動化方案時投資凈效益率分析表

A類供電分區初始投資/萬元減少停電小時數/h減少停電損失/萬元投資凈效益投資凈效益率/%集中式全自動化FA500.6657.48>012.15集中式半自動化FA320.3328.74>09.27分布式智能FA350.5547.9>013.65基于開關的FA170.1109.58>05.45

由表2可知,A類供電分區,采用4種饋線自動化時,帶來的效益都大于投資成本.關于投資凈效益率,集中型全自動化型FA和分布式智能型FA的投資凈效益率高,且由于A類地區對供電可靠性的要求高,網架基礎好,建設集中型全自動化型FA和分布式智能型FA相對容易,所以建議H市A類供電分區采用集中型全自動化型FA和分布式智能型FA，且建議該分區內對供電可靠性尤其高的區域優先考慮采用分布式智能型FA.

B類、C類、D類、E類供電分區的投資效益分析方法與A類供電分區類似.

H市各供電分區采用各種饋線自動化方案時的投資凈效益以及投資凈效益率情況匯總見表3、表4.

表3H市各供電分區采用不同饋線自動化方案時投資凈效益分析表

供電分區集中式全自動化FA集中式半自動化FA分布式智能FA基于開關的FAA類>0>0>0>0B類>0>0>0>0C類>0>0>0>0D類>0>0>0>0E類<0<0<0>0

表4H市各供電分區采用各種饋線自動化方案時的投資凈效益率分析表

供電分區集中式全自動化FA集中式半自動化FA分布式智能FA基于開關的FAA類12.159.2713.655.45B類3.296.693.231.5C類3.155.572.901.26D類1.180.230.932.81E類-0.21-0.55-0.273.79

經過以上分析,得到H市各供電分區的可以采用的饋線自動化方案見表5.

表5H市各供電分區的饋線自動化方案

供電分區建設方案備注A類集中型全自動型FA分布式智能型FA對該分區內對供電可靠性要求較高的部分區域,優先考慮采用分布式智能型FAB類集中型半自動型FA無C類集中型半自動型FA無D類基于自動化開關的FA無E類基于自動化開關的FA無

4結束語

本文提出的利用投資凈效益率指標分析評價饋線自動化方案的方法，能夠根據不同供電分區的實際情況，具體分析饋線自動化的經濟投入，提高供電可靠性帶來的經濟效益的關系，為各供電分區最優饋線自動化方案的選擇提供依據.

參考文獻：

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[6]劉海濤,沐連順,蘇劍.饋線自動化系統的集中智能控制模式[J].電網技術,2007(23):17-21.

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(編輯：劉寶江)

Application of net profit rate of investment in the selection of feeder automation scheme

XIONG Wen, WANG Li, XIAO Jian, YI Yang, CAI Yan-chun

(Guangzhou Power Supply Company Limited, Guangzhou 510620, China)

Abstract:The effect of all different kinds of feeder automation on power supply reliability is analyzed. Specific method of evaluating feeder automation scheme using net profit rate of investment is expounded from the view of practical engineering in this paper. The feeder automation scheme of the city of H is analyzed and calculated. The improved method of production and electricity ratio is used to calculate the loss of outage reduced by implementing feeder automation. The economy of different types of feeder automation in different power supply sections is analyzed and compared, and the optimal feeder automation schemes in different power supply sections are given. The results of the studies are of certain reference significance for the distribution network plan.

Key words: :feeder automation; power supply reliability; net profit rate of investment

中圖分類號：TM773

文獻標志碼：A

文章編號：1672-6197(2016)04-0062-04

作者簡介：熊文, 男, dqxw66@sina.com

基金項目：南方電網公司中介項目(ZJF130088)

收稿日期：2015-04-27