基于可靠性的不同供電區(qū)配電自動(dòng)化終端數(shù)量?jī)?yōu)化方案研究

謝義苗，何樂彰，張忠會(huì)，熊劍鋒

(1.國(guó)網(wǎng)上饒供電公司， 江西 上饒　334000；2.南昌大學(xué) 信息工程學(xué)院，南昌　330031)

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基于可靠性的不同供電區(qū)配電自動(dòng)化終端數(shù)量?jī)?yōu)化方案研究

謝義苗1，何樂彰1，張忠會(huì)2，熊劍鋒2

(1.國(guó)網(wǎng)上饒供電公司， 江西 上饒334000；2.南昌大學(xué) 信息工程學(xué)院，南昌330031)

為了解決不同供電區(qū)對(duì)可靠性要求不同所導(dǎo)致的配電終端數(shù)量不同問題，提出了基于可靠性的不同供電區(qū)配電自動(dòng)化終端數(shù)量?jī)?yōu)化方案，根據(jù)可靠性的要求提出配電自動(dòng)化終端優(yōu)化配置的思路和原則，分析了未實(shí)施配電自動(dòng)化、全“二遙”、全“三遙”以及混合配置幾種模式下的供電可靠性指標(biāo)與配電終端數(shù)量之間的關(guān)系，并以某市級(jí)電網(wǎng)為例說明配電自動(dòng)化終端優(yōu)化過程，研究了配電自動(dòng)化技術(shù)對(duì)供電可靠性的影響，以便更加合理科學(xué)進(jìn)行配電自動(dòng)化規(guī)劃，并為今后配電自動(dòng)化工程提供一定的參考。

可靠性；配電自動(dòng)化終端；優(yōu)化；不同供電區(qū)

配電自動(dòng)化終端數(shù)量的投入多少，與供電可靠性的高低直接相關(guān)，配電自動(dòng)化技術(shù)作為提升供電可靠性的關(guān)鍵措施，越來越得到專家學(xué)者的青睞。配電自動(dòng)化技術(shù)通過在開關(guān)上裝設(shè)具有“二遙”或者“三遙”功能的配電終端，從而實(shí)現(xiàn)故障的快速定位、隔離以及故障區(qū)用電恢復(fù)。雖然裝設(shè)配電終端能提升供電可靠性，若每個(gè)開關(guān)都配置配電終端，會(huì)產(chǎn)生巨額的投資。目前眾多學(xué)者主要從網(wǎng)架改造、配電自動(dòng)化終端投入等方面進(jìn)行對(duì)供電可靠性進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[1]分析了多種能夠提高饋線利用效率的接線模式，用于提升大型城市核心供電區(qū)的配電網(wǎng)高可靠性。文獻(xiàn)[2]針對(duì)傳統(tǒng)單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)無法滿足城市重點(diǎn)地區(qū)供電可靠性要求，提出基于環(huán)間聯(lián)絡(luò)和配電自動(dòng)化的配電網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，以滿足重點(diǎn)城區(qū)的高供電可靠性要求。文獻(xiàn)[3]提出在對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、負(fù)荷密度大以及可靠性要求高的地區(qū)，采用閉環(huán)運(yùn)行方式。文獻(xiàn)[4]提出配電管理系統(tǒng)的“花瓣”型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，用于提升供電可靠性；配電自動(dòng)化終端方面。文獻(xiàn)[5]提出結(jié)合圖論對(duì)具有遙控功能的三遙終端安裝位置對(duì)配電網(wǎng)可靠性影響進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[6-8]分別從投入產(chǎn)出比和考慮不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及供電可靠性要求的角度分析了配電自動(dòng)化終端配置數(shù)量。文獻(xiàn)[9-13]則分析了配電自動(dòng)化技術(shù)接入對(duì)供電可靠性的影響以及配電自動(dòng)化技術(shù)與其他系統(tǒng)的配合問題。

選取配電終端的數(shù)量和位置依然需要進(jìn)一步研究，本文主要從供電可靠性的角度研究，說明供電可靠性指標(biāo)與配電終端數(shù)量之間的聯(lián)系，分析不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、不同供電分區(qū)下，如何進(jìn)行配電自動(dòng)化的終端配置，以便更加合理科學(xué)的進(jìn)行配電自動(dòng)化規(guī)劃，并為今后配電自動(dòng)化工程提供一定的參考。

1　配電自動(dòng)化終端優(yōu)化配置思路與原則

根據(jù)不同城市的發(fā)展，不同城市不同階段對(duì)供電可靠性的要求不同，配電自動(dòng)化終端優(yōu)化思路應(yīng)結(jié)合地域和時(shí)間特性，針對(duì)性地提出滿足本區(qū)域供電可靠性要求的配電自動(dòng)化終端規(guī)劃方案。

1.1配電終端優(yōu)化配置思路

供電可靠性與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平、技術(shù)水平、管理水平等多方面因素相關(guān)，根據(jù)《江西省配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》對(duì)本地區(qū)A、B類供電區(qū)可靠性因素成本效益曲線圖，制定配電終端優(yōu)化配置思路，如圖1～圖3所示。

圖1　A類地區(qū)可靠性因素成本效益曲線圖

圖2　B類地區(qū)可靠性因素成本效益曲線圖

圖3　C類地區(qū)可靠性因素成本效益曲線圖

根據(jù)圖1、圖2、圖3中曲線，制定配電終端優(yōu)化配置思路，如圖4所示。

對(duì)于A類供電區(qū)，應(yīng)優(yōu)先開展配電自動(dòng)化，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理的基礎(chǔ)上，采用全線配置“三遙”終端，全部采用電纜或絕緣導(dǎo)線供電，減少故障率；其次應(yīng)提升管理水平，如開展不停電作業(yè)、狀態(tài)檢修等，以便以較少的投資獲得可靠性能的較高提升。

對(duì)于B類供電區(qū)，以加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為主，將現(xiàn)有單輻射線路逐步實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)或雙射結(jié)構(gòu)，使其滿足“N-1”轉(zhuǎn)供電要求；其次通過配電自動(dòng)化技術(shù)，采用“二遙”終端為主，聯(lián)絡(luò)開關(guān)和特別重要的分段開關(guān)也可配置“三遙”終端，從而提升供電可靠性。

對(duì)于C類供電區(qū)，應(yīng)優(yōu)先開展配電自動(dòng)化，采用“二遙”終端為主，聯(lián)絡(luò)開關(guān)和特別重要的分段開關(guān)也可配置“三遙”終端；其次通過優(yōu)化網(wǎng)架，從而提升供電可靠性。

1.2配電終端優(yōu)化配置原則

由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，不同供電區(qū)對(duì)供電可靠性要求不同，配電自動(dòng)化不應(yīng)盲目追求高供電可靠性，應(yīng)結(jié)合供電區(qū)具體情況分階段、有計(jì)劃地實(shí)施，一般來說，配電自動(dòng)化終端配置需滿足以下要求：

(1)可靠性要求。根據(jù)配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則，不同供電區(qū)在不同階段對(duì)供電可靠性要求不同，配電終端配置方案應(yīng)滿足不同供電區(qū)規(guī)劃要求達(dá)到的供電可靠率(RS-3)。

圖4　配電終端優(yōu)化思路

(2)經(jīng)濟(jì)性要求。大量配電終端的配置及不滿足配電自動(dòng)化要求設(shè)備的改造和更換，對(duì)于電網(wǎng)公司是一項(xiàng)巨大的投資。因此，應(yīng)選擇具有負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，以便節(jié)約投資，保障負(fù)荷損失最小。

(3)負(fù)荷均衡要求。為縮小故障停電范圍，應(yīng)盡量使得配電終端間所處的每段線路接帶負(fù)荷水平相當(dāng)。

2　基于可靠性的不同分區(qū)配電自動(dòng)化終端數(shù)量配置

2.1配電終端配置數(shù)量?jī)?yōu)化

配電線路發(fā)生故障，故障處理時(shí)間(T)主要包含故障定位時(shí)間(T1)，故障隔離時(shí)間(T2)，以及故障修復(fù)時(shí)間(T3)。

T=T1+T2+T3

(1)

(2)

式中Fa——饋線總故障率；fk——第k段線路的故障率。

根據(jù)配電終端種類的不同，分4種模式計(jì)算所需配電終端的數(shù)量。

(1)饋線滿足N-1準(zhǔn)則，采用全“三遙”配置方式，這種配置方式一般用于A類或者A+類供電區(qū)域，該種配置方式需要配電終端能夠?qū)崿F(xiàn)“遙控”、“遙信”、“遙測(cè)”這“三遙”功能，需要開關(guān)安裝操作機(jī)構(gòu)，并配備專門的光纖通道用于通信，需要較大的投資。

若饋線采用全“三遙”配置方式，則認(rèn)為饋線的故障定位時(shí)間(T1)和故障隔離時(shí)間(T2)近似為0，則故障處理時(shí)間(T=T3)。

則供電可靠率(ASAI3)為：

(3)

假設(shè)該區(qū)域該階段供電可靠性要求為ASAIset，則：

ASAIset≥ASAI3

(4)

解式，得所需要配電終端數(shù)量m為：

(5)

(2)饋線滿足N-1準(zhǔn)則，采用全“二遙”配置方式，這種配置方式一般用于D類及以下供電區(qū)域，該種配置方式只需配電終端能夠?qū)崿F(xiàn) “遙信”、“遙測(cè)”這“二遙”功能，開關(guān)無需加裝操作機(jī)構(gòu)，采用無線進(jìn)行通信，無需進(jìn)行光纖通信，節(jié)省通道，極大地節(jié)約了投資。

若饋線采用全“二遙”配置方式，則認(rèn)為饋線的故障定位(T1)近似為0，則故障處理時(shí)間(T=T2+T3)。

則其供電可靠率ASAI2為：

(6)

假設(shè)該區(qū)域該階段供電可靠性要求為ASAIset，則：

ASAIset≥ASAI

(7)

得所需要配電終端數(shù)量m為：

(8)

(3)饋線滿足N-1準(zhǔn)則，采用“三遙”和“二遙”混合配置方式，這種配置方式一般用于B類及C類供電區(qū)域，該種配置方式重要開關(guān)機(jī)聯(lián)絡(luò)區(qū)域采用“三遙”配置，其他開關(guān)采用“二遙”配置。

若饋線采用“三遙”和“二遙”混合配置方式，假設(shè)“二遙”均勻分布在“三遙”中間，每個(gè)區(qū)域有臺(tái)“二遙”終端模塊，則：

m=m1+(m+1)×l

(9)

式中m——“二遙”和“三遙”模塊之和；m1——“三遙”終端模塊數(shù)量；(m1+1)×l——“二遙”終端模塊數(shù)量。

(10)

假設(shè)該區(qū)域該階段供電可靠性要求為ASAIset，則：

ASAIset≥ASAI32

(11)

得所需要配電終端數(shù)量m1為：

(12)

則“二遙”配電終端數(shù)量為：

m2=(m1+1)×l

(4)饋線不滿足N-1準(zhǔn)則，采用全“二遙”配置方式，主干線采用具有本地保護(hù)和重合閘功能的“二遙”終端實(shí)現(xiàn)k2+1級(jí)保護(hù)配合，若饋線采用全“二遙”配置方式，則認(rèn)為饋線的故障定位時(shí)間(T1)和故障隔離時(shí)間(T2)近似為0，則故障處理時(shí)間(T=T3)。

則其供電可靠率ASAI2′為：

(13)

假設(shè)該區(qū)域該階段供電可靠性要求為ASAIset，則：

ASAIset≥ASAI2′

(14)

得所需要配電終端數(shù)量m為：

(15)

根據(jù)實(shí)際情況，分以上4種模式，采用式—計(jì)算配電終端的配置數(shù)量，聯(lián)絡(luò)開關(guān)一般配置“三遙”。

2.2配電自動(dòng)化技術(shù)對(duì)供電可靠性提升

配電自動(dòng)化縮短了停電時(shí)間和縮小了停電范圍，根據(jù)配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則對(duì)供電區(qū)域的劃分，配電自動(dòng)化技術(shù)對(duì)各供電區(qū)供電可靠性的提升可按照進(jìn)行計(jì)算：

ASAIAC=1-(1-ASAI)δ

(16)

式中ASAIAC——計(jì)及故障停電因素的進(jìn)行配電自動(dòng)化之后的可靠性指標(biāo)；δ——故障停電戶時(shí)數(shù)占總停電戶時(shí)數(shù)的百分比；δ——根據(jù)市級(jí)自動(dòng)化實(shí)施區(qū)歷年10kV用戶供電可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲得。

3　算例分析

3.1配電自動(dòng)化終端優(yōu)化結(jié)果

某地級(jí)市核心區(qū)本次配電自動(dòng)化投資建設(shè)線路66條且均為B類供電區(qū)，每條10kV線路配備3個(gè)環(huán)網(wǎng)柜，將線路分成4段，每個(gè)環(huán)網(wǎng)柜接待1.5MW左右負(fù)荷，提高供電可靠性，每條線路極限容量接待9.5MW負(fù)荷，全部滿足“N-1”結(jié)構(gòu)，結(jié)合前文中的配電自動(dòng)化終端規(guī)劃思路，根據(jù)2.1所述的根據(jù)可靠性的要求不同，計(jì)算某市B類供電區(qū)配電終端優(yōu)化配置結(jié)果，如表1所示。根絕可靠性計(jì)算結(jié)果，B類供電區(qū)每條線路配備3個(gè)自動(dòng)化終端，其中1個(gè)“三遙”終端將2個(gè)“二遙”終端分別劃分為2個(gè)“二遙”區(qū)段，配電自動(dòng)化終端優(yōu)化結(jié)果如表1所示。

表1　配電自動(dòng)化終端優(yōu)化結(jié)果

3.2配電自動(dòng)化技術(shù)對(duì)供電可靠性的影響

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)該市故障定位時(shí)間和隔離時(shí)間和分別取90min和120min，配電自動(dòng)化實(shí)施后和分別取20min和10min，某地級(jí)市采用半自動(dòng)故障處理模式，故配電自動(dòng)化建設(shè)前后倒閘操作時(shí)間未進(jìn)行變化取未變化，均取60min。某地市電力公司線路故障率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　10 kV線路故障率統(tǒng)計(jì)表

這里分4種情形討論電力系統(tǒng)二次環(huán)和矩陣控制技術(shù)對(duì)供電可靠性的影響。

(1)情形1：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為單環(huán)網(wǎng)，未進(jìn)行配電自動(dòng)化建設(shè)，未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，故障停電戶時(shí)數(shù)占總停電戶時(shí)數(shù)的百分比為100%；

(2)情形2：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為單環(huán)網(wǎng)，支線未形成二次環(huán)結(jié)構(gòu)，只有主干線進(jìn)行配電自動(dòng)化建設(shè)，相當(dāng)于每條線路分為3段，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，故障停電戶時(shí)數(shù)占總停電戶時(shí)數(shù)的百分比為33%；

(3)情形3：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為單環(huán)網(wǎng)，支線未形成二次環(huán)，主干線和分支線都進(jìn)行配電自動(dòng)化建設(shè)，以2進(jìn)4出環(huán)網(wǎng)柜為例，停電用戶占總用戶的1/12，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，故障停電戶時(shí)數(shù)占總停電戶時(shí)數(shù)的百分比為8%；

(4)情形4：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為單環(huán)網(wǎng)，且支線形成二次環(huán)，主干線和分支線都進(jìn)行配電自動(dòng)化建設(shè)，形成二次環(huán)，支線按2分段計(jì)算，則停電戶數(shù)占總停電戶數(shù)的1/24，約為4%，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，故障停電戶時(shí)數(shù)占總停電戶時(shí)數(shù)的百分比為8%。

配電自動(dòng)化縮短了停電時(shí)間和縮小了停電范圍，計(jì)算自動(dòng)化實(shí)施前供電可靠率，然后根據(jù)式計(jì)算得出配電自動(dòng)化實(shí)施前后某地市供電可靠性的變化結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5　配電自動(dòng)化實(shí)施前供電可靠性

圖6　配電自動(dòng)化提升可靠性結(jié)果

從圖5、圖6可以看出，當(dāng)主干線進(jìn)行配電自動(dòng)化建設(shè)時(shí)，供電可靠性有一個(gè)較大的提升；若同時(shí)支線也進(jìn)行配電自動(dòng)化建設(shè)，則供電可靠性將從99.98%上升至99.99%；若主干線形成了單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，支線同時(shí)支線也形成了二次環(huán)，則供電可靠性將有進(jìn)一步的提升。

以上情況說明，配電自動(dòng)化技術(shù)對(duì)供電可靠性從99.98%提升至99.99%有較大作用，若某地區(qū)供電可靠性已經(jīng)達(dá)到99.99%以上，則配電自動(dòng)化技術(shù)對(duì)供電可靠性的提升作用較為有限，進(jìn)一步提升可靠性，可通過提升配電管理水平。

4　結(jié)語

本文分析不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、不同供電分區(qū)下，如何進(jìn)行配電自動(dòng)化的終端優(yōu)化方案，配電自動(dòng)化技術(shù)對(duì)供電可靠性的影響，得出以下結(jié)論：

(1)供電可靠性與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和配電自動(dòng)化技術(shù)相關(guān)，不同地區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和配電自動(dòng)化技術(shù)對(duì)供電可靠性的提升要求不同；

(2)各地區(qū)不可盲目追求自動(dòng)化建設(shè)，應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際情況，根據(jù)可靠性的要求，選擇適合實(shí)際情況的配電自動(dòng)化終端優(yōu)化方式；

(3)配電自動(dòng)化技術(shù)對(duì)供電可靠性有較大促進(jìn)作用，在進(jìn)行配電自動(dòng)化建設(shè)時(shí)，可優(yōu)先選擇主干線進(jìn)行配電自動(dòng)化，為滿足更高的可靠性要求，可考慮分別進(jìn)行支線自動(dòng)化，以及提升配電管理水平。

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(本文編輯：嚴(yán)加)

Distribution Automation Terminal Optimal Scheme for Different Power-Supply Areas Based on Reliability

XIE Yi-miao1，HE Le-zhang1，ZHANG Zhong-hui2，XIONG Jian-feng2

(1.StateGridShangraoPowerSupplyCompany，Shangrao334000，China;2.SchoolofInformationEngineering，NanchangUniversity,Nanchang330031，China)

Tooptimizedistributionautomationterminal,whichmeetstherequirementofdifferentpower-supplyareas,aschemeisproposedfordistributionautomationterminaloptimalideaandprinciplefordifferentpower-supplyareasbasedonreliability.Itanalyzestherelationshipbetweenthenumberofdistributionautomationterminalandsupplyreliabilityindicatorsinthesecases:linewithoutconfigurationofterminalunit,linewithconfigurationofmonitoringterminalunitonlyandlinewithmixedconfigurationofmonitoringterminalunitandcontrollingterminalunit.Acity-levelnetworkwastakenasanexampletoanalyzetheeffectsofdistributionautomationtechnologyonpowersupplyreliabilityanddistributionautomationterminaloptimizationprocessinordertoprovidemorescientificandreasonableguidanceoverthedistributionautomationplanningforthefutureautomationprojects.

reliability；distributionautomationterminal；optimization；differentpower-supplyareas

10.11973/dlyny201604002

謝義苗(1990)，男，碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)與控制及配電自動(dòng)化等。

TM76

A

2095-1256(2016)04-0414-06

2016-04-16