關于配網自動化系統(tǒng)可靠性及成本效益的探討

張繁碧（廣東電網有限責任公司惠州惠陽供電局，廣東惠陽516201）

關于配網自動化系統(tǒng)可靠性及成本效益的探討

張繁碧（廣東電網有限責任公司惠州惠陽供電局，廣東惠陽516201）

實際生活中的配電網自動化系統(tǒng)的運行不但涉及到自身的發(fā)電與輸電環(huán)節(jié)，還涉及到調整電源和電流、分配用電量及調整用電速度等環(huán)節(jié)。配網自動化系統(tǒng)關于供電的功能有很多，最基本的功能包括有效提高配電網的供電可靠性、擴大配電網的供電能力、實現(xiàn)配電網的經濟高效運行速度。配電網自動化系統(tǒng)不但提高供電服務效率，滿足人們的用電需求，還有利于供電成本的較低，供電可靠性的增加。

配電網；可靠性；配網自動化

數(shù)據(jù)信息時代及網絡時代的到來，使一切社會生產設備都實現(xiàn)自動化和智能化，配電網已經實現(xiàn)了自動化供電，不但方便了我們的生活，還有效提高供電行業(yè)的持續(xù)性發(fā)展，從而促進我國經濟全面發(fā)展，但是配電網實現(xiàn)自動化的同時也出現(xiàn)很多成本上的問題，給配電網供電可靠性的投資帶來很大的風險。所以為實現(xiàn)配網自動化系統(tǒng)的高成本效益，本文詳細分析配網自動化系統(tǒng)可靠性成本效益。

1 配電網自動化的可靠性影響及定量

配網自動化系統(tǒng)是由多個系統(tǒng)組成，主要的系統(tǒng)包括配電主站、配電終端、配電子站和通信通道等，控制這些系統(tǒng)的開關一般包括自動重合器和自動分段器等，這些開關都是現(xiàn)時代最新型的智能化開關，不但能夠快速定位配電網的線路故障、還能夠自動隔離配電網內各系統(tǒng)，有效縮小了配電網的故障停電范圍，實現(xiàn)配電網的快速恢復非故障段供電，從而實現(xiàn)了供電系統(tǒng)可靠性的提高。傳統(tǒng)的配電網結構如圖1所示，變電站M1，M2處于供電狀態(tài)時，開關Si斷開。然而經過自動化后的配電網，開關Si將分段為開關S1～Sn-1，并且S1～Sn-1開關的終端都會設置饋線終端單元（FTU），當配電網系統(tǒng)元件發(fā)生故障時，F(xiàn)TU會通過通信通道將故障信息傳遞到調度中心，實現(xiàn)開關分合操作和控制。

圖1 配電網輻射狀網絡結構

另外，如圖1所示，當斷路器（CB1）斷開時，則說明線路2已經發(fā)生故障，此時FTU（S1上的）將會及時檢測故障，并將因故障產導致的電流和失壓狀態(tài)變化記錄下來，傳送到相應的調度中心，實現(xiàn)開關的分合操作和控制，進而實現(xiàn)而S恢復非故障段線路的正常供電。從上面的兩種現(xiàn)象證明，聯(lián)絡開關系統(tǒng)在一定條件下能夠將配電網運行中發(fā)生的故障和負荷及時、自動的消除或切換到另一線路上，這不但提高了配電網的可靠性，還有效增加了配電網的開關數(shù)量，從而實現(xiàn)了分段數(shù)的增加，最終縮小因配電網故障造成的停電范圍。

2 配電網自動化系統(tǒng)的成本效益

配電網自動化能夠減少電力系統(tǒng)故障范圍、停電時間等，但建設配網自動化的資金投入量大且涉及范圍廣，其它費用開銷大，可靠性提高的同時，相應的成本也隨之增加。為實現(xiàn)可靠性與低投資成本的配電網自動化，要求相關工作人員在實現(xiàn)配電網自動化過程中，根據(jù)兩者之間的線性關系，協(xié)調兩者之間的關系，并制定科學合理的自動化規(guī)劃方案。自動化配電網實現(xiàn)時必須站在滿足用戶需求及高水平供電可靠性指標的基礎上，提出合理的供電總成本規(guī)劃，以此減低實現(xiàn)配電網自動化的投資成本，提高成本效和可靠性效益。這里的可靠性效益是指相關工作人員通過多種措施將電力系統(tǒng)升級到達到某個可靠性水平上，并使用戶獲得最佳用電效益的一個效益過程。

3 配電網自動化綜合評估流程

根據(jù)相關調查及研究，可以將配電網自動化綜合評估流程歸納為以下幾點：①以配電網的電源為起點，以配電網的分段開關為終點，然后在配電網自動化綜合評估過程中保持電能負荷的均衡，并將配電網分成多個輻射狀子網；②對第多個相應的子網進行全面的故障檢測，并將故障記錄生成故障集合；③對故障集合中的每一個故障事件或情況進行詳細、科學和全面的分析，然后篩選出在配網自動化過程中形成的產生影響故障和不產生影響故障，并將兩類事件分別保存在相應的集合中；④根據(jù)相關公式，結合配電網內各負荷點，計算出相應的可靠性指標。對不同的故障集合，其計算方法不一樣，相關集合的可靠性指標使用停電時間改善量Δt修正方法計算；非相關集合的可靠性指標，采用傳統(tǒng)的配電網計算方法；⑤計算出每一個配電網中輻射狀子網的可靠性指標，最后將這些可靠性指標集合起來形成多組指標數(shù)據(jù)；⑥根據(jù)配電網串聯(lián)故障事件的等效性，將多組子網的可靠性指標數(shù)據(jù)，相加生成配網自動化系統(tǒng)的可靠性指標；⑦根據(jù)配網自動化系統(tǒng)的效益和成本，結合多組子網的可靠性指標數(shù)據(jù)計算出凈投資利潤。

4 案例分析

本文案例選取某地區(qū)的配電網（如圖2所示）作為配網自動化系統(tǒng)可靠性成本效益的研究對象，該配電網的結構呈輻射型，是典型的輻射型子網，其中包括了24條線路、15個負荷點、15個熔斷器、15個配電變壓器和3臺自動開關，配電網系統(tǒng)中的可靠性參數(shù)來源于趙曉慧、梁標、李海波和魯宗相的《城市配網自動化可靠性評估與成本效益分析》。案例中的變壓器故障率為每一年1.5%次，并假設該配電網中的熔斷器可靠性為100%，則該案例中配電網的前定位和隔離故障操作作總時間一共為60min；備用電源和備用變壓器總切換時間均為90min；所有配電網的故障修復總時間均為240min；配網自動化實現(xiàn)后的故障定位、故障隔離和及開關切換操作總時間為2min，負荷點用戶數(shù)為單位的恒定值。

圖2 配電網結構示意

根據(jù)上文第二部分和第三部分提到的可靠性指標計算方法，可以將配網自動化系統(tǒng)中平均停電頻率、平均停電持續(xù)時間、用戶平均停電時間、平均供電率和等作為比較實現(xiàn)配電網自動化前后的系統(tǒng)可靠性指標，根據(jù)案例相關數(shù)據(jù)參數(shù)推算出的可靠性指標，如表1所示，推算出的系統(tǒng)經濟性評估指標，如表2所示。

表1 配電網實現(xiàn)自動化前后的系統(tǒng)可靠性指標

從表1不難看出配電網實現(xiàn)自動化后的平均停電頻率、平均停電持續(xù)時間、用戶平均停電時間分別降低了0.4063次/（戶·年）、1.1845h/（戶·年）、1.6742（h/戶），平均供電率提高了0.10024536，說明該地區(qū)的配電網自動化實現(xiàn)方案取得良好效果，值得推廣。

配網自動化實現(xiàn)過程中，包括了配電主站建設部分、配電子站建設部分、配電終端建設部分和通訊系統(tǒng)建設部分，這些建設部分初期投資的大體總成本為3000萬元，輻射狀子網投資占全網投資的10%，共占360萬，該自動化設計方案中的投資回收率被設為8%，自動化實現(xiàn)年設為20年，相關自動化實現(xiàn)設備的壽命設為25年，維護費為初始投資值5%，該配電網自動化系統(tǒng)的總成本為34.98萬元/年，結合表1中的可靠性指標，可以計算出相應的配電網系統(tǒng)經濟性評估指標，如表2所示。

表2 配電網實現(xiàn)自動化前后的系統(tǒng)經濟性評估指標

由表2不難看出，配電網實現(xiàn)自動化后的經濟效益提高了40.1562萬元/年、凈效益提高了5.2188萬元，說明該地區(qū)的配網自動化建設具有很好的投資前景，是一個值得加大投資的工程項目。

5 結束語

為進一步了解配網自動化系統(tǒng)可靠性成本效益，文章第一部分簡要分析了配電網自動化的可靠性影響及定量；第二部分詳細分析了配電網自動化系統(tǒng)的成本效益；第三部分簡單分析了配電網自動化綜合評估流程；而第四部分則是在第一、二、三部分的基礎上，結合成本效益分析法和案例分析法，詳細分析了配網自動化系統(tǒng)可靠性成本效益，最后分析出來的結果顯示實現(xiàn)配電網的自動化，不但可以有效提高配電網的可靠性，還可以有效提高配電網的經濟效益。

［1］趙曉慧，梁標，李海波，魯宗相.城市配網自動化可靠性評估與成本效益分析［J］.電力科學與技術學報，2015，01：73～79.

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［3］曾永浩，梁漢泉，周永耀.配網自動化系統(tǒng)可靠性成本效益研究［J］.裝備制造，2014（S2）.

［4］蘇浩益，賀偉明，吳小勇，等.基于云理論的配電自動化系統(tǒng)可靠性成本效益分析模型［J］.廣東電力，2014（8）：102～108.

［5］劉紹敏.提高配電網自動化系統(tǒng)管理效率措施探討［J］.電子測試，2013（12s）：268～269.

TM732

A

2095-2066（2016）30-0070-02

2016-10-15

張繁碧（1975-），女，工程師，本科，主要從事配電運行工作。