饋線自動化下的配網可靠性評估方法

黃 峻，何奉祿

（1.海南電網有限責任公司，海口 570000；2.廣州市奔流電力科技有限公司，廣州 510630）

0 引言

中壓配電網對于高壓和低壓配電網而言，起到承上啟下的作用，其可靠性的重要性不言而喻。由于輸變電元件是否異常對電網的效益影響巨大，因此大多數研究重點關注輸變電網的可靠性［1］，而忽視配電網。現實中用戶停電的原因絕大多數是配電網設備因故障退出運行，另外，電網公司均把配電網可靠性作為考核重點，這些實際情況使得人們有必要去關注配網的可靠性評估方法。

近些年，智能電網已成熱點，我國也致力于建設一流的智能配電網。在利好背景的推動下，配電網的水平不斷提高，設備飛速更新，為智能配電網的完全自動化提供了可能。所以，考慮到饋線自動化技術的發展，在關注常規配網可靠性評估方法的基礎上研究饋線自動化條件下的配電網可靠性評估方法，更為關鍵。目前，部分研究只關注輸變電領域的可靠性分析，忽略配電網的可靠性評估。劉守剛［2］對構建110 kV智能變電站的總體思路進行了研究，并對110 kV智能變電站的設計和可靠性研究進行了分析；閆曉宏等［3］利用輸電線路自身傳輸能量，設計出基于場路耦合的高可靠性輸電線路感應取電裝置；熊保金等［4］對智能變電站繼電保護設備進行了詳細介紹，同時對加強智能變電站繼電保護系統可靠性的有效方法進行了研究。部分研究雖然聚焦了配電網的可靠性評估，但是非饋線自動化條件下，有針對大數據技術和傳統電力工程條件下的研究［5－7］。部分研究聚焦了自動化條件下的可靠性研究，但是局限于可靠性影響分析，未對可靠性評估方法進行研究［8］。因此，本文擬在考慮饋線自動化的條件下，研究配電網可靠性的評估方法，提出可靠性的評估模型，并結合仿真算例進行應用，為電網的運行和規劃提供參考。

1 可靠性評估方法

1.1 故障擴散可靠性評估

目前，模擬法、解析法是配電網可靠性評估方法的主要方法。模擬法基本不受規模大小影響，但其運算精度和時間存在矛盾；解析法模型簡便、易分析，且計算速度較快，適應范圍廣。綜合優缺點，解析法應用較多。解析法以配電網拓撲結構為基礎，結合各類算法來計算可靠性指標，包括故障模式后果分析法、網絡等值法、最小路法、最小割集法和故障擴散法等。本文使用故障擴散法進行可靠性計算。

（1）自動開關，如斷路器、饋線自動化開關等，主要影響負荷點的故障率；

（2）手動開關，如隔離開關，雖不影響故障率，但會影響故障類型和停運時間；

（3）聯絡開關，可通過倒閘操作恢復部分或全部負荷的供電。

根據所述特點，以開關為節點將線路分為若干個區域。以自動開關為界的分區稱為自動隔離區；以手動開關為分界的稱為手動隔離區。同一自動隔離區的負荷點故障率相等；同一手動隔離區的負荷點故障停電時間相等。隔離區的停電影響通過故障擴散法來確定。

1.2 負荷點故障類型

發生故障之后，根據故障后負荷點所受影響，可將負荷點類型分為以下4類。

（1）A類負荷。該類負荷點位于故障段內或位于故障段下游且無法由聯絡線轉供恢復供電，需要等待故障修復才能恢復供電，停電時間為故障修復時間。

（2）B類負荷。該類負荷位于故障段下游，通過操作聯絡開關由聯絡線恢復供電，停電時間為故障隔離與聯絡開關倒閘操作時間。

黨風廉政建設和反腐敗工作與國有企業改革發展密切相關，任何腐敗案件的發生，都將不同程度地給企業生產經營造成負面影響，甚至給企業造成顛覆性影響。因此，落實好黨委主體責任和紀委監督責任，是貫徹黨風廉政建設責任制的核心內容和關鍵環節，直接決定黨建工作成效、直接影響企業改革發展，這也是在新形勢下做好國有企業黨組織建設工作的重中之重。思想決定行動，認識決定高度，隨著形勢任務的變化和反腐敗工作的推進，我們應該在認識上充好電、補好鈣，實現再深化、再提升。

（3）C類負荷。該類負荷在通過手動開關操作將故障隔離之后，由變電站母線恢復供電，停電時間為故障隔離時間與開關倒閘時間。

（4）D類負荷。該類負荷在發生故障時不受影響。

1.3 故障類型確定

故障擴散法的基本思想是，當網絡中某元件發生故障，以該故障元件為起始點，往上下游搜索（即故障擴散）來確定影響區域。

（1）確定故障區。從故障元件出發，沿上下游搜索首遇開關，則所搜索到的開關元件之間的區域為故障區，故障區內負荷為A類負荷。如圖1所示，發生故障1時，可搜索到其上游、下游首接開關，兩個開關之間的區域以框表示，其中無負荷，即發生故障時無A類負荷；若發生故障2，因其是支線故障，故自其上游首遇開關至該支線末端為故障區，該支線所接負荷為A類負荷。

（2）判斷故障區是否在自動隔離區內。確定故障區后，從故障區上游端開關出發，繼續往上游搜索，若搜索到自動化開關，則故障區在自動隔離區內。從電源點到該自動化開關區域內的負荷點為D類負荷；從該自動化開關到故障區電源點方向的開關區域內負荷點為C類負荷。如圖1所示，發生故障1時，其能搜索到的首遇自動化開關為母線出線斷路器，故整條線路受該故障影響，無D類負荷，從母線出線斷路器至故障區之間的5個負荷在手動隔離之后可由母線恢復供電，為C類負荷；發生故障2時，其首遇自動化開關為自動化分段開關I，從母線至該自動化開關之間的8個負荷不受故障影響，為A類負荷，其余的負荷在拉開支線開關之后可由母線恢復供電，為C類負荷。

（3）判斷故障區下游能否轉供。從故障區下游開關開始往下游主干線搜索，逐一判斷各區域能否通過聯絡線轉供，能夠轉供的負荷點為B類負荷，不能轉供的負荷點為A類負荷。如圖1所示，若為故障1，當線路能全轉供時，故障區至末端的負荷能經聯絡線恢復供電，為B類負荷；若為故障2，支線故障隔離之后能由母線恢復整條線路供電，故不需進行判斷。

圖1 示例網架

2 可靠性評估模型

對網絡元件進行故障遍歷，根據以上方法確定每個基本故障事件發生時對各個負荷點的影響，建立故障模式后果分析表，該表包含了每個基本故障發生時各個負荷點的故障率λ（次／a）、每次故障停電時間r（h）及年平均停電時間U（h／a）。

考慮到聯絡線作為備用電源，其對可靠性的影響主要體現在非故障段的停電時間上，若線段上的負荷通過轉供判斷確定能夠進行轉供，則該段的負荷點停電時間r等于故障隔離時間與聯絡開關的倒閘操作時間之和。反之，該段負荷停電時間r為故障隔離時間與故障修復時間之和。其中故障隔離時間取決于網絡的自動化水平。

對于裝設了配電自動化的線路，其對可靠性的影響主要體現在停電影響范圍及非故障段的停電時間上，即影響了故障率λ和每次故障停電時間r。首先，裝設了饋線自動化的線路能夠實現故障的自動隔離，非故障段不停電即非故障段的故障率λ＝0，縮小了停電影響范圍。其次，一遙終端具有的遙測功能、二遙終端具有的遙測、遙信功能能夠幫助現場人員快速進行故障定位。未裝設自動化終端前，現場人員到現場巡線進行故障定位，依次嘗試閉合線路開關找到故障點并進行倒閘操作，非故障段恢復供電的方法花費的時間大概是2 h，即r＝2。裝設自動化終端后這一時間縮小為大概0.5 h，即r＝0.5，極大地減少了非故障段的停電時間。

將3個參數分別用3個矩陣λij（i≤m，j≤n）、rij（i≤m，j≤n）及Uij（i≤m，j≤n）進行存儲。其中i為負荷點號；j為故障元件號；m為負荷點數；n為故障元件數。

則負荷點的故障率λi為：

負荷點i的每次故障平均停電時間ri為：

負荷點i的年平均停電時間Ui為：

根據得到的負荷點可靠性參數，并結合基礎數據中負荷點掛接用戶數Ni，計算系統的可靠性指標如下：

平均系統停電頻率指標SAIFI為：

平均系統停電持續時間指標SAIDI為：

平均供電可用率指標ASAI為：

3 算例分析

3.1 算例參數設置

設備可靠性參數設置如表1所示。

表1 設備可靠性參數

故障查找＋倒閘操作時間設置為0.5 h。

3.2 仿真算例

以某市“城西線－南門乙線－雙石線”環網組為例，說明可靠性評估方法量化評估改造方案的效果。

該環網組在改造前停電時間情況如表2所示。

表2 改造前停電時間

經過改造后按設備可靠性參數測算停電時間情況如表3所示。

表3 改造后停電時間

由表2可知，城西線、南門乙線、雙石線改造前的供電可靠率分別為99.979 8%、99.987 1%、99.990 5%，經過改造后，通過本文的評估方法計算后得到城西線、南門乙線、雙石線改造前的供電可靠率分別為99.994 9%、99.993 5%、99.994%。可評估出改造后的相關停電時間值以及供電可靠率，為電網的規劃建設提供參考。

4 結束語

本文提出了一種饋線自動化下的配網可靠性評估方法。選擇了解析法思路的可靠性評估方法，然后對負荷點故障類型進行分類，在分類的基礎上，進行故障類型的確定，隨后建立可靠性評估模型進行相關的指標計算，最后通過某市的環網組線驗證了該可靠性評估方法的可操作性，可計算出改造后暫未有運行數據的可靠性指標，為電網的規劃建設提供參考。