10 kV架空線路配電自動(dòng)化終端配置方案研究

宋馳 陳萬(wàn)喜 王成化 王華偉 王陽(yáng)

摘 要：現(xiàn)有研究文獻(xiàn)中，配電自動(dòng)化終端配置數(shù)量的選擇都是基于不同供區(qū)的供電可靠性目標(biāo)，但計(jì)算供電可靠性時(shí)往往都只考慮主干線故障的情況，未包含分支線故障的情況，這就導(dǎo)致求得的供電可靠率偏高。鑒于此，在考慮主干線故障情況的基礎(chǔ)上，增加了分支線故障、分支線故障影響主干線運(yùn)行的情況，并在不同終端配置方案下計(jì)算出各故障情況的戶均停電時(shí)間，最終得出不同配置方案的供電可靠性計(jì)算公式;然后以某地區(qū)為例，根據(jù)提出的計(jì)算公式，計(jì)算得出不同結(jié)構(gòu)的架空網(wǎng)不同終端配置方案的供電可靠率。

關(guān)鍵詞：可靠性;架空線;配電自動(dòng)化終端;配置方案

0 引言

配電終端配置數(shù)量的多少，與供電可靠性指標(biāo)密切相關(guān)，配電自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為提升供電可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)，越來(lái)越多的專家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)研究[1-6]。配電自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)在開(kāi)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)[7-9]。雖然裝設(shè)配電終端能提升供電可靠性，但若架空線路開(kāi)關(guān)均配置配電自動(dòng)化終端，會(huì)產(chǎn)生巨額的投資成本。

文獻(xiàn)[10]針對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃提出了一種基于混合整數(shù)和非線性規(guī)劃的配電自動(dòng)化終端配置優(yōu)化方法;文獻(xiàn)[11]構(gòu)建了以一次開(kāi)關(guān)設(shè)備和配電終端的投資、運(yùn)行費(fèi)用及故障停電損失費(fèi)用和最小值為目標(biāo)的優(yōu)化模型，進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的自動(dòng)化配置;文獻(xiàn)[12]從投入產(chǎn)出角度和供電可靠性角度對(duì)終端配置數(shù)量進(jìn)行了研究。

配電自動(dòng)化終端數(shù)量的選取依然需要進(jìn)一步研究，本文主要從供電可靠性的角度出發(fā)，說(shuō)明供電可靠性指標(biāo)與配電終端數(shù)量之間的聯(lián)系，分析配電終端模塊的模式（包括“二遙”和“三遙”終端模塊）對(duì)供電可靠性的影響，以便更加合理和全面地進(jìn)行配電自動(dòng)化規(guī)劃，從而為今后配電自動(dòng)化工程的實(shí)施提供一定的參考。

1 配電自動(dòng)化終端配置原則

配電自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平、企業(yè)的可靠性需求等因素考慮，而不是盲目開(kāi)展自動(dòng)化配置建設(shè)。自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)結(jié)合供電區(qū)具體的情況，有計(jì)劃地分階段實(shí)施，一般情況下，供電可靠性在電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃中是必須滿足的指標(biāo)。

根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)指導(dǎo)原則，不同供電區(qū)域在不同發(fā)展階段中，對(duì)供電可靠性的需求不一。因此，配電自動(dòng)化終端配置應(yīng)該滿足不同供電區(qū)對(duì)供電可靠性的不同需求。

2 配電終端供電可靠率的計(jì)算

配電終端供電可靠率與架空線路故障類型以及終端模塊配置方式有很大的關(guān)系，下面分別對(duì)架空線路主干線故障、分支線故障、分支線影響主干線運(yùn)行這三種故障狀態(tài)進(jìn)行分析，并考慮在環(huán)網(wǎng)柜配置“三遙”終端模塊、“二遙”終端模塊以及“二遙”和“三遙”終端模塊相混合的模式這三種情況，對(duì)架空線終端供電可靠率進(jìn)行計(jì)算。

假設(shè)分段開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)為K，總用戶數(shù)為n，每條饋線均勻分段，負(fù)荷均勻分布，饋線的故障率為F（次/年），各分段故障概率相同。

故障處理時(shí)間主要由兩部分組成，即：

T=Tc+Tr? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Tc為故障隔離時(shí)間（具備“三遙”保護(hù)的分段線路故障隔離時(shí)間為0）;Tr為故障區(qū)域修復(fù)時(shí)間，包括故障區(qū)域內(nèi)具體故障位置確認(rèn)時(shí)間和開(kāi)始修復(fù)故障點(diǎn)直至恢復(fù)供電的時(shí)間。

2.1? ? 分段開(kāi)關(guān)全部配置“二遙”終端模塊的模式

2.1.1? ? 主干線故障

在全部安裝“二遙”的10 kV架空配電網(wǎng)絡(luò)中，故障處理時(shí)間可表示為式（1），假設(shè)分段線路每段的故障率為fi，由于各分段故障概率相同，所以系統(tǒng)用戶平均故障停電時(shí)間SAIDI2可表示為：

SAIDI2=TcF+r fi/n? ? ? ?（2）

2.1.2? ? 分支線故障

分支線故障時(shí)分支斷路器自動(dòng)跳閘，具有自身切除故障的能力，不影響主干線和其他分支線的正常工作。假設(shè)分支線故障時(shí)停電用戶數(shù)僅為分支線自身所帶用戶數(shù)ni′，停電時(shí)間為故障修復(fù)時(shí)間Tr，分支線路發(fā)生故障的概率為fi′，系統(tǒng)中用戶平均故障停電時(shí)間SAIDI′可表示為：

SAIDI′ni′Tr fi′/n? ? ? （3）

2.1.3? ? 分支線故障影響主干線運(yùn)行

分支線故障導(dǎo)致主干線停電時(shí)，可等效為該分支線上級(jí)分段線路故障，與主干線上分段線路故障時(shí)分析結(jié)果一致，只是將分段線路故障概率fi替換成分支線路故障影響主干線運(yùn)行的概率fj，系統(tǒng)中用戶平均故障停電時(shí)間SAIDIj可表示為：

SAIDIj=TcF1Tr fj/n? ? ? ? （4）

式中：F1為分支線路故障影響主干線運(yùn)行的總的概率。

2.1.4? ? 只計(jì)及故障因素停電的供電可用率α

綜合考慮以上3種情況，根據(jù)供電可用率定義，可以推導(dǎo)得到在分段開(kāi)關(guān)處安裝K個(gè)“二遙”終端模塊的饋線的供電可用率α2可表示為：

將式（2）（3）（4）代入式（5）得：

2.2? ? 分段開(kāi)關(guān)全部配置“三遙”終端模塊的模式

2.2.1? ? 主干線故障

對(duì)于全部安裝“三遙”終端模塊的情形，可近似認(rèn)為Tc=0，即：

T=Tr? ? ? ? ? ? ?（7）

系統(tǒng)中的戶均故障停電時(shí)間SAIDI3可表示為：