基于配網(wǎng)線路最大分段用戶數(shù)的配電自動(dòng)化開關(guān)布點(diǎn)方法

畢云川，陳晨，陳陽

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650000； 2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局，云南 大理 671000； 3.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河石屏供電局，云南 紅河 662200）

0 前言

在現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快的大趨勢(shì)下，各類行業(yè)建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展以及人們對(duì)電力能源的需求持續(xù)增加。近年來電力企業(yè)越來越關(guān)注配網(wǎng)的發(fā)展，也提高了對(duì)配網(wǎng)的供電可靠性要求，同時(shí)也把配電自動(dòng)化放在了配網(wǎng)發(fā)展的重要位置上[1]。其目的是為了提升配網(wǎng)線路的故障防御能力，縮小故障停電范圍，減少故障停電影響時(shí)戶數(shù)[2]。配電自動(dòng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要的原則就是增強(qiáng)供電的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。但受限于指標(biāo)完成情況的影響，配網(wǎng)配電自動(dòng)化的建設(shè)規(guī)劃與開關(guān)布點(diǎn)存在按部就班的情況，轉(zhuǎn)供能力薄弱，導(dǎo)致系統(tǒng)的應(yīng)用效果不佳[3]。有的地區(qū)采用主干線配置1~2臺(tái)配電自動(dòng)化成套設(shè)備，兩臺(tái)分段斷路器之間的距離不宜超過2 km[4]的規(guī)劃布點(diǎn)方式。然而一些配網(wǎng)線路主干線的長(zhǎng)度可達(dá)20 km以上，顯然這種分段方法只適用于主干線長(zhǎng)度短，中低壓用戶數(shù)較少的配網(wǎng)線路中。

目前國(guó)網(wǎng)配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布局的模型多數(shù)基于優(yōu)化投資成本的前提下[5]，但國(guó)家電網(wǎng)和云南電網(wǎng)有較大差異，云南電網(wǎng)正處于配網(wǎng)可靠性提升三年攻堅(jiān)行動(dòng)中，配電自動(dòng)化開關(guān)布局主要服從于提升配網(wǎng)供電可靠性其次考慮成本投入。另一方面，與南方電網(wǎng)范圍內(nèi)其他發(fā)達(dá)地區(qū)比較，云南與廣東在地形地貌上存在差異，且配網(wǎng)網(wǎng)架穩(wěn)定性上有一定差距，采用廣東集中型配電自動(dòng)化建設(shè)模式不能因地制宜發(fā)揮配電自動(dòng)化在云南電網(wǎng)配網(wǎng)中的優(yōu)勢(shì)[6]。因此探索適合云南電網(wǎng)的配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃建設(shè)模式成為提高配網(wǎng)供電可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本文基于供電可靠性指標(biāo)，利用n+3年故障停電時(shí)戶數(shù)預(yù)期降幅比例指標(biāo)、n+3年預(yù)期故障停電時(shí)戶數(shù)指標(biāo)、n+3年預(yù)期平均停電戶數(shù)指標(biāo)、n+3年預(yù)期平均單次停電影響戶數(shù)指標(biāo)四個(gè)指標(biāo)維度來計(jì)算線路最大分段用戶數(shù)，研究了基于配網(wǎng)線路最大分段用戶數(shù)的配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布點(diǎn)方法。并使用該方法對(duì)XX供電局的10條10 kV高故障配網(wǎng)線路配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布點(diǎn)方式進(jìn)行了算例仿真，通過供電可靠性指標(biāo)進(jìn)一步驗(yàn)證了該布點(diǎn)方式的有效性和可行性，證明此配電自動(dòng)化開關(guān)建設(shè)規(guī)劃方法對(duì)減低故障停電時(shí)戶數(shù)提高配網(wǎng)供電可靠性有顯著作用。

1 線路最大分段用戶數(shù)計(jì)算方法研究

目前配電自動(dòng)化開關(guān)的規(guī)劃布點(diǎn)仍然處于探索階段，每個(gè)地區(qū)配網(wǎng)線路所處的自然環(huán)境和負(fù)荷分布各不相同，這也對(duì)配電自動(dòng)化的規(guī)劃提出了挑戰(zhàn)。在配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃不合理的情況下，反而會(huì)加大故障點(diǎn)查找難度，增加停電時(shí)間和范圍。因此本文提出了以線路最大分段用戶數(shù)作為依據(jù)的配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布點(diǎn)方法，以線路的故障情況來研究分析如何布點(diǎn)。該方法利用n+3年故障停電時(shí)戶數(shù)預(yù)期降幅比例指標(biāo)、n+3年預(yù)期故障停電時(shí)戶數(shù)指標(biāo)、n+3年預(yù)期平均停電戶數(shù)指標(biāo)、n+3年預(yù)期平均單次停電影響戶數(shù)指標(biāo)四個(gè)供電可靠性指標(biāo)來計(jì)算線路最大分段用戶數(shù)。并希望通過該規(guī)劃布點(diǎn)方法發(fā)揮配電自動(dòng)化的最大效能，保證供電可靠性。

其中，n+3年故障停電時(shí)戶數(shù)預(yù)期降幅比例指標(biāo)通過n+3年預(yù)期全局故障停電時(shí)戶數(shù)與n年全局故障停電時(shí)戶數(shù)的比值，反映出配電自動(dòng)化的投入對(duì)降低故障停電時(shí)戶數(shù)方面的作用，比值越小則說明配電自動(dòng)化成效越明顯。n+3年預(yù)期故障停電時(shí)戶數(shù)指標(biāo)運(yùn)用n年每條高故障線路故障停電時(shí)戶數(shù)與n+3年故障停電時(shí)戶數(shù)預(yù)期降幅比例之積得到，反映出n+3年期望降到的故障停電時(shí)戶數(shù)目標(biāo)，該指標(biāo)越小則表示配網(wǎng)供電可靠性越高。n+3年預(yù)期平均停電戶數(shù)指標(biāo)通過每條高故障線路預(yù)期故障停電時(shí)戶數(shù)與n+3年預(yù)期停電搶修時(shí)間的比值來反映每條線路n+3年因故障停電所影響的用戶數(shù)，該指標(biāo)的大小反映出因故障停電所影響的用戶數(shù)，指標(biāo)值越小則表示受影響的用戶數(shù)越少。n+3年預(yù)期平均單次停電影響戶數(shù)指標(biāo)利用n+3年預(yù)期平均停電戶數(shù)與n+3年預(yù)期故障停電次數(shù)的比值來反映n+3年預(yù)期每次因故障停電所影響的用戶數(shù)，該指標(biāo)顯示出配電自動(dòng)化的實(shí)用化成效，以最少的故障后損失用戶數(shù)為代價(jià)，保證配網(wǎng)的供電可靠性。

1.1 n年故障停電時(shí)戶數(shù)計(jì)算方法

n年故障停電時(shí)戶數(shù)可以直觀反映出運(yùn)行線路的故障情況以及線路運(yùn)行單位對(duì)于供電可靠性管理工作取得的成效。故障停電時(shí)戶數(shù)的管控是涉及生技、調(diào)度、規(guī)劃、營(yíng)銷、帶電作業(yè)等多部門多專業(yè)協(xié)調(diào)管理的結(jié)果。減少停電時(shí)戶數(shù)的措施主要包括線路通道治理成效、預(yù)安排停電計(jì)劃的合理性、配電自動(dòng)化規(guī)劃建設(shè)的合理性、客戶故障出門的管控成效以及帶電作業(yè)率的占比高低。

計(jì)算線路最大分段用戶數(shù)時(shí)首先需要得出每條線路的故障停電時(shí)戶數(shù)，方便以此衡量出n+3年需要達(dá)到的供電可靠性指標(biāo)要求。

n年故障停電時(shí)戶數(shù)的求解需運(yùn)用負(fù)荷點(diǎn)故障率λ和平均正常運(yùn)行概率A兩個(gè)參數(shù)。如圖1所示，負(fù)荷點(diǎn)的故障率由主干線和分支線上各元件的故障率之和得到。對(duì)于平均正常運(yùn)行概率A的計(jì)算采用排列組合的方法求解為：該用戶所屬分支線正常運(yùn)行概率的乘積與主干線正常運(yùn)行概率之積的乘積。

圖1 典型配網(wǎng)輻射饋線

則各負(fù)荷點(diǎn)的故障率和平均正常運(yùn)行概率可表示為：

求得總的負(fù)荷點(diǎn)故障率和平均正常運(yùn)行概率后，可計(jì)算負(fù)荷點(diǎn)的故障停電持續(xù)時(shí)間：

式中，Ui為平均停電時(shí)間。n年故障停電時(shí)戶數(shù)采用網(wǎng)絡(luò)等值法基于成功概率的配網(wǎng)可靠性計(jì)算方法[7]得出，利用典型配網(wǎng)輻射網(wǎng)絡(luò)，由故障率λ（考慮各負(fù)荷點(diǎn)故障率為0.015）和平均正常運(yùn)行概率A兩個(gè)參數(shù)求解故障停電持續(xù)時(shí)間e。通過計(jì)算得出的故障停電持續(xù)時(shí)間e與實(shí)際線路中壓用戶數(shù)之積得出某供電局10條高故障線路n年故障停電時(shí)戶數(shù)。

1.2 線路最大分段用戶數(shù)計(jì)算方法

本文配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布點(diǎn)的方法以線路最大分段用戶數(shù)為依據(jù)，在滿足系統(tǒng)供電可靠性指標(biāo)要求的前提下，使每條線路兩臺(tái)配電自動(dòng)化開關(guān)之間的分段用戶數(shù)最大化，則線路最大分段用戶數(shù)可表達(dá)為：

式（3）中，D為線路最大分段用戶數(shù)，C為n+3年預(yù)期全局故障停電時(shí)戶數(shù)，B為n年全局故障停電時(shí)戶數(shù)，Hn為n年每條高故障線路故障停電時(shí)戶數(shù)，T(n+3)表示n+3年預(yù)期停電搶修時(shí)間，N為n+3年預(yù)期故障停電次數(shù)。

其中，n+3年故障停電時(shí)戶數(shù)預(yù)期降幅比例指標(biāo)α，通過與n年故障停電時(shí)戶數(shù)指標(biāo)對(duì)比，反應(yīng)配電自動(dòng)化的實(shí)用化成效，其表達(dá)式如（4）所示：

n+3年每條高故障線路預(yù)期故障停電時(shí)戶數(shù)指標(biāo)H(n+3)，該指標(biāo)反映n+3年期望達(dá)到的配網(wǎng)供電可靠性要求，即反映配電自動(dòng)化對(duì)降低故障停電時(shí)戶數(shù)方面的作用，其表達(dá)式如（5）所示：

式中，α為n+3年故障停電時(shí)戶數(shù)預(yù)期降幅比例指標(biāo)。

n+3年預(yù)期平均停電戶數(shù)指標(biāo)M，反映n+3年因故障停電所影響的用戶數(shù)，其表達(dá)式如（6）所示。

n+3年預(yù)期平均單次停電影響戶數(shù)指標(biāo)D，即為配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布局依據(jù)，線路最大分段用戶數(shù)。該指標(biāo)最大化發(fā)揮配電自動(dòng)化故障的識(shí)別、隔離作用，以最少的故障后損失用戶數(shù)為代價(jià)，保證配網(wǎng)的供電可靠性。其表達(dá)式如（7）所示。

如圖2所示，給出了XX供電局10 kV線路最大分段用戶數(shù)的算法流程圖，結(jié)合上述4個(gè)配網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)維度來支撐此配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布點(diǎn)方式。

圖2 某供電局10 kV線路最大分段用戶數(shù)算法流程圖

2 算例仿真

2.1 n年故障停電時(shí)戶數(shù)結(jié)果驗(yàn)證

通過1.1節(jié)中n年故障停電時(shí)戶數(shù)的計(jì)算方法，運(yùn)用式（1）和（1）計(jì)算出每條線路總的故障停電持續(xù)時(shí)間，通過計(jì)算得出的故障停電持續(xù)時(shí)間與實(shí)際用戶數(shù)的乘積得出XX供電局10條高故障線路n年故障停電時(shí)戶數(shù)，反映出n年每條線路因故障停電對(duì)用戶的影響程度，結(jié)果如表1所示。

表1中10條配網(wǎng)線路，均是配電自動(dòng)化開關(guān)覆蓋的線路，但是n年的故障停電時(shí)戶數(shù)仍然處于較高水平，說明配電自動(dòng)化應(yīng)用的成效較低，主要原因是由于線路上配電自動(dòng)化開關(guān)的布點(diǎn)不合理或不足導(dǎo)致。當(dāng)發(fā)生故障后，配電自動(dòng)化開關(guān)之間由于用戶數(shù)較多線路較長(zhǎng)所以定位出來的故障區(qū)段較大，使得故障點(diǎn)人工查找難度增大、搶修時(shí)間增加從而使故障停電時(shí)戶數(shù)增加，供電可靠性降低。因此需要根據(jù)線路最大分段用戶數(shù)的計(jì)算結(jié)果來進(jìn)行配電自動(dòng)化開關(guān)改造布點(diǎn)，發(fā)揮配電自動(dòng)化在故障定位、隔離方面的實(shí)用化成效。

表1 XX供電局10 kV高故障線路n年故障停電時(shí)戶數(shù)

2.2 線路最大分段用戶數(shù)結(jié)果驗(yàn)證

結(jié)合1.2中n+3年故障停電時(shí)戶數(shù)預(yù)期降幅比例指標(biāo)、n+3年預(yù)期故障停電時(shí)戶數(shù)指標(biāo)、n+3年預(yù)期平均停電戶數(shù)指標(biāo)、n+3年預(yù)期平均單次停電影響戶數(shù)四個(gè)供電可靠性指標(biāo)，由此計(jì)算出XX供電局10條10 kV高故障配網(wǎng)線路的最大分段用戶數(shù)，結(jié)果如表2所示。

表2 XX供電局10 kV線路分段用戶數(shù)計(jì)算結(jié)果

以10 kV線路10為例運(yùn)用此計(jì)算方法對(duì)線路最大分段用戶數(shù)計(jì)算過程進(jìn)行闡述。通過該供電局給出的n+3年的配網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)要求，n+3年預(yù)期全局故障停電時(shí)戶數(shù)將降至6562.733，則n+3年全局故障停電時(shí)戶數(shù)的降幅比例為34.18%。因此10 kV線路10第n+3年的預(yù)期故障停電時(shí)戶數(shù)將從n年的1183.074降至404.411。在維系n+3年預(yù)期停電搶修時(shí)間與有效故障停電次數(shù)和n年一致的情況下，計(jì)算出10 kV線路10第n+3年預(yù)期平均停電戶數(shù)55.858戶與n+3年預(yù)期平均單次停電影響戶數(shù)5.078戶。n+3年預(yù)期平均單次停電影響戶數(shù)5戶即為10 kV線路10配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布點(diǎn)的依據(jù)線路最大分段用戶數(shù)。

2.3 線路最大分段用戶數(shù)規(guī)劃布點(diǎn)方法分析

通過對(duì)10條高故障線路最大分段用戶數(shù)的計(jì)算，明確了每條線路配電自動(dòng)化開關(guān)的布點(diǎn)方法。以10 kV線路10為例對(duì)該規(guī)劃方法優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，目前10 kV線路10在運(yùn)變壓器數(shù)量80臺(tái)，在運(yùn)7臺(tái)配電自動(dòng)化開關(guān)，分段用戶數(shù)為12戶。利用線路最大分段用戶數(shù)的規(guī)劃布點(diǎn)方法，使原來在運(yùn)的7臺(tái)配電自動(dòng)化開關(guān)在n+3年數(shù)量增加一倍，讓每臺(tái)配電自動(dòng)化開關(guān)之間的分段用戶數(shù)減少至5戶以此滿足n+3年供電局的故障時(shí)戶數(shù)降幅要求。

該配電自動(dòng)化開關(guān)的規(guī)劃布點(diǎn)方案以提升供電可靠性要求為目標(biāo)導(dǎo)向，對(duì)高故障配網(wǎng)線路做到“一線一策”，尋找出適合每條線路的配電自動(dòng)化開關(guān)布點(diǎn)方式，避免了“一刀切”的盲目布點(diǎn)。真正以配電自動(dòng)化提升配網(wǎng)線路的故障防御能力、縮小故障停電范圍、減少故障停電時(shí)戶數(shù)的作用為抓手，最大程度發(fā)揮配電自動(dòng)化的實(shí)用化成效。

2.4 10條10 kV高故障目標(biāo)線路供電可靠性指標(biāo)分析

為了驗(yàn)證以最大分段用戶數(shù)作為配電自動(dòng)化開關(guān)的布點(diǎn)依據(jù)能否滿足n+3年供電可靠性指標(biāo)要求，需要對(duì)10條目標(biāo)線路改造后的故障時(shí)戶數(shù)下降比例進(jìn)行分析驗(yàn)證，其結(jié)果如表3所示。

表3 XX供電局10 kV線路改造后供電可靠性指標(biāo)分析

由表2可知，在以2.2計(jì)算得出的各條線路最大分段用戶數(shù)結(jié)果中，總的改造后故障時(shí)戶數(shù)合計(jì)下降比例（驗(yàn)證結(jié)果）為65.96%。該指標(biāo)已大于65.82%（1-“n+3年預(yù)期指標(biāo)對(duì)比n年指標(biāo)比例”），說明目前的規(guī)劃布點(diǎn)方法已能滿足n+3年預(yù)期的配網(wǎng)供電可靠性目標(biāo)值，從而驗(yàn)證了該最大分段用戶數(shù)計(jì)算方法的可行性與合理性。

如果出現(xiàn)供電可靠性指標(biāo)分析驗(yàn)證結(jié)果小于該局預(yù)期供電可靠性指標(biāo)的情況，此時(shí)可以對(duì)線路的最大分段用戶數(shù)進(jìn)行向下微調(diào)以滿足指標(biāo)要求。例如在本案例中如果驗(yàn)證結(jié)果小于指標(biāo)要求的65.82%，則可以對(duì)10條10 kV線路中的個(gè)別線路最大分段用戶數(shù)進(jìn)行微調(diào)（如將10 kV線路1從原來的18戶調(diào)整到16戶），或是幾條線路同時(shí)進(jìn)行配合調(diào)整，這樣驗(yàn)證結(jié)果的值將會(huì)升高，使最終的驗(yàn)證結(jié)果能滿足供電可靠性要求。經(jīng)過調(diào)整確定后的線路最大分段用戶數(shù)將作為每條線路的配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布點(diǎn)依據(jù)進(jìn)行建設(shè)。

3 結(jié)束語

本文以配網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)為依據(jù)，利用n+3年故障停電時(shí)戶數(shù)預(yù)期降幅比例指標(biāo)、n+3年預(yù)期故障停電時(shí)戶數(shù)指標(biāo)、n+3年預(yù)期平均停電戶數(shù)指標(biāo)、n+3年預(yù)期平均單次停電影響戶數(shù)指標(biāo)4個(gè)指標(biāo)維度來計(jì)算線路最大分段用戶數(shù)，研究了基于配網(wǎng)線路最大分段用戶數(shù)的配電自動(dòng)化開關(guān)規(guī)劃布點(diǎn)方法，證明此布點(diǎn)方式的可行性與合理性，并可以在一定程度上減少配網(wǎng)線路故障停電時(shí)戶數(shù)，滿足預(yù)期的供電可靠性要求。為了更好地提升配網(wǎng)的供電可靠性，減少因故障停電給用戶帶來的影響，還需與提升運(yùn)維效率、提高設(shè)備可靠性等其他方面相互協(xié)同配合。