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袁洪濤
（沙角C電廠，廣東 東莞523936）
摘 要：供電可靠性每增加一個(gè)百分點(diǎn)，供電企業(yè)為改善供電可靠性而增加的費(fèi)用將急劇增加。為此，引用了國外對(duì)配電系統(tǒng)可靠性的一些參考指標(biāo)及工程計(jì)算方法，分別對(duì)配電自動(dòng)化的主要手段——電纜故障指示器及配電管理系統(tǒng)對(duì)可靠性提高的影響進(jìn)行分析，找出實(shí)施配電自動(dòng)化系統(tǒng)的最佳切入點(diǎn)。指出只有當(dāng)停電費(fèi)用損失系數(shù)達(dá)到一個(gè)較高的數(shù)值時(shí)，投資配電管理系統(tǒng)才有適當(dāng)?shù)耐顿Y回報(bào)。
關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；配電系統(tǒng)自動(dòng)化；可靠性；電纜故障指示器；配電管理系統(tǒng)
Effect of reconstruction and automation of distribution system on improvement of power supply reliability
YUAN Hongtao
(Shajiao C Power Plant, Dongguan, Guangdong 523936, China)
Abstract: A power supply enterprise has to increase considerably the costs for improving power supply reliability to enable even a slight rise in it. By use of some relevant reference indices and the engineering computation method abroad, two major means for distribution automation, cable fault indicator and distribut ion management system (DMS), are analyzed respectively in terms of their effect on improving power supply reliability, and the best way for distribution automat ion found. It is indicated that appropriate return on investment in DMS can be a chieved only when power outage loss coefficient is high enough.
Key words: distribution system; automation of distribution system; reliability; cable fa ultindicator; DMS
社會(huì)越來越依賴于電力的供應(yīng)，幾乎所有的用戶都希望供電有100%的可靠性而不愿有哪怕是極短時(shí)間的停電。停電給用戶造成的損失隨著停電時(shí)間的延長而大幅增加。以法國為例，當(dāng)停電持續(xù)時(shí)間為1 h，損失為18馬克/kW，當(dāng)停電持續(xù)時(shí)間為3 h，損失為85馬克/kW［1］。
因此，在國外比較發(fā)達(dá)國家已廣泛應(yīng)用配電自動(dòng)化技術(shù)以提高電力系統(tǒng)的可靠性，縮短停電時(shí)間。
另一方面，供電可靠性每增加一個(gè)百分點(diǎn)，供電企業(yè)為改善供電可靠性而增加的費(fèi)用將急劇增加。所以追求100%的供電可靠性在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上都是不現(xiàn)實(shí)的。作為供電企業(yè)，必須在用戶用電可靠性要求及供電企業(yè)投資費(fèi)用中尋找合適的平衡點(diǎn)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)技術(shù)比最優(yōu)配置。轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)時(shí)，表現(xiàn)為根據(jù)不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，以決定不同方式的配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形式，一次設(shè)備的選型，配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施等不同階段，每一個(gè)階段都應(yīng)考慮配電系統(tǒng)完善、發(fā)展的可持續(xù)性。
1配電自動(dòng)化技術(shù)的主要方式
配電自動(dòng)化的含義是通過快速地清除故障和恢復(fù)供電，獲得較好的系統(tǒng)性能，并提高向用戶供電的可靠性。目前，主要有兩種方式：
a) 電纜故障指示器
在傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)中，通過變電站保護(hù)繼電器的動(dòng)作識(shí)別有故障的中壓饋線，難以準(zhǔn)確地進(jìn)行故障定位，只能通過人工尋找故障點(diǎn)，使掉電用戶難以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。在系統(tǒng)中引入能指示故障電流通過的設(shè)備，即電纜故障指示器，就能有效地協(xié)助確定故障位置和隔離故障段，大大地縮短停電時(shí)間。
b) 配電管理系統(tǒng)（distribution management system，DMS）
故障識(shí)別、故障隔離及恢復(fù)供電完全由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在極短的時(shí)間內(nèi)完成。系統(tǒng)中由配電自動(dòng)化終端（feeder terminal unit，FTU）代替電纜故障指示器。當(dāng)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（supervisory control and data acquisition，SCADA）系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某變電站的斷路器跳閘，根據(jù)系統(tǒng)中FTU發(fā)出的線路電流信息或開關(guān)狀態(tài)信息，便可邏輯判斷故障點(diǎn)位置。故障所在位置識(shí)別清楚之后，通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，隔離故障段，重新恢復(fù)供電。
2供電可靠性及停電損失費(fèi)用工程計(jì)算方法
在配電系統(tǒng)可靠性分析中，最重要的因素是故障率期望值和停電時(shí)間期望值及不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下給各用戶造成的少供電力總和。這些因素決定于運(yùn)行和檢修策略，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)元件的組合方式以及元件的可靠性。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)元件的組合方式以及網(wǎng)絡(luò)元件不變的基礎(chǔ)上，配電系統(tǒng)自動(dòng)化的目的就是通過優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行、檢修和故障排除方式，從而提高系統(tǒng)的可靠性。配電系統(tǒng)主要分為兩種結(jié)線形式，輻射形和環(huán)網(wǎng)形。由于我國在環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中采用開環(huán)運(yùn)行，因此，也可作為輻射形系統(tǒng)考慮。
定義給定元件i的平均故障率為λi，平均停電時(shí)間為γi；年故障持續(xù)時(shí)間為
其中假設(shè)各個(gè)元件的故障是相對(duì)獨(dú)立的。對(duì)于給定負(fù)荷j的平均停電率或每年的停電次數(shù)由下式給出：
其中，λi是元件i每年故障率，I是造成給定負(fù)荷點(diǎn)j供電中斷所有故障元件的集合。
年停電時(shí)間的期望值，由下式給出：
其中tij是由元件i的故障在給定負(fù)荷點(diǎn)j引起的供電中斷時(shí)間。
平均停電持續(xù)時(shí)間由下式給出：
電力系統(tǒng)中所發(fā)生的各種停電可能引起的“少供電量”由下式給出：
其中Pj是負(fù)荷點(diǎn)j停電引起的少供電力。
少供電量的費(fèi)用由下式給出：
其中aj(tij)和bj(tij)是當(dāng)停電時(shí)間為tij時(shí) ，對(duì)負(fù)荷點(diǎn)j少供電力和電量的單位費(fèi)用值。其單位為元/kW和元/kWh［2］。
3配電自動(dòng)化實(shí)施對(duì)提高系統(tǒng)可靠性分析
下面我們通過算例加以說明如何選擇合適的時(shí)間和合適的方案。
3.1算例系統(tǒng)
大部分配電系統(tǒng)是輻射形系統(tǒng)，即使是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，也通過網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置的正常開環(huán) 點(diǎn)作為輻射形系統(tǒng)來運(yùn)行。因此，下面的可靠性計(jì)算選擇的算例網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)輻射形系統(tǒng)，如圖1所示。
圖1（a）所示的網(wǎng)絡(luò)顯示了一條從高壓—中壓變電站供電的中壓饋線；圖1（b）有來自鄰近變電站的備用線路。如圖所示這個(gè)系統(tǒng)被分成A，B，C3段。目的是計(jì)算不同分段上的用戶及整個(gè)系統(tǒng)的年停電時(shí)間期望值和停電損失費(fèi)用。做以下的假設(shè)：
a) 發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)大約與線路的長度成正比，故障率為0.1次/（km·a）；
b) 停電費(fèi)用參數(shù)是a=1元/kW和b=20元/kWh（停電時(shí)間小于1 h）及b=60元/kWh（停電時(shí)間為3 h）；
c) 故障位置確定及開關(guān)倒閘時(shí)間是1 h，故障修復(fù)時(shí)間是3 h；
d) 備用電源能負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷。
3.2求解過程
可靠性指標(biāo)可以用串聯(lián)系統(tǒng)的原則來估計(jì)。年停電時(shí)間期望值U可根據(jù)式（3）計(jì)算，停電費(fèi)用C可根據(jù)式（6）計(jì)算。對(duì)不同分段上發(fā)生故障所導(dǎo)致的每一分段上的U和C值分別進(jìn)行計(jì)算。
3.2.1輻射系統(tǒng)
計(jì)算結(jié)果如表1所示。從表1可知，全部停電費(fèi)用是22 680元/a。
3.2.2有備用連接（環(huán)網(wǎng)）
計(jì)算結(jié)果如表2所示。在這種情況下，負(fù)荷段A，B和C的可靠性指標(biāo)被改善。與沒有備用連接時(shí)的損失差為17 010元/a。
3.2.3有備用連接（環(huán)網(wǎng)）加電流故障指示器
計(jì)算結(jié)果如表3所示。在這種情況下，負(fù)荷段A，B和C的可靠性指標(biāo)被改善。與沒有電流故障指示器時(shí)的損失差為2 835元/a，但需增加投資3000元。
3.2.4有備用連接（環(huán)網(wǎng)）加DMS
計(jì)算結(jié)果如表4所示。在這種情況下，負(fù)荷段A，B和C的可靠性指標(biāo)被改善。與有備用連接（環(huán)網(wǎng)）沒有電流故障指示器時(shí)的損失差為5 103元/a，但需增加投資100 000元。
3.3綜合效益分析
少供電量單位費(fèi)用系數(shù)b與環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)年損失費(fèi)用Cr，帶DMS系統(tǒng)年損失費(fèi)用Cr,DMS以及這兩種系統(tǒng)年損失費(fèi)用之差ΔC的關(guān)系如表5所示。
假設(shè)所增加的投資在10年內(nèi)收回，則每年需有10 000元回報(bào)。以b為橫坐標(biāo)，ΔC為縱坐標(biāo)得圖2。
從圖2可知，只有當(dāng)b約為40元/kWh［3］時(shí)，即對(duì)應(yīng)于供電區(qū)域為重要的工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、政府等部門時(shí)，實(shí)施配電自動(dòng)化系統(tǒng)才有良好的投資收益比。
通過這個(gè)算例可以看出：
a) 把輻射形系統(tǒng)改為環(huán)網(wǎng)形系統(tǒng)，可以提高供電可靠性，把損失減少約75%。
b) 加裝電流故障指示裝置，又可以把損失減少50%，同時(shí)只需投資很少的費(fèi)用。
c) 在系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)施配電自動(dòng)化系統(tǒng)，可以把損失減少90%，并提高企業(yè)的管理水平，但需要較大的投資。
4結(jié)論
從算例中知道，增加電纜故障指示器是一個(gè)投資少而效果顯著的方法，應(yīng)該推廣應(yīng)用。同時(shí)，DMS系統(tǒng)的規(guī)劃必須與區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)。DMS的實(shí)施，不僅要求有較好的一次系統(tǒng)設(shè)備作為基礎(chǔ)，同時(shí)要求有較大的一次投資。只有當(dāng)停電費(fèi)用損失系數(shù)達(dá)到一個(gè)較高的數(shù)值，如b=40元/kWh或以上時(shí)，即意味著該區(qū)域有很高的生產(chǎn)力水平、生活水平或商業(yè)價(jià)值時(shí)，投資DMS系統(tǒng)才有適當(dāng)?shù)耐顿Y回報(bào)。對(duì)照國內(nèi)的實(shí)際情況，就是應(yīng)選擇在某些高、新技術(shù)開發(fā)區(qū)，主要的工業(yè)區(qū)或商業(yè)區(qū)及高級(jí)住宅區(qū)域等先進(jìn)行DMS項(xiàng)目的實(shí)施。
參考文獻(xiàn)
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