基于故障后果分析法的配電網可靠性研究

張 磊

（山東電力集團公司 菏澤供電公司，山東 菏澤274000）

0 引言

配電網從輸電網或地區發電廠接受電能，通過配電設施就地分配或按電壓逐級分配給不同電壓等級的各類用戶，與用戶利益密切相關。隨著電力系統規模增大和系統事故導致停電將會造成很大的社會影響。如果發生大面積、長時間停電，不僅影響供電部門的經濟效益，而且危及社會秩序，造成不良的社會影響。據不完全統計，配電系統故障引起的用戶停電事件占總停電事件的80%以上[1]，因此，提高配電網的可靠性對改善電能質量具有重要意義，同時，促進電力工業生產技術和管理，提高經濟效益和社會效益，對城市建設和規劃有著重要作用。

1 影響可靠性因素

配電網可靠性衡量了電力系統是否向用戶持續提供充足、合格的電量。影響中壓配電網供電可靠性的主要因素主要有以下幾個方面。

1.1 線路故障率及故障修復時間

配電線路長期處于露天運行，發生跳閘事故的頻率十分高，嚴重影響配電網供電可靠性[2]。線路故障率和故障修復時間直接影響用戶停電時間，如果故障率降至0.05次/km·年，用戶年平均停電時間可由3.4小時/戶降至2.7小時/戶，大大提高供電可靠性[3]。

1.2 網架結構不合理

配電網結構大多采用放射狀輻射式結構，這種結構容易造成供電半徑大，線路轉供能力、可靠性差，特別是設備故障或線路故障導致停電時，往往影響面較大[4]。

1.3 非故障停電

非故障停電原因包括中壓配電網上級電源的輸變電線路或變電站改造、檢修及配電網檢修、改造等造成的停電[2]。尤其是近些年的城農網改造，配電網非故障停電的次數增多，線路停電頻繁，影響配電網供電可靠性。

2 可靠性分析的指標

配電系統可靠性指標包括對配電系統中負荷點可靠性指標和系統可靠性指標[5]。系統可靠性指標是在確定負荷點可靠性指標的基礎上，對整個電力配電網可靠性水平的定量評估。通過可靠性計算的分析，找到系統中可靠性薄弱環節，從而提出行之有效的改進措施。

2.1 負荷點可靠性指標

負荷點可靠性指標通常由平均故障率λ、平均停電時間U和平均停運持續時間γ來描述各負荷點持續供電能力。負荷點經線路、斷路器等電力元件與電源點串聯，因此，串聯系統中，任何一元件發生故障都無法滿足負荷正常供電。負荷點可靠性指標計算式如下：

1）平均故障率λ

平均故障率λ反應了負荷點停電頻率，它的值越大，說明負荷點停電越頻繁，可靠性不高。

2）平均停運持續時間γ

當配電網負荷側裝設備用設備時，如果發生故障，負荷點的平均停運持續時間就是備用設備切換時間，大大縮短停運時間，保障配電網可靠性。

3）平均停運時間U

平均停運時間U大小決定了負荷點故障排除時間，平均停運時間U值越大，故障排除時間越長。

式中：λ′——故障停運率；

λ″——故障檢修停運率；

r′——故障修復時間；

r″——故障檢修持續時間。

2.2 系統的可靠性指標

通過以上分析，明確負荷點可靠性指標，但由于配電網結構復雜、元件眾多，僅用負荷點可靠性指標不足以完全體現整個配電系統的可靠性。

1）系統平均停電持續時間 SAIDI（System Average Interruption Duration Index)

式中：Ui——負荷點i的年平均停運時間；Ni——負荷點i的用戶數。

2）系統平均停電頻率SAIFI(System Average Interruption Frequency Index)

式中：λi——負荷點i的故障率；

Ni—負荷點i的用戶數。

3）用戶平均停電持續時間 CAIDI（Customer Average Interruption Duration Index）

式中：Ui——負荷點i的年平均停運時間；

λi——負荷點i的故障率；

Ni——負荷點i的用戶數。

4）平均供電可用率ASAI(Average Service Availability Index)

式中：Ui——負荷點i的年平均停運時間；

Ni——負荷點i的用戶數。

5）不可靠率ASUI(Average Service Unavailability Index)

式中：Ui——負荷點i的年平均停運時間；

Ni——負荷點i的用戶數。

6）電量不足指標 ENS（Energy Not Supplied Index)

式中：La（i）——連接在每個負荷點i上的平均負荷。

3 可靠性算例分析

通過分析配電系統拓撲結構、配電線路及配電設備情況，利用故障后分析方法衡量電力系統運行狀況，判定配電網供電可靠性的優劣。

本文中用故障模式后果分析法評估輻射狀配電網的可靠性，接線方式如圖1所示。圖中由四條線路，斷路器及42戶用戶組成（每戶分布如圖1所示，1節點接帶7戶，2節點接帶10戶，3節點接帶20戶，4節點接帶5戶）， 其中線路設備參數＝2 次/年，＝1 次/年，＝3h/次＝5h/次＝3 次/年＝1 次/年＝3h/次＝5h/次＝5 次/年＝，；，， ；，1 次/年，＝3h/次，＝5h/次；＝1 次/年，＝1 次/年，＝3h/次，＝5h/次。

圖1 輻射狀配電系統圖Fig.1 Radial distribution system diagram

當配電網系統沒有備用電源，僅在系統首端裝配一臺斷路器時，無論線路1、2、3、4哪條線路故障，只能跳開首端斷路器，此時，影響系統所有的用戶數。此時，圖1中配電網各可靠性指標參數計算如下。

用戶停電總戶時數 U∑＝U1+U2+U3+U4＝462+588+840+336＝2226(戶時)

這里僅講述一種情況的具體計算，因為其他情況與此情況計算步驟相同，在此不再一一贅述。不同之處在于，當有無備用電源或增加手動（自動）分段開關的不同情況下，如果線路故障，由于備用電源或分段開關的存在，導致故障前后影響用戶數不同，致使停電時間減少，影響范圍縮小，提高了配電網可靠性，對比結果如表1所示。

表1 不同情況下配電網可靠性指標對比Tab.1 Distribution network reliability index comparison under different conditions

4 總結

通過分析配電網在不同情況下的可靠性指標對比可知，雙電源系統和自動化程度高的系統可靠性最高，停電次數最少，停電持續時間最短，因此，為電力系統提供連續供電的能力增強，系統可靠性得到提高。

［1］汪穗峰,張勇軍,任倩，等.配電網可靠性定量分析研究綜述[J].繼電器,2008(3)：79-83.

［2］劉淑華.影響供電可靠性的因素及其提高措施[J].中小企業管理與科技(上旬刊),2010(12)：279.

［3］鄒蔭榮.影響中壓配電網供電可靠性因素的分析[J].農村電氣化,2003(8)：10-11.

［4］李宇.淺談影響配網供電可靠性的因素及措施[J].中國新技術新產品,2013(10)：115-116.

［5］肖楊明.安吉縣10kV配電網的供電可靠性評估與研究[D].北京：華北電力大學，2012.