自動化配網的供電可靠性研究

侯梧琴

摘要：供電可靠性是衡量電力系統為用戶提供電能質量的重要指標，通常定義為供電系統對用戶持續供電的能力。文章闡述了配網自動化系統及其提高供電可靠性的作用，分析了配網自動化系統供電可靠性的量化評估方法與提高措施。

關鍵詞：配電網；自動化；供電可靠性；電力系統；電能質量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2015）11-0133-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.066

供電可靠性是衡量電力系統為用戶提供電能質量的重要指標，通常定義為供電系統對用戶持續供電的能力。有數據表明，故障停電主要是因為配電網故障引起的（超過80%），所以提高供電可靠性首先應從提高配電網的供電可靠性做起。城市配電網密如蛛網，故障定位是一大難點。受到交通堵塞、不良天氣等因素影響，檢修人員要花費較多時間趕往現場；到達現場后，又要通過多次分合閘才能確定故障點，在這個過程中故障所在饋線一直處于停電狀態，而配網自動化技術可以迅速判斷故障區域，并在很短時間內將故障隔離在最小范圍內，同時恢復非故障區域供電，這對于縮短停電范圍與時間、提高供電可靠性有著顯著的作用。實際上，世界各國發展配網自動化的初衷雖然不盡相同，但大部分國家的主要目的就是提高供電可靠性。無疑，采用配網自動化模式有助于提高供電可靠性。然而，配網自動化是一個系統工程，并非對某一段線路應用了自動化設備就能立竿見影地提高供電可靠性，譬如網架結構不合理，不滿足N-1原則，是無法顯著提高供電可靠性的；再如我國計劃停電時間比例高達80%，不解決合理規劃和有效維護問題，配網自動化也難以充分顯現其作用。

1 配網自動化系統概述

1.1 配網自動化系統

配網自動化系統（DAS）主要包括變電所自動化（SA）、饋線自動化（FA）和需方管理自動化（DSM）三方面的內容，也就是由計算機系統、通信系統和遠方終端設備所組成的，能夠對配電網進行遠方實時監控，并與電網調度自動控制系統進行聯系的自動化系統。

1.2 變電所自動化

變電所（也包括開閉所）在配電網中作用和地位非常關鍵，其既為上級配網的負荷，又為下級配網的電源，配網自動化往往是從變電所自動化開始的。目前，變電所自動化是通過將變電所二次設備進行功能整合和優化設計，綜合利用計算機技術、現代通信技術和微電子技術等，實現對全所設備和線路的自動監控和微機保護等功能的。變電所自動化應具有以下功能：（1）微機遠動功能，即遙信、遙測、遙控、遙調、系統對時、電能采集、自恢復、自檢測、SCADA通信等功能；（2）微機繼電保護功能；（3）自動控制功能等。變電所自動化的結構分為集中式和分散式兩種，分布式滿足功能的效果更好，所以目前大多采用分布式結構。

1.3 饋線自動化

饋線是配網中連接用戶負荷的回路，實現饋線自動化就能迅速而準確地判斷故障區段并加以隔離而恢復健康區段的供電。饋線自動化包含運行狀態監測、遠方與就地控制、故障區隔離、無功補償與調壓等功能。饋線自動化的模式也有集中式和分散式兩種。集中式需要將采集到的信息送到配網主站去作出故障區段的判斷，因而故障切斷和恢復時間較長；而分散式基于饋線開關的配合完成故障區段隔離與非故障區段供電恢復。雖然不需要向配電主站上傳信息，但故障隔離后或饋線運行方式發生改變時，需要人工調整參數，并且恢復供電也要經過多次重合閘，對運行設備沖擊較大，然而隨著饋線終端（FTU）功能的完善，增加了故障判斷、故障隔離、供電恢復等功能，集中式有向分散式發展的趨勢。饋線自動化的實現方法主要有以下兩種：（1）重合器方案，即利用多級重合器配合或重合器與分段器配合實現饋線自動化；（2）FTU方案。由于重合器方案只能在線路有故障時發揮作用，不能完成正常的倒閘操作，也無法通過網絡重構實現最佳的配電方案，而FTU方案可以很好地解決這些問題。

1.4 需方管理自動化

需方管理自動化就是根據用戶負荷需要進行管理的自動化系統，與變電所自動化、饋線自動化不同的是，需方管理自動化不是基于供方的需要，而是根據需方的需求進行管理。需方管理自動化系統由負荷監控與管理（LCM）、遠方抄表與電能計費自動化（AMR）所組成。

2 配網自動化系統的供電可靠性

2.1 供電可靠性量化評估

前已述及供電可靠性的概念，但要度量供電可靠性就需要用到一些指標，主要是基于供電中斷頻率和供電持續時間的由統計方法計算得到的指標。這類指標有數十種之多，下面介紹常用的四個：（1）系統平均停電頻率（SAIFI）：是指供電系統中的用戶在1年內的平均停電次數，可用“SAIFI=用戶停電總次數/系統供電的總戶數”計算，單位為戶/年；（2）系統平均停電持續時間（SAIDI）：是指供電系統中的用戶在1年內受到的平均停電的持續時間，可用“SAIDI=用戶停電持續時間之和/系統供電的總戶數”計算，單位為小時/（戶·年）；（3）用戶平均停電持續時間（CAIDI）：是指1年內用戶受停電影響的用戶每次停電持續的時間，可用“CAIDI=用戶停電持續時間之和/用電總次數=SAIDI/SAIFI”計算，單位為小時/（戶·年）；（4）供電可靠率（ASAI）：是指1年內用戶持續供電小時數與對用戶應供電小時數之比，可用“ASAI=用戶可用電小時數/用戶需電小時數=1-（SAIDI小時數/8760）（8760在閏年取8784）”計算，單位為%。下面以一個例子說明供電可靠性指標的計算。

某饋線采用集中式自動化系統，分為30條支路，接23個負荷點，配置23個配變和23個熔斷器，設置1個分段開關和4個斷路器。假設線路故障率為年均每公里0.05次，故障線路修復時間平均為6小時。斷路器動作可靠性為80%，故障率為年均0.002次，平均故障修復時間為6小時。隔離開關動作時間為40分鐘。配變故障率為年均0.015次，切換到備用配變需時1小時。熔斷器熔斷可靠性為100%。分段開關操作時間為40分鐘。現采用網絡等值法并結合MATLAB編程，算出供電可靠性指標為SAIFI=1.785戶/年，SAIDI=4.465小時/（戶·年），CAIDI=2.501小時/（戶·年），ASAI=99.95%。

2.2 提高配網自動化供電可靠性的措施

提高配網自動化的供電可靠性可通過以下措施：（1）統一配網規劃，并按照N-1原則規劃配網架構，設置充足的電源；（2）合理分段以減小故障時停電的用戶數量；（3）配置可靠的配電設備，如質量可靠的配變、饋線開關、環網柜、架空線、電纜及接頭等；（4）對重要用戶保證雙電源供電并配置備自投裝置；（5）配電自動化與繼電保護裝置、安全自動裝置協調配合，并盡量采用多級繼電保護配合；（6）集中智能配電自動化與分布智能協調控制，以發揮各自優勢；（7）采用狀態檢修代替預防性試驗、年度定檢和故障后檢修，推廣不停電作業方法等。

3 結語

應用配網自動化技術雖然有助于提高供電可靠性，但提高供電可靠性不是配網自動化的唯一目標，提高供電可靠性的途徑也不是只有配網自動化一條途徑，并且應用了配網自動化也未必一定會提高供電可靠性。明白了這些道理，有利于正確認識配網自動化與提高供電可靠性的關系，綜合運用各方面的措施達到穩定生產、改善電能質量、提高供電可靠性的目的。

參考文獻

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（責任編輯：蔣建華）