配電網供電可靠性薄弱環節分析與改進

萬凌云，張　　盈，劉　　真，岳鑫桂，徐江濤

配電網供電可靠性薄弱環節分析與改進

萬凌云1，張盈1，劉真2，岳鑫桂1，徐江濤1

（1．國網重慶市電力公司電力科學研究院，重慶401123；2．國網山東省電力公司德州供電公司，山東德州253008）

利用供電網計算分析及輔助決策軟件，對山東德州的中壓饋線進行可靠性評估。借助軟件的可靠性薄弱環節識別功能，找出配電網的供電可靠性薄弱環節，并提出相應的改進措施。對比分析各種改進措施的實施效果，結果表明實施綜合改善措施的效果最好，可使系統供電可用率達到99.991 0%。

配電網；可靠性評估；薄弱環節；改善措施

0　　引言

隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，用戶對供電可靠性提出了更高的要求，僅僅通過對停電事件的統計進行供電可靠性評價分析已難以適應高供電可靠性的需求，供電可靠性管理由事后統計評價向事前預測評估轉變已成為必然趨勢。

供電系統可靠性評估能夠有效指導供電系統規劃、設計、建設、改造、運行及管理，改善系統的供電可靠性，提高電網投資效益［1-4］，國內外越來越多的供電企業正在開展或計劃開展此項工作。2013年6月電力行業可靠性管理標準化技術委員會委托國家電網公司開展中壓配電網可靠性評估技術規范研究工作，籌備制定《中壓配電網可靠性評估導則》［5］。

依據《中壓配電網可靠性評估導則》，利用供電網計算分析及輔助決策軟件，對山東德州供電公司A類地區13條10 kV中壓饋線進行可靠性評估和電網薄弱環節辨識，根據評估結果提出了相應的改善措施，并對改善措施的實施效果進行了定量評估。

1　　區域概況

山東德州供電區（A類）內有各企事業單位、醫院、學校、商場、居民等，未來將按照打造商貿服務業集聚區的理念，形成高端購物商貿區。該區域供電面積17.2 km2，2013年全社會用電量達到14.15 億kWh。截至2013年底，該區擁有110 kV變電站3座，主變容量450 MVA，110 kV線路8條、長度42.14 km；10 kV公用配變454臺、容量148.62 MVA，10 kV線路62條、長度224.88km。本次所選13條線路主干總長41.53 km，環網柜56面，分支箱48臺，配變381臺，容量168.67MVA，配網線路纜化率85.67%，架空線路絕緣化率77.76%，線路聯絡率100%，線路滿足N-1準則比例61.54%，主干線路平均分段數3，主干線與分支線配置帶保護分界開關比例100%；所選13條線路全部實現配電自動化 （三遙終端覆蓋率100%）；線路典型接線方式為單環網、雙環網、多分段適度聯絡；配網設備狀態評價無嚴重狀態，無異常狀態，注意狀態占0.3%，正常狀態占99.7%。

2　區域供電可靠性分析

2.1計算參數

可靠性評估計算分析需要配電網絡設施基礎參數、配電網設備可靠性參數。基礎參數主要是潮流計算需要的參數，包括網絡拓撲結構參數、配電線路基礎參數、配電變壓器基礎參數和負荷點參數等，其中，負荷點數據包括負荷容量、用戶數、重要級別。可靠性參數包括故障停運率、平均故障修復時間、預安排停運率、平均預安排停運持續時間以及與停電時間有關的時間類參數，如平均故障定位隔離時間、聯絡開關平均切換時間等［2］。根據區域內的歷史停電統計數據得到可靠性評估所需的全部可靠性參數，具體如表1～3所示。

表1　　設施故障率及修復時間

表2　　其他故障停運相關參數　min

表3　　預安排停運相關參數

2.2供電可靠性總體分析

考慮到研究對象的結構，采用優化網絡元件遍歷法［3］，根據國網德州供電公司A類地區13條10 kV中壓饋線實際情況，利用供電網計算分析及輔助決策軟件CEES計算得到：區域內供電可靠率為99.9885%，其中僅考慮故障停電為99.997 9%，僅考慮計劃停電為99.9906%；系統平均停電時間為1.0075h/（戶·a），其中故障停電為0.181 4 h/（戶·a），占比18.01%，計劃停電為0.826 h/（戶·a），占比81.99%。

統計各條饋線的可靠性指標結果如圖1所示，統計結果表明平均停電時間最長的饋線為2號東柴線，達到3.738 5 h/（戶·a）。其中，故障停電0.372 8 h/（戶·a），占9.972%，預安排停電3.365 7 h/（戶·a），占90.028%。

圖1　　各條饋線SAIDI柱狀圖

總體上看，饋線平均停電時間在0～0.5 h之間有5條，占總饋線條數的38.5%，這些線路均為純電纜線路，網絡結構合理，可靠性較高；饋線平均停電時間在0.5～2 h之間有7條，占總饋線條數的53.8%；饋線平均停電時間超過2 h的線路只有1條（2號東柴線），占總饋線條數的7.7%。可見饋線平均停電時間總體情況較好，僅2號東柴線停電時間遠大于其他線路。主要原因是2號東柴線為架空線，分段不合理，主干線路故障，將會影響到支線用戶供電。

2.3可靠性薄弱環節分析

2.3.1系統薄弱環節

從網架結構及元件角度分析，由各饋線的SAIDI指標可知2號東柴線對系統SAIDI影響較大。主要原因是其網絡結構不合理，分段數不足，無法充分發揮聯絡線路的轉供功能，屬于系統網架薄弱環節，建議增加分段或增加聯絡線。

從停電類型方面分析，計劃停電超過全年停電時間的80%，計劃停電時間應為薄弱環節，需加強計劃停電管理工作，提高配網帶電作業率，減少線路計劃檢修時間，杜絕重復停電。

由于該地區饋線均已實現配網自動化，故障定位隔離時間、故障切換時間、計劃隔離時間、計劃切換時間大大縮短。主要為故障矯正時間和計劃作業時間，計劃作業占較大比重，主要因為是架空線、電纜的計劃檢修率比故障率要高，計劃檢修時間比故障修復時間長。

2.3.2重要用戶薄弱環節

試點區域重要用戶可靠性最差的為市公安局，對其停電時間影響最大的元件為帝景支線，主要原因為市公安局是單電源供電，電源進線故障將感受到線路修復時間。可以對重要用戶進行雙電源改造，或者在下游裝設開關，減小下游停電對其造成的影響。

3　改善措施及其效果分析

影響供電可靠性的因素包括網絡、設備、管理、技術4個方面。針對德州試點區域的實際情況，提出以下幾種配網可靠性改善措施，并對其效果進行對比。

3.1改造網絡結構

有系統薄弱環節分析可知，2號東柴線為系統薄弱環節，從網絡結構方面提出3個改善方案：方案1在加裝分段開關，提高分段數；方案2為德建支線末端增加電纜線路聯絡；方案3采用“方案1+方案2”。這3種方案的效果對比如表4所示。

表4　　改善前后供電可靠率對比

從效果上看方案1和方案2效果基本相等，方案3提升最高，但是方案3的成本也最高。因此，為最大程度提升可靠性，方案3為優選方案；若考慮經濟成本，可以選擇方案1或方案2。

3.2重要用戶改造措施

對于重要用戶，應特殊對待。由之前的分析可知德州市公安局在所有重要用戶中可靠性最差，主要是由于單電源供電，無備用電源造成。因此將其配電變壓器改造為雙電源雙進線供電，并在下游裝設分段開關，用戶預計投入9萬元 （安裝斷路器，架空線）。實施雙電源后，德州市公安局年平均停電頻率1.66次/a，每次平均停電時間0.253 h，年停電時間0.42 h/a，年停電時間減少1.852 h/a，下降81.52%。

3.3設備升級

將中向線6號分支箱改造成環網柜，投資38萬元，供電可靠率可達99.988 8%，實施該方案的具體效果見表5。

表5　　設備升級方案效果

該方案對供電可靠性的提高并不顯著，從追求可靠性提升的角度可在原有的分支箱的生命周期完結時實施改造。

3.4優化管理

加強計劃剛性管理。提高電網綜合檢修計劃編制水平，按月召開生產計劃平衡會，多部門綜合考慮電網檢修計劃，優化施工方案，減少線路計劃檢修時間，杜絕重復停電。

提高配網帶電作業率。增強帶電作業施工隊伍，以“能帶不停”為依據嚴格施工方案審批，積極推廣地電位絕緣桿作業法和電纜不停電作業。

加強電網設備質量把關。減少因設備本體質量問題導致故障停電；提高新投運設備驗收質量，對發現問題實現閉環管理；設備運維人員加強巡視力度和深度，降低外力破壞故障率。

優化管理措施實施后，每公里電纜故障停電次數減少至0.035次/a，計劃停電時間降低至5 h。優化管理前后系統可靠性指標對比如表6所示，系統平均停電時間降至0.961 7 h/（戶·a），供電可靠率達到99.989 0%。

表6　　管理措施可靠性指標比較

3.5配網改造與管理綜合措施

為最大限度地提高區域供電可靠性，同時實施網架改造、設備改造以及管理措施后，系統平均停電時間為0.786 7 h/（戶·a），下降21.92%，供電可靠率達99.991 0%，上升0.002 5%。

3.6方案比較

提出的提高系統供電可靠性5種措施可分為兩大類措施。前兩種為第1類，后3種為第2類。第1類為局部措施，提高了局部線路的供電可靠性；第2類為全局措施，可以提高整個系統的供電可靠性，如表7所示。

表7　　各類措施實施后指標對比

從表7可以看出，對于整個區域的供電可靠性，采用綜合措施效果最好，因此，如果要提高整個區域的供電可靠性，建議實施綜合措施。

4　結語

通過對德州A類區域配電網進行可靠性分析，對區域內的薄弱環節的可靠性指標進行分析計算，并從局部和整體兩大方面提出了架空線增加分段開關、重要用戶公用配變雙接入、分支箱改環網柜、優化停電管理和綜合措施等5種方法以提供該區域的供電可靠性，對各種措施的效果進行詳細比較。其中前兩種方法能夠大大提高局部供電可靠性，后三種方法可以提高全局供電可靠性，且通過對比分析得到了采用綜合措施對提高整個系統的可靠性效果最好的結論，為德州市配電網的改造提供了指導。

［1]謝開貴，楊群英.電力可靠性理論基礎［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［2]萬凌云，吳高林，宋偉.高可靠性配電網關鍵技術及應用［M］.北京：中國電力出版社，2015.

［3]趙華，王主丁，謝開貴，等.中壓配電網可靠性評估方法的比較研究［J］.電網技術，2013，37（11）：3 295-3 302.

［4]王成山，羅鳳章.配電系統綜合評價理論與方法［M］.北京：科學出版社，2011.

［5]萬凌云，王主丁，伏進，等.中壓配電網可靠性評估技術規范研究［J］.電網技術，2015，39（4）：1 096-1 100.

Analysis and Improvement of Weak Link of Distribution Network Reliability

WAN Lingyun1，ZHANG Ying1，LIU Zhen2，YUE Xingui1，XU Jiangtao1
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing 401123，China；2.State Grid Dezhou Power Supply Company，Dezhou 253008，China）

The reliability of distribution system in Dezhou is evaluated using the grid calculation analysis and decision support software.Through the software，some weaknesses of the power supply reliability in the region are identified and corresponding suggestions are given.Compared among implementation effects of various improvement measures，it is found that the comprehensive measure shows the best performance and it makes the reliability of power supply in the region up to 99.991 0%.

distribution network；reliability evaluation；weak links；improvement measures

TM726

A

1007－9904（2016）06－0039－04

2015-12-12

萬凌云（1983），男，高級工程師，主要研究方向為電力可靠性，電能質量。