提高配電網(wǎng)供電可靠性的方法

禹錦繡，孟憲樂

提高配電網(wǎng)供電可靠性的方法

禹錦繡，孟憲樂

（天津平高智能電氣有限公司，天津 300300）

近年來，中國供電可靠性有所提高，城市用戶的供電可靠率在99.95%左右，戶平均停電時間在4～5 h，用戶平均停電頻率低于2次。與城市相比，農(nóng)村用戶的供電可靠性起伏較大，平均停電時間在20 h左右，平均停電頻率超過了4次。與發(fā)達(dá)國家相比，中國存在戶均停電頻次多和停電時間長的問題，供電可靠性較低。要想提高供電可靠性，應(yīng)使用高可靠性的一次設(shè)備，以減少因設(shè)備自身問題引發(fā)故障而導(dǎo)致的停電的情況；采用合適的配電自動化方案，可在發(fā)生故障時，縮小停電區(qū)域和縮短停電時間。

供電可靠性；戶均停電頻率；戶平均停電時間；配電自動化

經(jīng)過近年來配網(wǎng)改造和配電自動化的推進(jìn)，中國供電可靠率有了一定的提高。目前，一般城市地區(qū)達(dá)到了99.9%以上，用戶年平均停電時間≤8.76 h；重要城市中心地區(qū)達(dá)到了99.99%以上，用戶年平均停電時間≤53 min。2013—2017 年全國供電可靠率變化情況如圖1所示。

圖1 2013—2017年全國供電可靠率變化情況

中國與發(fā)達(dá)國家之間仍存在較大的差距，供電可靠性仍處于較低的水平。

國際上發(fā)達(dá)國家停電時間對比如圖2所示。

圖2 國際停電時間的比較

日本的供電可靠性從圖2可以看出，日本在20世紀(jì)末就達(dá)到了戶均（年）停電時間9 min，供電可靠性處于世界領(lǐng)先水平。

日本高供電可靠性的經(jīng)驗(yàn)如下：①一次設(shè)備可靠性高，因設(shè)備自身問題導(dǎo)致的故障很少；②在接地故障發(fā)生的初期進(jìn)行干預(yù)，避免接地故障發(fā)展為短路故障，從而有效保全設(shè)備和線路；③通過推進(jìn)配電自動化縮小停電區(qū)域、縮短停電時間。

借鑒發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，以下從提高一次設(shè)備的可靠性和選擇配網(wǎng)方案的方面給出建議，希望能通過這些手段來提高供電可靠性。

1 提高供電可靠性的方法

1.1 使用高可靠性的一次設(shè)備

2017年國內(nèi)故障停電主要責(zé)任原因占比分布情況如圖3所示。

從圖3中可以看出，設(shè)備原因造成的停電占比為21.02%，是所有停電故障中占比最高的。另外，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)停電占比也非常高（8.01%）。要想降低故障停電，就必須提高一次設(shè)備的可靠性。

使用高質(zhì)量一次設(shè)備可減少設(shè)備自身問題引發(fā)的故障，可以有效降低故障率，提高供電可靠性。以下是設(shè)備選型方面的幾點(diǎn)建議：①戶外SF6斷路器良好的氣密性是保證開關(guān)長壽命和免維護(hù)的關(guān)鍵，建議產(chǎn)品年漏氣率應(yīng)控制在0.1%以內(nèi)。②戶外柱上開關(guān)密封不良會出現(xiàn)進(jìn)潮和進(jìn)水現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)銹蝕、電氣短路等，引起設(shè)備故障或損壞，直接影響配電線路正常供電的可靠性。保證開關(guān)設(shè)備良好的密封，是保證設(shè)備的長壽命和免維護(hù)的必要前提。機(jī)構(gòu)箱防護(hù)等級達(dá)到IP67級可防止內(nèi)外部氣體交換，有效防止潮氣和雨水等的侵入。③采用耐候性好的產(chǎn)品，減少鹽霧腐蝕、污穢造成絕緣下降引發(fā)的故障。④采用動作可靠、操作功小的彈簧機(jī)構(gòu)，操作電壓優(yōu)選DC24 V，這有利于與饋線FTU配合實(shí)現(xiàn)保護(hù)動作。

圖3 2017年故障停電主要責(zé)任原因占比分布情況

1.2 在接地故障發(fā)生的初期進(jìn)行保護(hù)

在10 kV架空線路中，80%～90%的故障是接地故障。 5 A以下的接地故障易自動消失，5～30 A的接地故障容易轉(zhuǎn)變?yōu)殚g歇性電弧，30 A以上的接地故障容易轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定電弧。按電力規(guī)程規(guī)定，接地故障發(fā)生后可以帶負(fù)荷運(yùn)行2 h，這期間接地故障有自然消失的情況，但如果沒有自然消失就容易發(fā)展為短路故障。在接地故障發(fā)展為短路故障的過程中，會對配電設(shè)備的絕緣造成破壞，導(dǎo)致配電設(shè)備的可靠性降低。因此，在接地故障發(fā)生的早期對其進(jìn)行保護(hù)，可起到對配網(wǎng)設(shè)備和線路有效保全的作用，從而提高電力系統(tǒng)的可靠性。

國內(nèi)解決接地故障的難點(diǎn)主要為：故障特征量（主要是零序電流）的檢測精度低，不足以作為繼電保護(hù)的判據(jù)。零序電流具有信號小、干擾大、信噪比低、波形不穩(wěn)定的特點(diǎn)，且電壓高低、負(fù)荷電流大小、線路長度運(yùn)行方式的改變，接地電阻的變化對其都有影響，所以零序電流的測定非常困難。同時，接地保護(hù)開關(guān)存在負(fù)荷電流下誤動作的現(xiàn)象，而導(dǎo)致出現(xiàn)這類現(xiàn)象的原因是由于零序電流設(shè)計時沒有考慮到負(fù)荷電流，特別是三相不平衡電流對零序電流互感器的輸出精度的影響而造成的。要想實(shí)現(xiàn)接地故障的可靠檢測，要提高零序電流的檢測精度、抗干擾能力，就要在檢測線圈外側(cè)增加屏蔽層，這樣可以有效地屏蔽和減少周圍環(huán)境產(chǎn)生的干擾。

1.3 選擇合適的配電自動化方案

選擇合適的配電自動化方案，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的自動隔離和非故障區(qū)域的自動恢復(fù)送電。按照故障保護(hù)模式分類，配電自動化方案主要有分散型保護(hù)模式、集中保護(hù)模式和綜合型保護(hù)模式。

分散保護(hù)模式是通過故障點(diǎn)上游最近的開關(guān)跳閘（或重合閘）來切斷故障。分散保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是變電站斷路器保護(hù)動作次數(shù)少，發(fā)生故障時非故障區(qū)間不停電即可隔離故障區(qū)域；缺點(diǎn)是單件故障處理完就結(jié)束了，難以鎖定故障區(qū)間，且與變電站斷路器保護(hù)配合不當(dāng)時，會造成與變電站斷路器同時跳閘。人口密度（負(fù)荷）較低的農(nóng)網(wǎng)適合采用分散保護(hù)模式。

集中型保護(hù)模式是所有故障都依靠變電站保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)，優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，可以掌控所有的事故及事故區(qū)間，有助于系統(tǒng)的維護(hù)和檢修，其系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)；缺點(diǎn)是變電站保護(hù)裝置動作次數(shù)增多，事故區(qū)間的非故障區(qū)域也會出現(xiàn)短時停電。人口密度（負(fù)荷）較高的農(nóng)網(wǎng)城市適合采用分散保護(hù)模式。

綜合型保護(hù)模式依托通信技術(shù)的發(fā)展，通過通信實(shí)時監(jiān)控開關(guān)狀態(tài)、線路流/電壓信息，來收集/儲存數(shù)據(jù)進(jìn)行自動控制，并且可將數(shù)據(jù)應(yīng)用到預(yù)防中。基于通訊技術(shù)的綜合自動化方案可將停電區(qū)域和停電時間最小化，但投入費(fèi)用較高，且對運(yùn)維技能水平要求較高，適合發(fā)達(dá)城區(qū)采用。

1.4 通過提高運(yùn)維水平縮短停電時間

設(shè)置避雷器，減少雷害引發(fā)的故障；采用絕緣導(dǎo)線，減少樹枝、旁物接觸引發(fā)的故障；增加分割區(qū)間（增加線路的分段點(diǎn)），在配電線路施工、過流故障時，縮小停電范圍；形成環(huán)網(wǎng)配電，發(fā)成故障時，故障區(qū)域下游可實(shí)現(xiàn)反向送電；采用發(fā)電機(jī)車應(yīng)急送電，采用帶電檢修車實(shí)現(xiàn)帶電檢修。

2 結(jié)語

部分先進(jìn)地區(qū)供電可靠性指標(biāo)已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，但區(qū)域差距、城鄉(xiāng)差距仍然巨大，新形勢、新技術(shù)的發(fā)展也給供電可靠性帶來了新的機(jī)會和挑戰(zhàn)。結(jié)合開關(guān)設(shè)計和配網(wǎng)方案設(shè)計的工作經(jīng)歷，本文從設(shè)備選用和配網(wǎng)自動化方案選擇方面，提出了對縮短停電時間的幾點(diǎn)見解。

［1］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.2018年電力可靠性指標(biāo)發(fā)布會［R］.北京：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2018.

［2］瞿海妮，劉建清.國內(nèi)外配電網(wǎng)供電可靠性指標(biāo)比較分析［J］.華東電力，2012，40（9）：1566-1570.

TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.028

2095－6835（2019）18－0074－02

〔編輯：張思楠〕