城市配網自動化可靠性評估與成本效益分析

呂穎利

（濟源職業技術學院，河南 濟源 459000）

隨著社會的發展和經濟的進步，人們對于電力供應的穩定性和安全性的依賴越來越重，在這樣的情況下，電力供應一旦出現問題，可能會造成巨大的經濟損失，為了能夠對城市電網的工作狀態進行實時監控，并且自動排除一些故障隱患，減少人力的投入，增加工作的準確性，城市配網的自動化勢在必行，在此之前，還應該結合城市配網的經濟效益和其他方面，對其可靠性進行綜合的評估。

1 配網自動化對其可靠性的影響及其定量評估模型

城市配網自動化的本質，就是利用電子設備對城市配網的工作狀態進行實時監控，當發現某一處出現故障的時候，能夠通過重合器、分段器等新型開關實現可靠中斷供電，迅速將故障區域隔離，之后自動對非故障區域的供電進行恢復，在這個過程中，一方面避免了故障區域影響的擴大，另一方面，也能第一時間的恢復非故障區域的供電，保證人們正常的生產和生活。

而傳統的城市配網模型中，當出現故障的時候，需要人工對故障區域進行排查，一旦故障點出現在偏遠地區，排查和檢修耗費的時間非常多，而通電必須在故障排除之后，如上文所述，現階段城市居民的生產生活對電力的需求和依賴非常大，停電時間越長，就會導致人們的生活越不變，居民對于供電企業的滿意度就會下降，而對于生產來講，更是直接影響經濟效益，從這一點來說，城市配網的自動化具有非常大的必要性，能夠在一定程度上解放人力、精確對故障進行排查，縮短檢修時間，這對人們的生活和生產都有著巨大的幫助。。

在實際的供電過程中，我們引入一個非常常見的開環網絡供電模型，在這個供電模型中，我們在各個區域添加分段開關和聯絡開關，形成并聯，當系統中的某一段供電電路出現故障而導致電壓異常的時候，分段開關迅速切斷，聯絡開關則負責與其他并聯支路連接，這樣就能夠在整個配電網絡中將故障段暫時移除，而網絡中的其他部分迅速恢復正常供電，之后對故障段進行維修，維修完畢之后，斷開分段開關和聯絡開關，讓該段重新回到整個供電網絡中。

這里需要注意的是，在一定范圍內，隨著分段開關設置的增加，電網被分成的段落也就越多，那么一旦某個段落出現故障時，影響的范圍就越小，對于供電的整體穩定性就更有保證，但是，隨著分段的繼續增加，可能導致供電穩定性的增加并不明顯而成本投入大幅增加，這樣就是得不償失了，因此，在對城市配電網絡進行規劃時，要結合經濟效益對電路的分段進行考慮和設計。

2 配電自動化系統的成本效益分析

城市配網的自動化能夠很大程度的提升配網的可靠性，但是，由于配網自動化需要針對現有的配網進行改造，牽涉到大量的工程項目施工和設備的安裝更新，因此，投入十分巨大，對于配網自動化的成本效益進行分析，就要考慮對城市原有配網進行自動化所帶來的可靠性效益。

所謂可靠性效益，實在滿足城市供電的可靠性需求的前提下所得到的經濟效益，我們知道，在一定的條件下，經濟投入和可靠性成正比關系，即投入的成本越高，其可靠性也越高，但是，在正常認知范圍內，投入越高就會導致其經濟效益降低，因此，需要對成本的投入所帶來的效益進行實際的分析。

在分析過程中，我們一般借助停電損失來對其經濟效益進行分析，即對比自動化改造前后故障停電所帶來的供電量損失。影響停電損失的兩個變量分別是停電時間和停電范圍，停電時間越長，停電范圍越大，停電損失就越大，進行自動化改造后，成本增加，停電損失減少，售電量相應的增加，因此，利用售電量減去成本，能夠得到電力供應公司的經濟效益，進行前后的經濟效益對比，就能夠得到我們需要的實際經濟效益，通過進行對比，能夠在保證供電的可靠性的前提下，得到最佳的成本投入，在該投入下，能夠獲得最高的經濟效益。

簡而言之，在停電的條件下，供電企業無法完成電力的售賣，導致了利益無法直接轉化，由于每一個電力供應企業對應的用戶眾多，而用戶的對電力的需求也根據時間段和季節存在一定的差異，一般需要根據經驗和過往的記錄進行估算，但是這個停電的經濟效益損失，實際上是站在供電企業角度上的直接經濟損失，而對于社會來講，停電時間過長，會帶來更大的經濟損失，工廠停產、供暖供水收到影響、照明受限、無法辦公等情況，使得社會的整體效率大幅度降低，這樣帶來的損失更加無法估量，還可能導致社會對于供電企業的不信任，產生一定名譽上的損失，這些損失無法具體量化，但是也要考慮在停電的時間和范圍的大小帶來的影響當中。

3 配電網自動化綜合評估流程

通過上文我們可以得知，同樣的城市配網自動化改造工程，由于投入的成本不一樣，其可靠性和經濟效益也有很大的差別，主要的原因就是在于分段開關設置的數量差異，因此，對于已經進行了自動化改造的配電網絡，應該對其可靠性和經濟效益進行評估，以此來決定配電網絡自動化改造的可行性，具體評估流程如下：

利用分段開關的設置，將整個供電網絡自動分成n 個子網絡。

對每一個子網絡曾經發生的故障進行統計，其中因為自動化改造而出現的故障單獨計數，其他故障整理計數。

這樣我們就能夠對這一個子網絡進行可靠性的計算，主要是計算停電時間的改善情況。

重復上述步驟，就能夠對整個配網中的所有子網絡進行可靠性的計算，也就能夠對整個配網的可靠性進行評估。

將整個網絡的停電損失和成本進行經濟效益的計算，對配電網絡的經濟性進行評估。

該評估流程，本質上就是計算經濟成本和停電損失之間的關系，通過上文的表述我們已經清楚一個事實，就是通過城市配網的自動化改造，是能夠提升整個供電配網的可靠性的，在某一點發生故障的情況下，能夠迅速的找出故障點，并恢復其他區域的電力供應，使的故障影響的范圍和時間降到最低，減少損失。當我們考慮到一個極端的情況——城市配網上每隔幾米就設置一個分段開關，每家每戶都是一個子網絡，這樣的情況下，不管哪一點出現故障，都能夠迅速的隔離故障點，不影響其他用戶的正常用電，但是這樣投入的成本十分巨大，也就是說，投入的成本越高，電網的可靠性越高，降低的損失也就越多，但是如果該配電網絡原本的供電損失就不大，并不經常停電，影響范圍也小，那么投入過多的成本，從經濟效益的角度講，就是得不償失的，因此，作為供電企業，需要事先對配電網絡的自動化改造可行性進行評估，一方面是評估收益，另一方面也需要找到最佳的分段方案。

4 實例分析

本次研究選擇的城市配網具有一定的典型性，該網絡截取自某城市的配電網絡，是一個典型的輻射性子網絡，有28 個支路16 個負荷點，16 個變壓器和16 個熔斷器，設有自動開關3 處，對其自動化的升級改造進行評估，主要從可靠性和經濟效益入手，通過結果進行分析，得到的結果如下：

該配電網絡未改造前每戶年均停電0.518 次，平均每次停電持續時間1.254 小時，即每年每戶的停電總時長為0.650 小時，平均每戶每年缺電416 千瓦時，進行改造之后，用戶平均停電0.518 次，平均每次停電時間0.715 小時，平均停電時長0.370小時，年缺電227 千瓦時，由此可以看出，經過自動化改造，該城市配電網中的每戶用戶供電增加了189 千瓦時，極大的提升的可靠性，單從可靠性的角度來講，該工程是可以進行自動化改造的。

我們再從經濟性的角度對這個工程的可行性進行分析，經過分析和估計，對該工程進行自動化升級改造所需的設備和安裝費用共計35.5萬元，安裝改造前年停電損失約為每年90萬元，而對改造后的工程進行經濟性評估，可以發現，停電損失降到50 萬以下，而新的自動化配網的其他費用大概為每年40 萬元，因此，總體來講，其經濟效益也是有所增加的。

綜合考慮該工程的可靠性和經濟性，皆有一定的益處，因此，對于該工程來講，是可以進行自動化升級改造的，改造之后的配電網絡將會更加可靠，且能夠提升供電企業的實際供電收益，從用戶的角度來講，斷電的時間減少了，給生活和生產帶來的不便也就相應的減少了，供電企業將能夠獲得更多的滿意度，從社會效應的角度來看，也是具有一定的益處，綜上所述，應該對該配電網絡進行自動化改造。

隨著時代的發展和進步，城市化的進一步加劇，城市中的老舊配電網絡都將面臨進一步的升級和改造，可以說，自動化的配電網絡升級改造是必然的發展趨勢，在這樣的情況下，作為供電企業，要結合自身的利益和社會發展的需求，綜合的對配電網絡的改造可行性進行分析，權衡利弊，推動社會供電的穩定性和安全性，給更多的用戶提供便利的同時，提升自身的收益，實現雙贏。

5 結語

隨著城市化進程的不斷加劇以及老舊配電網絡的改造和更新，城市配電網絡的架設將和施工將會越來越頻繁，在城市配電網絡的管理過程中，進行自動化的改造，能夠在網絡中的某處出現故障的時候，及時的控制故障的影響范圍，并第一時間恢復未故障地區的供電，切實的提升了供電網絡的可靠性，而從供電企業的角度來講，電力資源就是其商品，一旦發生斷電，就導致了產品的‘滯銷’，影響收益，自動化的城市配電網絡，通過縮短停電的時間和范圍，控制停電損失，提升企業的收益。