（电力系统及其自动化专业论文）10kv配电网规划的供电可靠性评估和应用.pdf

1 0 l ( v 配电网规划的供电可靠性评估和应用 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i a l e c o n o m ya n dp e o p l e sl i f c q u a l i t y ； t h e r e q u i r e m e n tt ot h ee l e c t r i ce n e r g yq u a l i t yh a sb e e nm o r ea n dm o r er i g o r o u s d i s t r i b u t i o ns y s t e mi st h ed i r e c t l yc o i m e c t e dp a r to ft h ew h o l ep o w e rs y s t e mt o e u s t o m e r s s t u d yo ft h e r el i a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，w h i c hi sc o n c e m e db y p o w e ru t i l i t y 龃dc u s t o m e r s ，a tt h es 锄et i m ei sa ni m p o r t 缸tr e s e a r c hd i r e c t i o no f p o w e rs y s t e m t h ee s s e n t i a l o b j e c t i v eo ft h er e s e a r c h o nd i s t r i b u t i o ns y s t e m r e l i a b i l i t yi st op r o v i d es a f e t y r e l i a b l ee l e c t r i cp o w e rt oc u s t o m e r s 缸dg a i nt h e m a x i m u mb e n e f i tf o rs o e i e t y t h i sp a p e ri sb a s e do n t h ep o w e rn e t w o r kp l a n n i n go fl i n x i a n gc i t y a n d “t h ep o w e rn e t w o r kp l a n n i n go f y h y a n gc o u n t y ” i nt h e o r y ；b a s e do nt h er e l a t i v et h e o r i e sa n dm e t h o d o l o g i e s ，t h i sp a p e ra n a l y z e s t h es t m c t u r ea n do p e r a t i o nm o d e so f10 k vd i s t r i b u t i o np o w e rn e t w o r k ，t h ef a c t o r s w h i c ha f j f e c t st h er e l i a b i l i t yo f10 k vd i s t r i b u t i o np o w e rn e t w o r k ，t h ed a t a so ft h e r e l i a b i l i t y of10 k vd i s t r i b u t i o n p o w e rn e t w o r k t h i s p a p e r d e s c r i b e st h e c l a s s i f i c a t i o na n df i e a t u r ew h i c hi sa l b o u ti n d e xs y s t e mo ft h er e l i a b i l i t ye v a l u a t i o no f 1o k vd i s t r i b u t i o np o w e rn e t w o r k t h i sp a p e rp r o p o s e s 觚a l g o r i t h ma b o u tt h er e l i a b i l i t ye v a l u a t i o no f10 k v d i s t r i b u t i o np o w e rn e t w o r k t h ea l g o r i t h mi st h ei m p r o v e df a i l u r em o d ea n de f 佗c t a n a l y s i s ，w h i c hi sb a s e do nt h ed i v i s i o na n dt h en e t w o r ke q u i v a l e n to ft h ec o m p l e x d i s t r i b u t i o np o w e rn e t w o r k t h ec o u n to ft h ee l e m e n to ft h es i m p l i f i e dd i s t r i b u t i o n p o w e rn e t w o r kd e c l i n e ss h a 印l y ，t h e r e f o r e ，u s i n gt h i sm e t h o dm a k e st h ee v a l u a t i o n m o r ec o n v e n i e n t 锄dm o r ee m c i e n c yt h a nu s i n gt h ef a i l u r em o d e 觚de f f e c t a n a l y s i sd i r e c t l y a n dt h i sa l g o r i t h mi sv e r ya p p l i c a l b l et os e l e c tt h eb e s to n ei nt h e d i f f e r e n ta l t e m a t i v ep l a n so ft h ed i s t m u t i o np o w e rn e t w o r k t h eq u i c l 【n e s s 肌d r e a s o n a 【b l e n e s so ft h ep r e s e n t e da l g o r i t h ma r ev e r i f i e db yc o m p a r i n gt h ev a l u ea n d t h ec o u n t i n gt i m eo ft h ec a l c u l a t i o no fl i n c h e n g l i n ew i t ht h o s eo ft r i d i o n a l a l g o r i t h i n s w i t c ha l l o c a t i o ni sa n o p t i m i z a t i o np r o b l e mo fr e l i a b i l i t y t h i s p a p e f i n t e g r a t e st h ea n tc o l o n yo p t i m i z a t i o nw i t ht h ei m p r o v e df a i l u r em o d ea n de f 绝c t a n a l y s i st op l a nt h ed i s c o n n e c ts w i t c ho ft h ep r i m a r yd i s t r i b u t i o nf e e d e r so f1o k v d i s t r i b u t i o np o w e rn e t w o r k t h i sa l g o r i t h mh a sb e e na p p l i e di np l a n n i n go ft h e 硕士学位论文 d i s c o n n e c ts w i t c ho fl i n c h e n gi il i n e k e yw o r d s ： t h ep l a i u l i n go fp o w e rn e t w o r k ；10 k vd i s t r i b u t i o np o w e rn e t w o r k ； p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y ；t h ei m p r o v e df a i l u r em o d ea n de f f e c t a n a l y s i s ；t h ed i s c o n n e c ts w i t c h ；t h ea n tc 0 1 0 n yo p t i m i z a t i o n i v 1 0 k v 配电网规划的供电可靠性评估和应用 插图索引 图2 1 单回路放射式接线图9 图2 2 带备用电源的单回路放射式接线图9 图2 3 环网供电式接线图1 0 图2 4 双电源供电式接线图1 0 图2 5 停电性质分类1 l 图2 6 元件的三状态模型图1 5 图2 7 低压用户供电可靠性统计系统规划框图2 2 图3 1 串联系统框图2 5 图3 2 强迫和计划停运的状态空间图2 6 图3 3 简单配电系统结构图2 8 图3 4 简单配电系统等效结构图2 8 图3 5 配电网的典型接线方式图2 9 图3 6 子馈线等效过程图2 9 图3 7 配电网可靠性等值简化过程图3 0 图3 8 程序主流程图31 图3 9 数据导入模块流程图3 1 图3 1 0 数值计算模块流程图31 图3 1 1 临城回配电网接线图3 2 图4 1 临城i i 回配电网接线图4 2 硕士学位论文 附表索引 表2 1 湖南电网2 0 0 2 年各地级市的l o k v 用户供电可靠性指标表1 5 表2 2 城区手拉手线路规划表1 9 表2 3 城区“一户一表”改造工程规划表2 0 表3 1 临城回配电变压器现状表3 2 表3 2 元件的可靠性参数3 2 表3 3 等效节点和等效模块可靠性指标3 3 表3 4 系统可靠性指标。3 3 表3 5 两种方法计算时间的比较3 3 表4 1 元件的可靠性参数4 2 表4 2 负荷数据4 2 表4 3 算例计算结果4 3 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 谤聋日期：文夕年f 月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 黧! 黧i 鬻詈 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 配电网规划的供电可靠性评估的重要意义 电力系统的根本任务是尽可能经济且可靠地将电力供给各用户。安全、经济、 优质、可靠是对电力系统的根本要求。由于系统供电可靠性低而引起系统功能的 部分甚至全部丧失，给社会的生产和生活带来了巨大的经济和社会损失。1 9 6 5 年1 月9 日，美国东北部系统大停电，由于联络线过负荷导致系统失步、崩溃， 使事故波及美国东北部的八个州和加拿大的两个省，停电负荷2 5 0 万千瓦，持续 时间1 3 5 小时；19 9 9 年7 月和8 月在美国纽约市和大西洋沿岸中部地区多次发 生大量限电和停电事故：1 9 7 8 年1 2 月1 9 日法国系统大停电，由于负荷超过预 计值，系统低电压，使得全法国电网瓦解，停电负荷达2 9 0 万千瓦，占全国的 7 8 ，4 小时后恢复正常：1 9 7 2 年7 月2 7 日我国湖北省大停电，因继电保护误 动等原因，造成全省停电十几小时，损失巨大。电力系统可靠性研究正是因此而 从电力系统规划、设计等实践活动中提出一项具有巨大经济价值和重大社会意义 的课题。 配电网处于电力系统末端，直接与用户相连，是包括发电系统、输变电系 统和配电系统在内的整个电力系统与用户联系、向用户供应电能和分配电能的重 要环节。整个电力系统对用户的供电能力和质量都必须通过配电网来实现，如果 配电网发生故障，往往造成整个系统对用户的供电中断，直到配电系统及其设备 的故障被排除或修复、恢复到原来的完好状态，才能恢复对用户的供电。配电网 大多采用环状设计、开环呈放射式的运行结构，对单故障比较敏感，其故障发生 率较高。而且配电网建设改造工作的好坏直接影响到国民经济的发展和人民物质 文化生活水平的提高和改善。所以，规划合理的供电可靠性水平，以确保向用户 提供安全、经济、可靠、优质的电能，是搞好城网改造的关键【l 】。 随着城市经济的快速发展和城网改造工作的开展，迫切要求对配电网进行 科学、合理的规划。电力企业管理工作的进一步深化及电力法的实施和电力 服务承诺制的展开，供电可靠性在生产管理工作中所占的位置也越来越重要。据 一些供电企业统计：大约8 0 的用户故障源于配电网【2 】。因此，可靠性计算和分 析实际上已经成为当今配电网规划决策的项重要工作。 1 2 可靠性概述 可靠性是关于用概率数学来精确地推导工程系统性能的量度的一门学科。可 l o k v 配电网规划的供电可靠性评估和应用 靠性是指部件、元件、系统在规定的环境下、规定的时间内、规定的条件下无故 障地完成其规定功能的概率。在电力系统中，可靠性定义为电力系统把生产的电 力供给到主要配电点上去的保证的程度。由于研究的内容不一样，可靠性分为： ( 1 ) 静态可靠性：由系统元件所引起的系统故障，仅研究一次性故障发生的 部分，不考虑此故障影响而形成多次故障所及的其他部分，也不考虑系统动态特 性，即数秒以内的暂态现象。 ( 2 ) 动态可靠性：即一次性故障向周围波及，达到系统中健全部分，从而导 致多次性的故障，此时要考虑形成系统破坏的二重及三重事故，即一系列事故发 展的预想。 这是两种特性根本不同的问题，属于不同的学科分支，前者简称可靠性，后 者称为安全性。配电网供电可靠性研究属于前者。 可靠性研究的内容主要有可靠性分析、可靠性工程和可靠性管理等。 可靠性分析，它是用网络模拟法、网络分析法、故障树法状态空间法、和 故障模式与后果分析法( f m e a ) 法等各种方法，根据系统组成元件的可靠性来分 析系统的可靠性。 可靠性工程主要包括可靠性分配、可靠性预测、可靠性优化等。 可靠性分配是指根据系统与元件之间的可靠性功能关系，将系统可靠性指标 在元件之间合理分配，也就是按系统到子系统到元件，自上而下地落实可靠性指 标。 可靠性预测是指在设计阶段，按元件到子系统到系统，自下而上的估算可靠 性指标，从而找出其薄弱环节。 可靠性优化是指运用最佳备用设计、故障诊断技术和最佳预防措施来解决系 统实际、制造和运行中的优化问题。 可靠性管理，包括全面的安全管理和质量管理，即包括系统的规划、设计、 安装、运行和维护中可靠性指标的管理，故障数据的收集、分析和反馈，可靠性 组织的建立，可靠性教育研究的发展等。它是科学、技术与艺术三方面结合的产 物。 配电网供电可靠性研究的主要内容： ( 1 ) 定义配电网供电可靠性指标； ( 2 ) 配电网供电可靠性指标的统计、分析与评价，以及应用其统计分析的结 果，对现行系统和设备从设计到制造、安装、调试、运行、检修和维护等整个生 产全过程的指导作用； ( 3 ) 配电网供电可靠性预测及其对配电系统规划、新建、扩建及改造的指导 作用； ( 4 ) 实现配电网供电可靠性分析、预测的指导作用而采取的各种有效措施、 2 硕士学位论文 对策及其效果； ( 5 ) 配电网供电可靠性与经济性的协调及电力系统可靠性经济学在配电系统 可靠性中的应用等。 1 3 国内外配电网供电可靠性评估的研究 1 3 1 国外配电网供电可靠性评估的发展概况 国外对于配电系统供电可靠性评估的研究起步较早，且其早期研究以统计分 析为主。加拿大早在上个世纪五十年代就开始研究供电的连续性和可靠性问题， 并于1 9 5 9 年成立了专门的供电连续性委员会，规定了评价供电充裕度的若干实 际指标。如今，供电可靠性评估已成为许多国家配电系统规划决策中的一项常规 性工作，美国、英国、加拿大、法国、日本及俄罗斯都成立了专门的研究机构， 负责配电系统供电可靠性评估原始数据的收集和整理工作，并且建立了完善的配 电系统供电可靠性评估的指标体系。在配电系统供电可靠性评估模型和算法上也 取得了重要的研究成果【3 0 l ，并已将评估结果用于配电网规划等方面，从而大大 的提高了配电系统的安全性能和经济效益。 加拿大在二十世纪五十年代开始研究配电网供电可靠性的问题，1 9 5 9 年， 加拿大电气协会中的配电部门成立了供电连续性委员会，规定了用户停电小时、 停电千伏安时、停电连续时间和平均停运频率等度量配电网充裕度的实际指标， 并于1 9 6 2 年建立了由加拿大电气协会全年供电连续性调查的人员和配电网可靠 性技术委员会的成员共同组成的全国性报告系统。加拿大配电网供电可靠性研究 既强调对历史状况的统计分析，又重视对未来情况的评估，它还对不同等级的配 电线路规定了不同的供电可靠性标准，对不同等级的用户规定了不同的供电连续 性允许水平。加拿大已经建立了一套行之有效的配电网可靠性评估的技术、费用 和效益的计算方法，目前已在国际上被广泛采用。 英国在二十世纪六十年代就开始了配电网可靠性方面的管理工作，英国电力 委员会于1 9 6 4 年制定了国家标准事故和停电报表，英国电力委员会于1 9 7 5 年又颁布了全国设备缺陷报表，开始全面展开配电网可靠性统计管理工作。 英国在研究配电网供电可靠性方面，建立配电网供电可靠性管理的文件和统计指 标都比较齐全，既有事故和停电的统计报表，也有设备缺陷统计表及供电安全的 导则。 日本及其它欧美国家的可靠性统计分析方面的工作也大都是在二十世纪七 十年代开始走上正轨的，但日本配电网可靠性与欧美的又有所不同，它的配电网 可靠性指标及计算方法，既有全国性的统一指标，又有地区性的指标，而对配电 网供电可靠性的评估方法，日本采用了以“裕度”概念为基础的方法。 3 l o k v 配电网规划的供电可靠性评估和应用 1 3 2 我国配电网供电可靠性评估的发展概况 国内对配电系统供电可靠性的研究始于上世纪八十年代初期，与发电和输电 系统的供电可靠性研究相比，配电系统供电可靠性研究的起步较晚。我国电力试 验研究所根据水力电力部的安排，结合我国的国情和实际生产管理的经验，在 1 9 8 3 年制定了一整套可靠性指标的配电系统供电可靠性统计评价办法，并在 昆明地区1 0 k v 系统中建立了试点。与此同时，山东、上海等省市也开始在局部 地区开展配电网供电可靠性的统计工作。随后电力试验研究所在1 9 8 5 年4 月正 式颁布了配电系统供电可靠性统计评价办法。1 9 8 9 年能源部电力可靠性管理 中心对原有办法作了部分修改后，更名为供电系统用户供电可靠性统计办法， 以后又经过多次修订，我国的配电网供电可靠性的管理工作由此全面展开。但是， 由于缺乏必要的统计数据和行之有效的分析方法，发展还是较为缓慢。近年来， 随着我国国民经济的飞速发展，城市用电负荷迅速增长，供需矛盾也日益突出， 供电可靠性在生产管理工作中所占的位置也越来越重要。为使有限的资源能取得 最大的收益，迫切需要对配电系统进行科学合理的规划，从而促进了配电系统供 电可靠性评估的发展。目前对于配电网供电可靠性的研究已经成为电力领域中的 研究热点，课题主要集中在供电可靠性评估指标以及模型和算法方面。随着电力 市场理论的引入，配电系统供电可靠性与经济性协调一致的问题也被提到了研究 的前沿。我国已经有组织、有计划地开展了配电网供电可靠性的研究工作，制定 了配电网供电可靠性的统计方法，开发了配电网供电可靠性统计软件，建立了有 效的配电网供电可靠性数据信息库和可靠性管理体系。 总的来说，我国配电网供电可靠性研究的开展比较晚，但这样也有利于充分 借鉴国外配电网供电可靠性方面的研究成果，并结合我国的实际情况，形成了一 套适合国情的配电网供电可靠性研究之路。 1 3 3 配电网供电可靠性评估的方法概述 目前国内外求取配电网可靠性指标的算法主要有模拟法和解析法【6 】两大类。 模拟法是将系统中的每个元件的概率参数在计算机上用相应的随机数表示， 按照对此模拟过程进行若干时间的观察，估算所要求的指标，但是为了获得较高 的计算精度而花费时间很多，且模拟法也不便于进行有针对性的分析。模拟法的 代表方法主要是蒙特卡罗法【7 卅3 1 ，蒙特卡罗模拟法的主要研究思想是首先建立设 备和系统的概率模型，使它们的参数等于问题的解，然后通过对模型的抽样实验 来计算所求参数的统计特征，最后给出所求解的近似值。该方法的特点在于十分 灵活，不受系统规模的限制，而且能给出可靠性指标的概率分布，但是其耗时多 且精度不高。 解析法是根据电力系统元件的随机参数，建立系统的供电可靠性数学模型， 4 硕士学位论文 通过数值计算方法获得系统供电可靠性的各项指标。由于解析法采用的是严格的 数学手段，计算结果可信度高。网络法是一种常见的解析法，是配电网可靠性分 析中最常见的方法，本文采用网络解析法对配电网进行可靠性评估。 当前，配电网可靠性评估的网络解析法很多。常见的有故障模式与后果分析 法( f a i l u r e m o d e a n d e f f c c t a n a l y s i s ) 【14 1 、网络等值法【1 5 17 1 、最小路法【1 8 19 1 、故 障遍历法【2 0 1 、裕度法等。 ( 1 ) 故障模式与后果分析法( f m e a ) 该方法是配电网供电可靠性评估的传统方法，通过对系统中各元件状态的搜 索，列出全部可能的系统状态，然后根据所规定的供电可靠性判据对系统的所有 状态进行检验分析，找出系统的故障模式集合，最后在此状态集合的基础上，求 得系统的供电可靠性指标。f m e a 法原理简单、清晰，模型准确，由于它的计算 量随元件数的增长而呈指数增长，当配电网络结构比较复杂、元件数及操作方式 增多时，该方法将面临难以克服的“计算灾”，因而直接使用f m e a 法将变得十 分的困难。 ( 2 ) 网络等值法 实际的配电网往往由主馈线和副馈线构成，对于这种结构复杂的配电网，利 用可靠性等值的方法将其等值为简单的辐射式配电网，从而简化计算。其基本思 路是利用一个等效元件来替代一部分配电网络，将复杂结构的配电系统逐步简化 为简单辐射式主馈线系统，从而避免直接描述网络元件之间的复杂关系，该方法 较f m e a 法计算效率有了很大的提高，但是对于由主馈线和副馈线组成的复杂 的配电系统网络，网络等值法虽然能准确地计算，但它也对不太需关注的负荷点 指标也做了大量计算，耗费不必要的时间，而且随着简化次数的增加，不可靠的 部分对系统的影响将变得越来越难以鉴别。 ( 3 ) 最小路法 该方法是基于最小路原理的快速评估方法。过对配网中每个负荷点求取最小 路，并将非最小路上元件故障对负荷点供电可靠性的影响，根据网络的实际情况 折算到对应最小路的节点上，从而对于每个负荷点而言，仅对其最小路上的元件 与节点进行计算即可得到负荷点相应的供电可靠性指标。算法考虑了分支线保 护、分段开关的影响，并且能够处理有无备用电源的情况。但若遇系统比较复杂， 最小路上的求取需花费大量时间，而且当最小路与非最小路上次线路发生故障 时，这种折算将会变得非常困难。 ( 4 ) 故障遍历法 该方法是基于故障枚举的思想，并利用遍历技术而发展成的一种评估方法。 该方法能有效考虑系统容量的约束，但是仍然存在计算冗余繁琐的缺陷。 1 0 k v 配电网规划的供电可靠性评估和应用 ( 5 ) 裕度法 裕度法是日本目前广泛使用的一种配电网供电可靠性评估方法。首先对实际 配电网的网络结构模型进行分析，将系统划分为“多分割多联络”的标准结构，求 出馈线的裕度、运行率和联络率等参数，然后以馈线为单位，利用供电可靠性计 算公式，计算出系统和负荷点的供电可靠性指标。该方法可以考虑多种因素的影 响，适用于地区性和大规模系统的供电可靠性评估，但它存在通用性比较差、计 算复杂等缺点。 1 4 本文的主要研究工作 1 4 1 课题的研究意义 近年来，随着我国经济持续快速的发展，我国城市化进程正逐步加快，随之 而来的是各地对城市总体发展规划的高度重视，各地纷纷进行城市的重新规划或 扩展规划。因此，如何进行与之配套的配电网规划也得到了全国各级城市规划部 门和电力部门的高度重视。 配电网规划是城市电力建设的前提。用户对电能不断增长的需求，只有通过 加强电力系统本身的建设来满足，因此做好电力工程建设的前期工作、协调建设 进度，意义重大。配电网规划是电力工程建设前期工作的重要组成部分，科学合 理地进行配电网规划是实现未来配电网安全性与经济性的先决条件，可以给国家 建设和发展带来巨大的经济和社会效益。 供电可靠性评估是配电网规划的重要组成部分。供电可靠性指标作为创建一 流电力企业指标体系的重要组成部分，集中体现了电网水平、技术水平、管理和 服务水平，并已成为电网发展和用户服务的重要评价指标。在电力市场发达国家， 供电可靠性已成为用户选择供电对象、竟价上网及政府审批电价的主要参考因 素。配电网供电可靠性评估研究，不但非常重要和必要，而且有着广阔的前景。 通过进行供电可靠性评估，可以寻找配电网络的薄弱环节，为网络结构的改善提 供更为有效的依据；可以为规划配电网络进行评价或优选，以选择适合本小区的 网络结构；可以提出现有运行网络的改造或改进方案，以提高系统的供电可靠性， 减少停电损失；可以得到系统进行提高可靠性措施的价值和效益，从而为增强性 措施提供充分且合理的决策依据。供电可靠性评估是检测配电网规划经济性和安 全性的重要手段，是配电网规划最重要的功能模块之一。 1 4 2 本文完成的主要工作 论文的研究工作源于岳阳地区临湘市电力局、岳阳县电力局与湖大华龙电气 与信息技术有限公司的合作项目临湘市电网规划和岳阳县电网规划。本 文致力于对含多分支线路复杂配电网的供电可靠性进行研究，建立了供电可靠性 6 硕士学位论文 评估的模型和算法基于分块等值改进的f m e a 法。在此基础上对1 0 k v 配 电网的可靠性又做了深入细致的分析，评估配电网各项供电可靠性指标，并将其 应用到配电网主馈线分段开关的规划中。综上所述，在本次论文中，所做的主要 工作如下： ( 1 ) 对1 0 k v 配电网特性进行了分析 细致深入地分析和研究了现有1 0 k v 配电网的典型结构和运行方式，总结了 配电网的特点。通过分析可靠性原始参数的数据来源，制定了搜集和整理可靠性 原始参数的原则，根据实际需要确定了可靠性评估的原始参数指标，并分析了提 高供电可靠性原始参数的措施与途径。并对临湘电力局城区配电网供电可靠性现 状进行了分析，找出其主要问题所在，并列举了提高供电可靠性的相应措施。 ( 2 ) 提出了一种基于分块等值改进的f m e a 法 对配电网进行模块划分，并按简单配电网进行分析，然后进行可靠性评估， 并归纳出负荷节点可靠性指标的求取公式：对于副馈线中又含有子馈线的复杂配 电网，利用网络等值原理逐步向上等值为简单配电网并划分模块，进而运用简单 配电网的评估方法求取负荷节点可靠性指标和系统可靠性指标。 这样就避免了分别对系统中的每一元件进行枚举，从而节省评估时间，较大 地提高了计算效率。并将该方法在临湘电网规划中进行了应用，文中以临城回 配电系统为例，进行了分析。 ( 3 ) 将供电可靠性评估应用于配电网主馈线分段开关规划中 在原有网架与开关的基础上，来确定分段开关最佳新增数量和安装位置为目 的。建立的目标函数综合考虑了年分段开关投资费用、年运行维护费用和年停电 损失费用；考虑投资约束对辖区指数区间加以修正，计算需新增的分段开关数量； 以期望供缺电量作为评价函数，用蚁群算法来对已知数量分段开关配置进行优 化。并将该方法在临湘电网规划中进行了应用，文中以临城回配电系统为例， 进行了分析。 7 l o k v 配电网规划的供电可靠性评估和应用 2 1 引言 第2 章1 0 k v 配电网供电可靠性分析 配电网是处于电力系统末端，把发电系统或输变电系统与用户设备连接起 来，向用户分配电能和供给电能的重要环节。城市配电网，是指经降压变电站起， 根据电力用户需求将配置好的各电压等级的电能，经过电网送至用户的系统部 分。这部分的整个系统对用户连续供电的能力被称为供电系统的可靠性( 即衡量 供电系统对用户持续供电的能力) ，定义为：在统计期间内，对用户有效供电时 间总小时数与统计期间日历小时数的比值。由于供电系统可靠性是作为考核供电 企业“安全生产文明双达标、创一流”的必备条件，因此，如何预见城市配电网常 见的故障，分析其原因，减少用户的停电时间来提高供电可靠性，将越来越受到 电力企业和电力客户的重视。 2 21o k v 配电网的接线模式 2 2 11 0 k v 配电网的结构和运行特点 单一的1 0 k v 电压供电的配电网络，是目前我国大多数中、小城市的配电网 络，即在城市市区边缘建立具有1 l 们0 k v 三绕组变压器的1 1 0 k v 变电站，或 具有3 们0 k v 双绕组变压器的3 5 k v 变电站，由1 0 k v 电压对市区的开关站、配 电室或者柱上式变压器送电，然后由1 0 k v 或2 2 0 v ( 3 8 0 v ) 电压对用户供电。 1 0 k v 配电网对用户供电的方式主要有以下几种情况【2 1 】： ( 1 ) 由市区周围或进入市区的变电站，通过l o k v 配电室、开关站或单台公用 配电变压器，以1 0 k v 或2 2 0 v ( 3 8 0 v ) 电压对用户供电的方式。 ( 2 ) 由市区周围或进入市区的变电站，以l o k v 电压的单回线路直接向用户供 电的直馈线路方式。 ( 3 ) 由线路两端分别连接在不同的变电站或同一变电站不同的电源变压器 上，对用户供电的单回线路双电源的供电方式。由环形回路向用户供电、开环运 行的方式。 ( 4 ) 由同一电压等级的双回线路向用户供电，但在正常情况下，一回线路运 行、一回线路备用的方式。在此情况下，又有带自动装置、正常时备用回路带电 的热备用方式，和不带自动投入装置、正常时备用回路不带电的由人工进行倒闸 操作的冷备用方式。 ( 5 ) 主馈线以分段开关或断路器分段操作，各分段又分别向不同用户供电， 8 硕士学位论文 故障时可以分阶段进行处理的方式。 ( 6 ) 主馈线以分段开关或断路器分段操作，各分段又以联络开关与其他相邻 回路相连，故障时负荷可以通过倒闸操作，由相邻回路供电的多联络的网形供电 方式。 2 2 21 0 k v 配电网的典型接线模式及其供电可靠性 我国1 0 k v 配电网接线方式主要有单回路放射式、带备用电源的单回路放射 式、环网供电式和双电源供电式四种典型的接线模式【2 2 1 。 单回路放射式：单回路放射对用户供电方式是配电网最基本的接线方式， 该方式的结构特征是从电源点开始，所有的元件都是串联。在元件可用率确定的 条件下，系统串联的元件越多，失效的概率就越大，系统可用率就越低。因此这 种接线的供电可靠性差，接线图见图2 1 。 负 电 源i 荷 a 图2 1 单回路放射式接线图 带备用电源的单回路放射式：这种接线模式是在单回路放射式的基础上， 为了提高供电可靠性而发展起来的。备用电源通过联络开关与主馈线相连，当发 生故障时，通过闭合联络开关来恢复对非故障线路的供电。这种接线模式，无论 备用电源投入为手动操作或者自动投入，其负荷点的故障率均与单回路放射式接 线模式相同，但负荷点的每次故障平均停电持续时间及平均停电时间将会缩短， 其缩短的时间取决于备用电源倒闸操作时间。接线图见图2 2 。 负 电 j 幕1 荷 a 图2 2 带备用电源的单回路放射式接线图 环网供电式：环网供电模式可以开环运行，也可以闭环运行。这种接线模 式供电可靠性较高，线路故障或检修时，可以切换电源。在环网供电的配电网中 负荷的可用率最靠近电源者最高，远离电源者依次降低，位于两电源中心的负荷 9 孳 一 1 0 k v 配电网规划的供电可靠性评估和应用 可用率最低，此外环网接线模式与双电源接线模式的可靠性几乎相近，而投资相 对较少，因此这种环网接线模式是一种较好的接线模式。接线图见图2 3 。 dc 图2 3 环网供电式接线图 双电源供电式：双电源供电式为并联结构，每个负荷可以同时从两个电源 处获取电源，当一回电源失效时，另一回电源可以向负荷继续供电，这种接线模 式的供电可靠性很高，但带来的投资也很高，接线图见图2 4 。 电源1电源2 开 负 荷 a 负 荷 b 图2 4 双电源供电式接线图 2 3 影响配电网供电可靠性的因素及原因分析 负 荷 c 负 荷 d 2 3 1 供电中断的分类 导致用户供电中断( 停电) 可以归纳为故障停电和预先安排停电两种情况。详 见图2 5 。 ( 1 ) 故障停电是指供电系统无论何种原因未能按规定程序向调度部门提出申 请，并在按供电合同要求的时间前得到批准且通知用户的停电。故障停电又可分 l o 硕士学位论文 为内部故障停电和外部故障停电，内部故障停电是指属于本供电企业管辖范围以 内的电网故障引起的停电，外部故障停电是指属于本供电企业管辖范围以外的电 网等故障引起的停电。 ( 2 ) 预先安排停电可分为计划停电、临时停电和限电三种情况，计划停电是 有正式计划安排的停电，如施工停电、检修停电和用户申请停电：临时停电是事 先无正式计划安排，但在供电合同要求的时间前按规定程序经过批准并通知主要 用户的停电，如临时施工停电、临时检修停电和临时用户申请停电；限电是在电 力系统计划的运行方式下，根据电力的供求关系，对于求大于供的部分进行电力 限量供应，主要有系统电源不足限电和供电网限电两种形式，系统电源不足限电 是指由于电力系统电源容量不足，由调度命令对用户以拉闸或不拉闸的方式限 电，供电网限电是指由于供电系统自身设备容量不足，或供电系统异常，不能完 成预定的计划供电而对用户的拉闸或不拉闸的方式限电。 f 故障停电 ：茎：耋 停电- 预安排停电 r 检修停电 计划停电j施工停电 i 用户申请停电 =临时检修停电 临时停电1 临时施工停电 l 用户临时申请停电 r 系统电源不足限电 限电1 l 供电网限电 图2 5 停电性质分类 2 3 2 影响供电可靠性的内部因素 ( 1 ) 线路方面【2 3 】 线路非全相运行。其原因往往是线路某相严重过负荷，而使跌落熔断器一 相熔断；或者是三相开关中的一相没有合好或合不上；或者是线路断线及接点氧 化接触不良等造成的缺相运行。 瓷瓶闪络放电。1 0 k v 配电线路上的瓷瓶、避雷器、跌落保险的瓷体，常 年暴露在空气中，表面和瓷裙内积污秽，或者是制造质量不良，瓷体产生裂纹， 因而降低了瓷瓶的绝缘强度，当阴雨受潮后，即产生闪络放电，严重时使瓷瓶击 穿，造成接地故障。 断线。由于气候变化或施工不当，使导线驰度过紧而拉断导线，外力破坏 造成相间短路而烧断导线或线路长期过负荷，接点接触不良等。 倒杆。由于线路断线或拉线断，而使直线杆倾斜；或者由于外力破坏( 如 建筑施工向下扔杂物损坏电杆) ；或者由于暴风雨、洪水等自然灾害及平时缺乏 1 0 k v 配电网规划的供电可靠性评估和应用 维护，而使电杆根部土壤严重流失或强度不够而造成倒杆。 短路。如车撞电杆、铁丝或树枝等外物横落在导线上，造成两相或三相导 线，不经负荷而直接碰撞接触，造成混线短接。 树害。树木生长超过了与导线的安全距离，由于不及时砍伐而使树枝触碰 导线，造成线路接地故障，或者树枝断落在导线上，造成线路短路跳闸。 接地。一相导线断落在大地上，或搭落在电杆上，或因导线与树枝相碰， 通过树木接地，瓷瓶绝缘击穿而接地等。 跌落熔断器故障。由于负荷电流大或接触不良，而烧毁接点；或制造质量 有问题，操作人员用力过猛而造成跌落熔断器瓷体折断；或由于拉合操作不当而 造成相间弧光短路，或丝管调节不当自动脱落产生缺相。 柱上油开关故障。油开关分合闸时，由于操作机构或动、静触头故障合不 上闸或分不开闸，造成拒合、拒分。 ( 2 ) 变电方面 配电变压器常见故障主要有铁芯局部短路或烧毁，绝缘损坏；套管对地击 穿或放电；分接开关触头灼伤或有放电；线圈间短路、断线，对地击穿。 开闭所和配电室部分主要故障设施是电缆进、出线，大都发生在电缆中间 接头及电缆端头短路等故障。 户内1 0 k v 少油或真空断路器故障主要有开断关合类故障，如不能可靠开 断、关合、三相不同期等：载流能力差，通过负荷电流及短时故障电流发热，熔 焊，操作机械性能差，如分合闸失灵，或拒分拒合；绝缘性能差，在耐受最高工 作电压及短时过电压时发生闪络或击穿等。 电流互感器故障有二次开路，如引线接头松、端子坏等；过热绝缘老化、 腐蚀而造成电晕放电或局部放电；受潮绝缘下降而击穿。 电压互感器故障有铁磁谐振、受潮短路、绝缘劣化、局部放电或击穿。 ( 3 ) 网架结构的影响 由于历史的原因，我国许多地方配电网的网络结构不合理，一些电网结构满 足不了安全标准，即在受端系统内发生任何严重单一故障时，不能可靠、快速地 切除故障，保持系统稳定；当突然失去任一元件( 线路或变压器) 时，其他元件超 过事故过负荷规定，从而影响了电力负荷转移、转供的能力；线路间互联能力差 等。当配电系统大修、改造、预试、保护以及校调时会引起长时间、大面积的对 用户停电，对供电可靠性造成很大的影响。 因此对配网架的要求是在受端系统内发生任何严重单一故障时应能可靠、快 速地切除，保持系统稳定。要真正稳步大幅度地提高供电可靠性，重点应对网络 结构进行改造，增加电源点和分段开关，提高线路的绝缘水平，减少线路故障率， 实现城区配电线路的环网。城网配电系统应考虑环网供电，用户至少有两个电源 1 2 硕士学位论文 供电。对停电后影响安全或损失重大的用户，要求用户建设两个电源。虽然目前 经过正在进行的城网改造工作，情况有所好转，但由于历史上欠债太多、资金不 足等原因，要在短时间内改变目前的状况是不现实的。只有在现有电网的基础上， 一方面加快进行城网改造工作，另一方面采取一些切实可行的技术措施来降低跳 闸率，防止过电压事故的扩大，从而提高配电网的运行安全性。 ( 4 ) 电源的供电能力 即变电站根据需要，持续、不间断地提供电力、电量的能力。这一影响因素 不是某一局部单位所能解决的，需要相关部门根据负荷增长的需要、资金等因素 进行统筹规划。 2 3 3 影晌供电可靠性的外部因素 ( 1 ) 气候因素 首先，气候条件会影响到配电网的供电可靠性。配电网都是处在不同的气候 条件下运行的，其元件的故障率受外界气候条件的影响比较大。统计结果表明， 随着所处气候条件的变化，配电网元件的故障率在大多数情况下也会发生变化。 在某些气候条件下，元件的故障率可能比在最有利的气候条件下的故障率大许多 倍。而且在恶劣的气候条件下，系统发生多阶故障的概率远比有利气候条件下的 概率要大得多。 气候因素中对配电网供电可靠性影响最大的是雷害事故，其次是大风、雨雪 天气。统计结果表明：雷害导致的故障原因主要有绝缘子和针瓶闪烙、避雷器爆 炸以及开关损坏等。大风、雨雪天气导致的故障原因主要有线路舞动导致相间短 路、线路被异物缠绕或杂物因被吹到开关上导致短路故障等。 ( 2 ) 作业停运 这是一个不可避免的影响因素，但是通过管理工作的科学化，可以减少这方 面对配电网供电可靠性的影响。作业停运是指配电线路因检修、试验或施工造成 的停运。施工停运则与线路供电区域发展情况有关，发展中区域线路施工停运率 高，发展接近饱和区域，线路施工停运率低。作业停运时间和作业复杂程度则与 施工技术水平有关。 制定合理的检修计划可以充分利用设备，提高配电网供电可靠性。施工前应 做好各项准备工作，对工作量大或停电面积大的检修、施工项目，应减少停电时 间，必要时采用临时供电方案。每次计划检修或施工应做好对停电时间的控制工 作，检修人员应提前到达现场，并做好开工前的各项准备工作，在现场等候停