供电系统用户供电可靠性管理办法及实用技术_图文

1、供电系统用户供电可靠性管理办法及实用技术(草稿二零零七年九月目录第一章前言 (4第二章国内外供电系统可靠性管理情况 (9§2.1国外供电系统用户供电可靠性管理及发展趋势简介 (9§2.2我国供电系统用户供电可靠性管理工作的发展与现状 (33§2.3我国“低压用户”供电可靠性统计评价方法探索 (40第三章供电系统用户供电可靠性基础知识 (48§3.1可靠性数学基础知识 (48§3.2供电系统用户供电可靠性基本概念 (66§3.3设备可靠性分析方法 (68§3.4系统可靠性分析方法 (74§3.5供电系统用户供电可靠性

2、评价准则 (91第四章供电系统用户供电可靠性统计评价 (96§4.1用户供电可靠性统计的基本要求 (96§4.2用户供电可靠性统计工作中常用的名词术语 (97§4.3供电系统用户供电可靠性统计评价指标体系 (101§4.4输变电设施可靠性统计评价 (106§4.5城市中压用户供电可靠性诊断分析 (111第五章供电系统用户供电可靠性实用技术及管理办法 (121§5.1健全可靠性管理制度 (121§5.2加强“坚强电网”的建设和运行管理 (134§5.3带电作业与用户不停电作业 (146§5.4反外力损(破坏

3、 (156§5.5配电自动化技术的应用 (159§5.6设备状态检修技术 (168§5.8输配电生产管理系统在可靠性管理上的应用 (183§5.9基于设备全寿命周期成本管理的可靠性管理模式 (191§5.10精益生产管理方式对提高用户供电可靠性的作用 (199第六章供电系统用户供电可靠性预测评估 (203§6.1供电系统用户供电可靠性预测评估的意义 (203§6.2供电系统可靠性预测评估指标体系 (204§6.3供电系统用户供电可靠性预测评估方法 (210§6.4设备可靠性对系统供电可靠性的灵敏度分析 (

4、235§6.5信息管理系统在可靠性预测评估中的作用 (237第七章提高供电系统用户供电可靠性的成本-效益分析 (239§7.1可靠性成本-效益分析的意义 (239§7.2可靠性成本/效益分析的理论基础 (240§7.3可靠性成本计算方法 (244§7.4可靠性效益计算方法 (247§7.5供电可靠性成本-效益分析的实用化计算方法 (253第一章前言电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能能力的度量。保证可靠地持续供电是电力系统的首要任务。电力工业作为国民经济的基础产业和服务性极强的公用事业

5、,必须以满足国民经济的发展和日益增长的社会用电需求为目标。提高电力系统可靠性水平是全社会共同的需要,是落实电力工业科学发展观,实现电力工业持续、快速、健康发展和构建和谐社会的需要。供电系统一旦发生故障,不仅造成巨大的经济损失,影响人民正常的生活,还会危及公共安全,造成严重的社会影响。上世纪90年代以来国内外发生的多起停电事故给我们不断敲响警钟,警示着我们始终要把保障电力系统安全可靠性运行作为头等大事。1996年1月19日,北京电网因首都钢铁公司一辆吊车违章作业造成北京第二热电厂发电机组停机,造成北京西部地区7个110kV变电所、10个35kV变电所全部停电,停电负荷总计近400MW,一些重要用

6、户停电和停止供热,并使国家部分重要政治活动受到影响; 1999年4月28日,华北电网因一座220kV变电站母联开关内部故障,母差保护动作,造成河北电网与华北电网发生系统解列,损失负荷约180MW;2003年8月14日,北美东北部、中西部和加拿大东部联合电网因一条345kV线路跳闸引发大停电事故,造成美加损失负荷61.81GW,停电8州2省5000万用户,停电面积24000平方公里,损失300亿美元,美国某些地区停电达4天,加拿大安大略省部分地区最长停电时间达一周多;2003年8月28日,伦敦电网因一个275kV供电系统故障,造成伦敦大停电事故,停电负荷724MW,41万用户受到影响,50万乘客

7、被困,最长停电1小时;2003年9月1日,马来西亚发生大停电事故,北方5个州停电,停电持续时间4小时;2003年9月23日,瑞典南部和丹麦东部地区电网由于一所变电站隔离开关机械故障进而导致双母线故障,造成了大停电事故,停电损失负荷1800MW,500万用户受到影响,停电6.5小时;2003年9月28日,意大利国家电网由于15条380kV和220kV国际互连线路重载,造成严重的全国大停电事故,受停电影响人口达5800万,停电8小时。2004年7月12日,希腊雅典电网由于气温不断升高,居民使用空调的时间大幅度延长,使雅典整个城区的供电系统处于超负荷运行状态,在这种情况下正在超负荷运行的供电系统内部

8、电流出现异常波动,从而导致3座发电站停机,继而引发一系列连锁反应,使雅典城区近四分之三的地区断电,受停电影响人口达500万,停电20分钟;2005年5月12日,河南电网因按计划进行一项110kV旁代操作时发生刀闸引流线夹断裂,保护装置失去直流电源,造成3个220kV变电站停电、6个110kV变电站失压以及装机容量为405MW的电厂停电的重大停电事故;2005年5月25日,莫斯科电网因一所变电站设备老化引起火灾和爆炸,进而引发大停电事故,造成莫斯科地区损失负荷2600MW,受停电影响人口达200万,2万人滞留于地铁隧道达4小时,估计损失达到17亿卢布;2006年5月16日,北京丰台区供电系统由于

9、电缆外力事故,造成该区一个开闭站停电,4000多户居民停电; 2006年7月1日,河南电网大停电事故,共损失用电负荷276.5万千瓦,郑州、三门峡、洛阳、济源、开封等地区受到停电影响;2006年8月14日,东京和千叶县等地电网由于施工机械不慎割断高压电缆,引发大停电事故,使100多万用户受到停电影响,停电达2个多小时;2007年7月11日,德国南部城市杜尔塞多夫电网由于一条高压线发生故障,进而引发大停电事故,10多万用户受到影响,并给城市交通和治安带来严重的影响;2007年7月23日西班牙巴塞罗那城市因一座变电站电缆坠落引发六座变电站连锁反应,结果发生大面积停电事故,市内70%信号灯熄灭,铁路

10、停运,有一万多户居民断电3天。对于上述的停电事故,固然有一部分是自然原因造成的,但也存在着管理、设备质量,以及网架结构等方面问题,需要采取有效措施,通过各种途径提高对用户的供电可靠性,避免停电损失。实行电力可靠性管理是提高电力系统可靠性水平、保证电力系统安全稳定运行的行之有效的管理模式,是进一步加强电力企业管理、增强企业核心竞争力的内在需要,同时也是提升企业在电力市场中服务水平的需要,将为电力企业效益最大化提供坚实的基础。供电系统是联系电源与用户、向用户供应与分配电能的重要环节,供电系统用户供电可靠性管理是电力可靠性管理的重要组成部分。供电系统可靠性水平不仅与系统结构和运行条件有关,而且与管理

11、水平有关。当供电系统的拓扑结构与运行条件确定后,供电系统的可靠性水平就与可靠性管理的实施息息相关。因此,加强供电系统用户供电可靠性管理首先是提高电力系统自身运行与管理水平的要。供电系统的可靠性管理水平是整个电力系统在电源建设、电网结构、供电能力、电能质量和运行管理等诸多方面问题的集中反映,是保证电力系统供电质量、提高电网自身现代化水平的重要方面。通过加强供电系统用户供电可靠性管理,深入分析用户供电可靠性信息,对供电过程进行科学的、量化的评价,可以揭示影响用户电力供应和电能质量链条上任何一个环节存在的问题,预警供电安全,有效掌握设备与电网的健康状况和安全水平,为及时消除设备隐患、保证安全可靠供电

12、提出改进措施提供科学决策依据。加强与深化供电系统用户供电可靠性管理工作对保证电力系统可靠供电、促进与改善电力企业生产技术和管理水平、提高经济效益和社会效益以及指导电网建设和改造有着十分重要的意义。此外,供电系统用户供电可靠性管理也是电力监管的一项重要内容。随着我国电力监管体制逐步完善,电力可靠性指标将成为政府监管电网企业的重要质量指标之一。通过加强电力可靠性监管,可以达到保障电力系统安全稳定运行的目的。国外电力市场化的国家,已经将城市用户供电可靠性和输电网系统可靠性作为政府监管重要内容,例如澳大利亚洲政府把输电线路可用率、变压器可用率、无功补偿装置可用率、平均停电恢复时间(分钟等都纳入到政府的

13、监管指标里面,新加坡也是如此。因此,要充分认识可靠性管理工作的重要性,高度重视可靠性管理工作。通过科学管理方法和先进技术手段来指导电力的可靠供应,这也是供电系统用户供电可靠性管理进一步深化的方向和目标。按照电力可靠性管理的基本任务,供电系统用户供电可靠性管理的主要内容包括:1制订供电系统用户供电可靠性评价准则和评价规程;2根据评价准则和评价规程中规定的统计办法与评价指标,采集、整理、审核、存储、报送可靠性数据和信息,对所辖范围内的供电系统用户供电可靠性指标进行统计、计算、分析与评价;3根据可靠性统计数据,评估供电系统当前的运行可靠性状况,找出供电可靠性的薄弱环节,为提出改进与提高系统运行可靠性

14、水平的有效措施提供科学决策依据;4推行可靠性目标管理,明确职责与分工,将可靠性指标层层分解落实到各生产岗位,实现全员全过程管理,并制定详细的考核办法,严格考核,同时建立可靠性控制程序。5预测供电系统用户供电可靠性指标,对供电系统的规划与建设进行指导,使规划与建设的方案满足供电系统对用户供电可靠性的要求;6研究供电系统用户供电可靠性与经济性之间的关系,以寻求较高的可靠性增益与为此付出的成本之间的最佳平衡;7开展供电系统用户供电可靠性工程教育、业务培训以及技术交流活动。为便于可靠性管理人员与研究人员在实际工作中学习和查阅,本书将围绕供电系统用户供电可靠性管理问题,对相关的基础理论知识、可靠性管理的

15、基本要求与任务、可靠性指标的统计分析、预测评估方法、提高供电系统可靠性水平的管理措施和技术,以及可靠性成本-效益分析方法等进行介绍。全书内容共分为八章:第一章为前言;第二章简要介绍国内外供电系统用户供电可靠性管理发展历史及现状;第三章详细介绍与供电系统用户供电可靠性管理相关的基础知识;第四章介绍供电系统用户供电可靠性统计评价;第五章和第六章结合国内供电企业实际情况,详细介绍有关提高供电系统用户供电可靠性的一些实用技术及管理办法;第七章介绍供电系统用户供电可靠性预测评估方法;第八章介绍提高供电系统用户供电可靠性的成本-效益分析方法。本书适用于供电企业可靠性管理人员与研究人员,也可以作为大专院校的

16、教材或参考书。第二章国内外供电系统可靠性管理情况本章首先介绍了国外供电系统用户供电可靠性管理及发展趋势;接着介绍我国供电系统用户供电可靠性管理工作的发展与现状;最后对我国“低压用户”供电可靠性统计评价方法进行了有益的探索。§2.1 国外供电系统用户供电可靠性管理及发展趋势简介目前,国际上经济发达、现代化程度较高的国家和地区在电力工业领域大都采用了先进的、符合自身国情的供电可靠性管理方法。美国、英国、加拿大、日本、香港等国家和地区都建立了较为完善的评估指标体系,成立了专门的研究管理机构负责供电系统可靠性原始数据的收集、整理及分析工作,并将分析结果用于指导电网规划设计、调度运行及企业管理

17、机制建设等诸多方面,提高了供电系统的安全性、可靠性和供电质量,取得明显的经济效益和社会效益。一、国外供电系统可靠性管理概况(1美国美国的供电系统用户供电可靠性管理工作开展得较早,统计报告系统也比较完善。早在1965年美国东北部发生大停电事故后,美国联邦电力委员会就在1967年的报告中对于大电力系统提出了在与经济有任何矛盾时“可靠性有优先权”的观点,1968年就成立了国家电力可靠性协会,1981年在加拿大加入该协会后更名为北美电力可靠性协会(简称NERC。NERC设有技术指导委员会、工作委员会和运行委员会,建立有可靠性数据统计系统,于每年的夏季和冬季前提出综合的可靠性和电力供应充足性的评估报告。

18、1发输电可靠性管理在发输电可靠性方面,美国绝大部分区域都处于北美电力可靠性协会(NERC的控制之下。NERC下辖8家区域委员会,分别是田纳西电力可靠性协会(ERCOT、佛罗里达可靠性协调委员会(FRCC、中西部可靠性组织(MRO、东北电力协调委员会(NPCC、ReliabilityFirst公司(ReliabilityFirst、SERC可靠性公司(SERC、西南电力交易所(SPP和西部电力协调委员会(WECC。NERC负责制定受控电力系统的可靠性协议和标准,协调各企业的发、输、调度及电网规划,维护北美电力系统的安全稳定运行。NERC受到美国能源监管委员会(FERC和加拿大相关政府机构的审核。

19、2用户供电可靠性管理在供电方面,美国对可靠性的监管权都分散于各州。各州的公共服务委员会负责对供电企业的可靠性指标进行监控,制定各种激励或处罚措施促使各企业提高电网可靠性性能,处理消费者和企业的申诉,审查电网规划等。此外,美国政府在可靠性相关政策方针的制定和市场监管中具有一定地位,主要的电力监管机构是联邦能源监管委员会(FERC。3供电系统用户供电可靠性的行业推荐标准国际电气与电子工程师学会IEEE曾于1980年形成第一个供电系统用户供电可靠性的行业推荐标准“IEEEstd-493-1980”,以后大约每五年修订一次,最近的版本为IEEEstd-493-1997。当时美国有3000家供电公司,没

20、有全国统一的供电系统用户供电可靠性准则,执行的是各公司自定的准则,对用户“十年一天”的缺电时间概率(LOLP仍是北美电力系统以及各电力公司所共同遵守的最基本的可靠性准则。IEEEstd-493的发布为各公司制定准则提供了全面详实的理论方法和数据基础。标准在要求供电公司提供电网结构图的细目中,提到要标出各主要设备的可用率,还在停电损失计算中给出了工业和商业大楼临界停电持续时间,即不致引起相应用户造成损失的最大停电持续时间推荐值。在这一推荐标准中,全面论述和提供了工业和商用(含居民、市政办公等配电系统规划设计可靠性有关的丰富资料,包括可靠性概率评估方法的基本概念、电力系统可靠性评估基础、可靠性经济

21、分析基础、停电损失数据、设备可靠性数据,以及可靠性分析实例等,还述及了事故和工作备用、预防性维修、现运行系统可靠性及其改善措施等方面的内容。4可靠性微观管理美国原先在上世纪70年代以来都是以整个供电系统或地区网络总用户数或总供电容量为基础建立平均可靠性指标,作为对整个供电系统或地区网络评价的依据。但个别用户及负荷设备对停电甚至瞬时电压下降的反应有很大的差异及不平衡,采用宏观平均值的用户供电可靠性指标已不能满足这种用户的要求,因此美国进一步采取了与地区和用户要求相称的更高可靠性水平的目标值,并按每一个电力用户不同的情况来预测其可靠性的水平,这就是所谓的个别可靠性微观管理极限值。对故障停电的个别可

22、靠性管理内容包括:按不同馈电线路分别进行管理,如把故障多发的供电线路列出来,按照故障发生原因实施重点措施,防止重复停电;或是把发生故障到修复为止的作业程序分段设定目标进行管理:在以营业为单位规定平均故障修复时间为目标值的基础上,按区域分别规定不同的修复时间极限值,以防止对用户的长时间停电。以供电线路为单位,限定每一年内重复停电的用户数及最长容许停电时间;按重要用户规定故障停电时间及停电次数的目标极限值,对超过目标极限值的用户采取适当的重点措施;对故障多发线路及长时间停电的线路规定目标值进行管理。对供电系统既规定线路停电事件数、每回线路的停电时间等长期目标值,又规定达到目标值的年度目标值,并以月

23、为单位来实施和管理。5对供电系统可靠性信息的应用美国各电力公司除了执行北美电力可靠性协会制定的统一供电系统可靠性指标外,还根据自身需要建立了不同的指标,对供电系统可靠性信息的应用十分广泛,主要体现在:应用反映用户供电可靠性的数据,对不同电压等级和不同的供电区域进行管理;应用每条供电线路可靠性随时间变化的情况,分析用户当前和远景的可靠性;为建立供电连续性准则提供基础;用以提供研究供电系统可靠性需要的特性数据;用以计算在供电系统设计、设备维修和运行等方面每花费1美元所能获得的最佳可靠性效益;作为工程方案技术比较的依据。6电力可靠性管理的协调性和权威性美国的电力可靠性管理方式具有很广泛的协调性和权威

24、性。虽然美国的电力工业大部分是私营的,但是电力公司、电网联营组织,地区电力安全协调组织以及北美电力可靠性协会都定期向能源部报送电力供应充足程度和可靠性评估的报告。能源部在经济管理局下设有“电力供应和可靠性处”,负责组织和协调电力可靠性工作,并开展可靠性和生产能力调查研究。可靠性与经济性紧密结合,可靠性指标最后均用经济指标来体现,一般用电价、成本和工资来体现。2003年“8.14”美加大停电事故发生后,美国电力系统管理遇到了一个问题:电力系统可靠性准则是仍维持“自愿执行”,还是改为“强制性法规”。北美电力可靠性协会(NERC认为,电力可靠性准则规定的各项条款若都能得到遵守,则电力系统就能安全可靠

25、运行。而在当前电力市场条件下,可靠性准则往往被违反,因此需要立法强制执行。联邦能源管理委员会支持NERC的意见。但反对意见来自各州政府管理机构及各公用电力公司。他们认为“强制执行”写入法规,就使跨地区的电力系统运行机构侵犯了各州的管辖权,也就是联邦机构FERC要将管辖权扩大到州的管辖区,这违反宪法。在“8.14”美加大停电最终报告中,特别强调了加强电力系统可靠性管理和监督,提出了许多很有针对性的新措施和建议。措施建议研究考虑到了以下四个方面的基本问题:政府机构、监管机关,企业界以及其它相关组织应当坚持大电网的规划、设计和运行工作以高可靠性标准放在首位的原则。一方面应尽可能引进市场机制,但当可靠

26、性与商业目标难以调和时,必须优先考虑可靠性;另一方面也不能用可靠性的规定作为阻碍竞争的借口。管理机构和用户应当意识到高可靠性不是免费获取的,它需要各方面机构和组织不间断地加大资本投入和增加运行成本。在传统的电力工业管制体制下的电力公司,关心的是他们的投入是否可以收回;在新的放宽管制体制下的公司,关心的是他们的投入能否有合理的回报。任何措施均要在其实施中才能发挥效力。政府和企业界应该加强合作,建立有效的机制去推行这一系列措施,以保证对电网性能的完整监测,形成责任分明的高层次管理,以及可靠性标准的强化执行。大电力系统是现代社会和经济结构中的关键基础设施,电力系统可靠性的保证依赖于一系列与之相关的具

27、体措施的有力实施。最终报告提出了46项措施建议,其中与可靠性管理有关的主要有如下几个方面:通过立法使可靠性标准具有强制性和可操作性,对违反标准规定者要施加惩罚。研究和实施对NERC和各区域可靠性协会新的资金机制,以保证它们与其所监管实体的独立性。可按输电附加收费提取资金。FERC(联邦能源管委会应阐明:依据合理的、在大电力系统可靠性上的投资和费用(包括高新技术的投资将可通过输电电费回收。强化可靠性管理的机构建设。FERC、DOE(能源部和加拿大的相应权力机构应与各州、NERC、和企业界共同评估和研究调整现有可靠性管理的组织机构框架。保护按导则切负荷的运行人员不被追究责任。立法和管理机构应当:1

28、不追究按运行导则切负荷的运行人员的责任,2公开确认按导则切负荷的措施不是运行人员的失误。将“可靠性的影响”纳入到管理决策过程中。建立独立的可靠性性能信息资源系统。政府相关部门与其他有关机构以及企业协调数据资源,建立通用的定义和信息收集标准。能源信息管理局及有关机构应当清楚了解可靠性性能和物理特征数据收集上的缺项,研究填补这些缺项的计划,并确定对相应数据资源的要求。获取这些资源后还应发布有关可靠性的趋势、模式和费用等方面的信息。建立数据收集和报告制度,以适应停电事后分析的要求。FERC和其他有关机构应要求发电、输电业主和其他相关实体收集和报告停电及有关电网扰动分析所需的数据。开展电力工业重组、市

29、场竞争以及系统可靠性之间关系的独立研究。能源部应扩大在可靠性工具,新技术领域中的研究力度,特别注意改进系统监测管理能力的方法和工具。建立长期性的对未来电网停电和扰动进行研究的框架。改进对运行人员、可靠性协调人员、以及有关人员的短期和长期培训与资格认证。建立系统正常、警告和紧急运行工况条件的确切定义。阐明各可靠性协调机构和区域调度在这些运行工况下的作用、责任和权限。(2英国英国早在60年代各地方电力公司就已建立了可靠性设计标准。1964年英国电力委员会制定了国家标准故障和停电报表,制定了全国统一的报表及导则,广泛开展系统故障频率、原因及停电持续时间的统计分析,以及负荷特性,停电损失和提高可靠性的

30、费用及经济效益的研究等。1975年英国电力委员会又发布了全国设备缺陷报表,规定了供电系统中的各种电力设备缺陷统一的含义、分类及填报方法。1978年颁布了新的供电安全导则,此后又不断通过研究与实践修订和完善了统计办法和安全导则。1980年英国电力委员会颁布了对高压系统典型事故按编码填写事故报告的指导报告,供电系统可靠性研究和应用得到了不断的发展。英国的供电系统可靠性指标一般按统计的目的和用途分为两大类:一类是年统计指标,用于对当年运行状况进行分析;另一类是趋向性指标,以五年作为一个统计期间,连续滚动计算,以较长一段时间内的统计和分析来判断可靠性变化和发展趋势。其供电系统可靠性指标统计的主要目的在

31、于:获取并传递供电系统设备运行的可靠性资料;为研究供电系统发生故障时的性能提供资料;为编制供电系统运行、控制、检修和维护方式提供可靠性资料;提出数据明确而统一的供电标准;指出进一步提高可靠性水平的必要性。英国的供电系统可靠性管理文件和统计分析指标比较齐全。既有事故和停电的统计报表,又有设备缺陷统计报表以及供电安全导则;既有反映充裕度的指标,又有安全性指标;既考虑了系统及设备的供电能力,又考虑了系统的安全水平;既有年度分析指标,又有五年连续滚动计算的趋向性指标;既可以进行一年一度的分析比较,又可以从一个较长的时期去观察和分析其统计规律。因此,英国供电系统建立的指标全面反映了对用户的综合服务质量、

32、故障和预安排停电的状况、系统和设备的性能以及系统外部可能带来的影响等各方面。国际上大多数国家供电系统可靠性的统计与分析都参考英国的模式。(3加拿大早在上世纪40年代,加拿大的电力工作者就认识到用定量指标来描述电力系统供电充裕度的必要性。1959年建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、平均停电频率和停电连续时间等量度供电系统充裕度的指标。1962年建立了由参加加拿大电气协会全年供电系统连续性调查的人员和供电系统可靠性技术委员会的成员共同组成的全国性报告系统,于1963年发表了第一份统计报告,到1973年,统计报告已经覆盖90%的用户。1976年加拿大电气协会配电系统可靠性工程

33、委员会制定了配电系统可靠性工程指南,目的在于提供一个对供电可靠性定量评价的方法,并建立一个供电水平能为管理方面接受的可靠性准则。1983与1984年,加拿大Saskatchewan大学工学院院长、IEEE电力系统可靠性分委员会主席.R比林顿(Rov Billinton出版的工程系统可靠性评估和电力系统可靠性评估两本专著,至今还是电力系统可靠性评估研究的重要理论基础。1993年,加拿大各供电系统平均供电可靠率就达到99.99616%。加拿大配电系统可靠性工程指南规定,各电力公司的供电可靠性准则必须使用户的需要与对供电充裕度的要求相一致。用户的需要主要从供电质量和供电连续性两种基本形式考虑。供电质

34、量以允许的电压和频率的水平表示;供电连续性以连续满足用户供电质量要求的指标频率、平均停运持续时间以及年停运时间的期望值等参数来评价。供电系统设计的可靠性水平应根据供电用户的重要水平而定。不同重要等级的用户线路,设定不同的供电可靠性标准。加拿大对供电系统用户供电可靠性管理工作有以下几个特点:供电系统用户供电可靠性管理工作始终围绕着供电的连续性和可靠性两个方面。既强调了对历史状况的统计分析,又强调对未来状况的预测评估。对不同等级的用户供电线路规定了不同的供电可靠性标准,对不同的用户规定了不同的供电连续性允许水平。对供电系统用户供电可靠性采用两类指标:一类是以用户为基础而建立的指标,如系统平均停电频

35、率、系统平均停电持续时间、用户平均停电持续时间,以及系统平均供电可靠率;一类是以负荷或电量为基础的指标,如平均负荷停电、平均系统缺电、平均用户缺电。些指标也是参加北美电力可靠性协会(NERC各成员公司所属配电网共同采用的指标。对供电系统用户供电可靠性收集的数据有两类:一类是面向用户或负荷点的数据,只统计受用户停电的情况;另一类是面向设备的数据,记录了设备停运造成或不造成用户停电的连续情况。前者提供了系统充裕度的历史记录,后者提供了制定设计、运行和维修的策略依据,两者缺一不可。己经建立了一套行之有效的供电系统用户供电可靠性预测评估技术和费用与效益计算方法,其研究的供电系统可靠性模型指标已普遍作为

36、大多数国家制定准则的重要参考。与美国相似,加拿大没有全国性统一准则,各公司有自己的供电系统可靠性准则。(4法国作为欧洲电网的一部分,法国输电网可靠性管理很大一部分的权限由“欧洲输电网联盟”(UCTE行使。UCTE是欧洲大陆输电网运行商的联合组织,负责协调系统内各电网的调度、规划、故障恢复、停运安排等。UCTE的管理主要通过UCTE 运行手册等文件来实现。法国国内可靠性管理机构为法国能源监管委员会(CRE。CRE成立于2000年,最初为电监会。2003年,电监会改组为能源监管委员会即CRE,根据国家法律授权负责实施电力和天然气事务监管。法国能源监管委员会通过制定相关法规和技术导则对全国电网的可靠

37、性性能最低标准作出规定,接受RTE(法国输电公司和配电企业的的性能汇报,审查其汇报数据,根据激励方案对输电和供电企业进行奖惩等。法国供电系统按中压和低压电网分别统计计算故障停电、工程停电和输电系统停电造成的用户平均停电时间、故障率、电量损失、损坏设备和故障原因分布等,并加以分析。法国2004年年用户年平均停电时间为63.8分钟,相当于供电可靠率为99.988%左右,扣除计划停电影响后用户年平均停电时间缩短为57.1分钟,相当于供电可靠率为99.989%左右。法国电力公司面对日益严峻的环境约束和质量要求差异的矛盾,规定了如表2-1所示的用户付费补偿可靠性限值标准表2-1 电力用户付费补偿可靠性限

38、值标准 以上数值计入用户承受的全部故障。(5日本电力可靠性管理在日本大约始于1961年。1963年,东京电力公司制定了由故障频度、故障停电率、停电功率、停电时间、负荷加权指数、地区差别系数等因素决定的可靠性度量尺度。1971年,电气学会工厂配电专业委员会发表了关于工厂配电供电可靠度文献调查的技术报告,对可靠性技术术语进行统一的解说,列举了工厂供电系统供电可靠度的计算方法及提高工厂供电可靠度的措施。1972年,电气学会配电专业委员会发表了从系统运行和可靠三的观点出发研究配电设备最佳组成方法的技术报告,系统地论述了供电系统可靠性的定义、指标、计算方法,提高可靠度的措施及实施效率分配计算法、可靠度预

39、侧方法等,为供电系统用户供电可靠性管理的实际应用建立了统一基础。1989年,配电系统调查专业委员会发布了配电系统供电可靠度评价方法和缩短停电时间技术的报告。根据不同电力用户的需求,规定了不同的目标值,从故障停电和作业停电两方面对防止重复停电和长期停电实行个别可靠度的微观极限值管理。同时立足于电力用户方面,以供电线路区段为单位,从考虑对电力用户供电的各个配电系统的结构和故障修复程序出发,预测系统在任意地点、任意设备上发生故障时,电力用户所经历的停电时间,把供电可靠性管理和应用推到了一个崭新的阶段。日本对供电系统用户供电可靠性的管理有着与欧美显著不同的特点,主要表现在以下几个方面:在对供电系统网络

40、结构和切换能力深入研究的基础上,提出了以“裕度”概念为基础的评价方法。除采用普遍使用的供电点和用户年平均停电次数以及年平均停电时间外,针对网络结构和故障后负荷切换转移能力提出了联络率、正常运行率、有效运行率,以及适切馈线率等独特的综合评价指标。这一管理方式取得了良好效果。供电系统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。虽然前者整体上与欧美大体一致,但在具体计算和应用方面,则结合实际的网络结构采用系数化的方式来实现。在供电系统可靠性的应用方面,日本从供电系统结构、故障停电、和作业停电三方面采取措施,对不同电压等级的供电系统、不同用户要求和施工、检修的需要规定了不同的系统结构,

41、建立了一整套提高供电系统可靠性措施。根据配电系统和设备运行的特点,既强调宏观的平均值管理,又注意依据不同用户的特点和要求,实行个别可靠度的微观极限值管理。不仅注意从供电系统结构、故障停电和检修作业停电三方面采取措施,对不同电压等级的供电系统、不同的用户要求和施工与检修的需要等设计了不同的系统结构,而且建立了一整套提高供电系统可靠性措施实施效果的计算方法。日本供电系统对用户的供电可靠性几乎接近没有停电的情况,其用户到九十年代后平均停电时间已经减少到10分钟以内,相当于供电可靠率为99.998%左右,供电可靠性之高位居全球之首。在目前框架下,日本电力系统可靠性管理由“常规电力公司”(GPU和日本电

42、力系统委员会(ESCJ共同管理,日本政府经济、贸易和工业省则通过每年的供电计划报告来监控电力供应的可靠性。日本的“常规电力公司”包括9大电力公司和冲绳电力公司,负责自己所属的电力系统可靠性管理,在强制性规定下确保电网的安全供电、平衡供需及调度运行。日本电力系统委员会是根据日本2003年电力事业法要求而建立,负责电力系统可靠性规则的制定和各公司电力系统可靠性监督,并兼管各电力公司间的联络、协调等。电网的长期规划和建设必须经过政府经济、贸易和工业省和ECSJ的评估,以确保规划能够满足长期的电力需求。根据电力事业法规定,每财年年底,各电力公司需向经济、贸易和工业省提交10年电力供需规划,经编译后于年

43、底出版。ECSJ也要在每财年年底编制“供电可靠性评估报告”,对电力公司和独立发电商的可靠性进行披露和评估。(6中国香港香港电力公司对用户供电可靠性十分关注。香港中电集团公司(简称“中电”2001年服务承诺有12条,第1条就是“供电可靠率目标值99.99%”;香港电灯有限公司(简称“港灯” 2001年修订的优质服务标准有四大项14条,第1条也是供电可靠率,目标值是不低于99.998%。香港供电系统用户供电可靠水平大幅领先内地。香港供电系统用户可靠性管理的特征是竞争态势比较明显,“中电”和“港灯”竞相为用户提供高可靠性的电力服务。“中电”和“港灯”均为发、输、供一体的纵向管理,供电范围各自独立,互

44、不交叉,在设备选用、管理模式、人员素质、效益及服务等各方面,十分相近,在高标准的水平上不相上下。两个电力公司中都有一个部门主管用户供电可靠性工作,各有关部门协同配合,定期组织分析、研讨问题,包括分析结论、提出改进措施和跟踪落实情况。两大公司计算供电可靠性的用户,是真正意义上的用户,以收费点为计量用户,包括各电压等级,其中低压(220V用户占绝大多数。所有的停电事件全部记入计算机系统(故障自动记入,计划停运手工输入,用户的电度表可自动记录停电的起始时间以及停电前后的负荷,并送入计算机系统;其次是计算机系统强大,且全部联网,可以从计算机系统中调出计算指标所用的各种数据并进行计算。这一点与我国目前统

45、计计算中只能达到1OkV变压器相比是最大的区别。在具体管理上,两大公司不逞相让。如在采用高可靠度配电设备方面:“港灯”的3000多个中压开关全部可以遥控。而“中电”1800多公里的配网均为地下电缆,仅余4条架空线路,共长23km。“中电”在2000年后还设计了详细的配网自动化的计划,安装杆上自动开关,实现自动切断故障点、恢复正常段供电。他们在故障事故管理功能中不仅考虑了故障诊断、切除与恢复功能,而且考虑了“估计受影响停电用户数”的功能,为可靠性统计工作做了充分的准备。二、电网规划、设计中的可靠性准则坚实的网架结构是电力系统安全稳定运行的重要保证,是确保用户供电可靠性的基础。因此,在电网规划阶段

46、就设定相应准则,使网架结构满足特定的可靠性要求,是国内外通行的做法。目前,配电网规划设计方面的可靠性准则分类主要方法有以下两种:1按技术性准则与经济性准则分类。技术性准则是指为了保证可靠性水平而必须由电网满足的条件,“N-1”准则就是典型的技术性准则;而经济性准则考虑了用户停电所遭受的损失,并将供电可靠性以经济价值来衡量,从而指导电网规划具有合理的成本/收益。2按确定性准则和概率性准则分类。确定性准则是检验某些条件状态(例如负荷和停运条件下电网连续运行的性能,这些状态由事先研究的电网严重运行条件(例如在峰荷期间切除一条线路来规定。判断逻辑是,如果这些状态下能保证系统正常运行,则其余严重程度较低

47、的运行状态全都应能可靠运行。概率性准则是指对所有可能的状态都可以检验,并计算每一状态的一个或几个可靠性指标(如电力不足,电量不足等,这些状态指标的状态概率加权之和即为电网的供电可靠性指标。由于概率性准则算法的复杂性、涉及因素的不确定性,目前尚未被广泛采用。以下列举了当前国际上常用的规划准则,并对每个常用准则的应用情况和分类进行了介绍。(1“N-1”相关准则“N-1”准则及类似规则(如“N-2”准则是规划设计阶段最基本和最常见的可靠性准则,属于确定性的技术准则。作为一项长期使用且行之有效的规划原则,“N-1”相关准则在北美、欧洲、俄罗斯等世界主要的电力系统的规划设计中得到了广泛的应用。北美电力可

48、靠性协会颁布的NERC规划标准中就规定:当系统发生单一元件故障(发电机、输电线路、变压器单相或三相故障并正常切除;无故障任一元件切除;直流单极故障正常切除时系统应运行在正常和紧急设备热容量或电压极限范围。俄罗斯电力系统规定:当系统发生类故障时(类故障包括切除500kV(核电站联络线为750kV或较低电压的线路元件;任何电压级别的线路元件的单相短路故障,重合闸成功;500kV(核电站联络线为750kV及以下电压线路元件的单相短路故障,重合闸不成功;损失功率不多于一台发电机或机组的功率(系统中为数不多的几台最大功率机组除外,系统应当保持稳定,不用采取反故障自动保护措施。此外,UCTE(欧洲输电网联

49、盟电网要求在任何时候都必须遵守“N-1”准则;而北欧、英国电力系统规划规则中也都有“N-1”准则的内容。(2充裕度相关准则充裕度及相关准则同样属于确定性的技术准则,与“N-1”相关准则有共同之处,但其范围比“N-1”准则更加广泛。充裕度准则不仅要求系统能够满足单个元件发生故障时保持系统的稳定性和可靠性,还要求为系统留有一定的裕量,以应对意外情况的发生。如NERC的规划标准中就提出:在确定传输容量时,应评估整个互联输电系统的发电和输电系统事故以确定哪台设备的停运对传输的限制最严重;应提高TRM和CBM的值,并作为传输容量裕度分开和独立的组成部分来应用;确定RTM和CBM值的具体方法可能因地区,分

50、区,电力联营体,个别系统以及为负荷服务的实体的不同而不同,但这些方法必须载入文件并一贯应用。此外,俄罗斯、日本的规划标准中也包含有充裕度准则的内容。(3稳定性相关准则当电网发生严重故障时,系统可以通过低频低压减载、切断联络线、解列等方式对自身进行保护。当发生严重故障时,电网的规划设计应当确保:在合理的操作下,系统应当能够稳定运行,对可靠性的影响也能够维持在一定程度之上,这就是稳定性相关原则。英国、北美及欧洲的主要电力系统规划原则中都有稳定性相关准则的内容。如英国规定,在正常的运行状态下,当系统发生故障,受影响的用户负荷在12-60MW 时,最多允许自动切除12MW负荷,且必须在15分钟内恢复供

51、电;当受影响的用户负荷在60-300MW时,最多允许自动切除20MW负荷,且必须尽快恢复供电;当受影响的用户负荷在300-1500MW时,最多允许自动切除60MW负荷,且停电时间不超过60秒。NERC下属各系统也都在规划中对稳定性原则做出了规定,虽然具体内容不尽相同,但指导原则非常相似:系统必须具有抵御突发干扰的能力,当发生一般扰动时,系统应当维持稳定运行,且各项指标(电压波动、切除的负荷等应在给定范围之内;当发生严重的、出现机率较低事故时,防止电网崩溃和大规模停电情况的出现。稳定性相关准则属于技术准则。(4经济性准则经济性准则的实质是根据用户停电损失,将原本的可靠性指标转化为可用于成本收益法

52、计算的经济性指标,从而使得电网规划中对可靠性的改进符合成本/效益原则。经济性准则的优点是不必规定任何可靠性指标的限定值,而得到经济上的总体最优化;缺点则是某些用户停电损失的定义和对某些重大停电损失的估算非常困难。意大利在电网规划中就使用了成本经济效益法。通过计算风险指数,对系统进行可靠性评估。其具体步骤是:首先根据系统元件的不可用率,通过计算,估计风险指数;将系统不能保证安全供电的风险指数折算成一定的经济成本;将这一风险指数对应的经济成本与投资成本和运行成本加在一起,可得到总成本;然后根据总成本的多少,可以对规划方案进行比较。也就是说,要针对不同的故障情况,用经济指标来衡量故障的严重程度。此外

53、,意大利在电网规划中还考虑了以下一些具体的经济指标:高成本电站投入引起的额外投资、增加旋转备用的额外投资、低频减载引起的经济损失。将这些成本以其发生的概率作为自身的权系数,加权计算可得到总的投资,作为方案比较的依据。上述意大利采用的规划准则既属于经济性准则,同时也属于概率性准则。(5其他准则随着近年来电力市场化日益推进,可靠性保险、可靠性电价等服务也在一定范围内得到了推广使用。根据市场需要建设电网,依照用户要求提供相应的供电可靠性也成为一些电力企业指导配网规划的原则。但由于当前可靠性保险等服务仍处于起步阶段,效果也有待检验,因此上述规划原则尚未成为主流规则,在大多数电力企业中仍处于研究试验阶段

54、。三、供电系统可靠指标统计分析管理对供电系统用户供电可靠性的统计评价是以统计数据为基础的。同样的停电事件,如果统计口径不同则可能会表现出很大的差异。以我国供电可靠性统计数据为例,2006年,我国平均供电可靠率指标值为99.84%,户均停电时间约为14小时/户,与法国(63.8分钟/户(2004年数据,下同和英国(94.28分钟/户相比差距巨大。但是如果按照欧洲国家的一般做法,扣除计划停电时间,则我国2006年的户均停电时间低于3小时,与法国(57.1分钟/户和英国(87.33分钟/户的差距大大缩短。因此,确切掌握国外供电可靠性的统计口径和统计方法,对正确认识我国供电系统用户供电可靠性水平和电网

55、性能具有重要的参考价值。国外供电可靠性实际统计口径主要存在两点差异:可靠性统计方式、计划停电的考虑以及对重大事故的考虑。可靠性统计方式包括基于用户的方式、基于配电变压器的方式和基于功率或电量的方式。不同国家基于不同考虑,对是否考虑计划停电也有不同的规定或做法。(1可靠性统计方式可靠性统计方式包括基于用户的方式、基于配电变压器的方式和基于功率或电量的方式。三者各有利弊,各国(或供电企业出于不同的考虑分别采用不同的方式。目前,我国的供电系统可靠性统计主要是基于中压用户,与挪威、芬兰等北欧国家类似。表2-2分别是三种方式的优缺点及应用情况。表2-2 供电系统可靠性统计的三种方式 基于用户是最常用的方

56、式,采用此种方式的国家和地区包括英国、意大利、爱尔兰、葡萄牙等欧洲国家和澳大利亚、美国绝大部分地区以及香港和新加坡等国家。值得注意的是法国,该国在针对低压用户的统计中使用了基于用户的方式,但是在中压统计中则使用了另外的方式。基于中压配电变压器的统计方式更适用于计量设备、自动化装置和通信装置并不完善的地区,或者对用户分布情况和用电信息不能十分确切了解的国家或地区。使用基于配变方式的有挪威、波兰等国。我国目前所采用的也是这种计算方式。基于功率或电量情况进行统计是指以功率(或电能作为权重,对用户可靠率或停电时间进行统计。西班牙、奥地利和法国中压电网所使用的就使用了这种以功率或电量为基础的计算方式。(

57、2对计划停电的考虑在统计停电指标时,是否应当排除计划停电的情况,各国考虑问题的角度不同,在实际的做法上也有一定的差异。下面以美国和英国为例,介绍两种不同做法背后的考量。美国是典型的分权制国家,各州在电力可靠性监管方面具有很大的权限。而州政府往往将供电可靠性与天然气、供水、供热等公共服务监管权交予本州的公共服务委员会或类似机构。美国供电可靠性数据主要由供电企业收集整理,经统计分析后须按照规定的格式向州公共服务委员会或类似单位提交。在此背景下,美国供电可靠性监管较少关心和干预供电企业的运作情况,而是代表消费者行使监督权力,要求供电企业按照规定标准提供电力服务。电力消费者并不关心电力供应的中断是计划

58、原因造成还是非计划原因造成,公共服务委员会或相关机构也大多对此不作区分。因此,美国目前统计和公布的可靠性数据绝大多数都是包含计划停电的。澳大利亚、加拿大等国情况与之类似。与美国不同,英国等国家对于供电可靠性的管理大多由全国性的电力监管机构负责,或由政府直接负责,这些监管机构既关心供电服务水平,也关心电网可靠性性能情况。英国认为电网可靠性性能与计划停电关系不大,而主要是由非计划停电所反映,因此在评价电网性能时应剔除计划停电,只考虑非计划停电情况。与之情况类似的国家有法国、意大利、瑞典等欧洲国家和新加坡、日本等亚洲国家。值得注意的是,尽管英、法、意等国在评价电网性能等情况时多采用非计划停电数据,但这些国家同时也对计划停电进行详细记录,并在需要时可提出计划停电数据。而美国电力企业将计划停电列为停电原因的一种,也对其进行了相当完备的记录。四、输电系统可靠指标统计分析管理我国现行的输电可靠性评价方法与国外通行的做法既有相似之处,也有明显的差异。国外电力企业一方面记录电力设施的故障情况,从设备的角度对输电网可靠性进行监控,