《农村电网规划》课件第5章z

1、第 六章 配电网可靠性规划6.1 可靠性管理的基本定义和要求 6.2 配电网可靠性指标的计算方法6.3 配电网可靠性评估6.4 具有分段和分支开关单向供电配电网的可靠性 分析 6.5 环网供电可靠性评估6.6 系统可靠性分析6.7 网架供电可靠性的计算6.8 气象条件对系统可靠性的影响7/15/20221华北电力大学电力工程系 供电可靠性是配电网第一质量指标。在变电所、送配电线路建设和改造前后，对网架可靠性的增强、送配电线路可靠性的提高，皆需要给以评价。另外，在规划多种方案进行比较时，也将要比较供电可靠性指标。 因此，在本章中将介绍供电可靠指标的基本定义、计算和评估方法，以期在农网规划中付诸应

2、用。 6.1 可靠性管理的基本定义和要求 一、供电系统及其设施的定义 1.低压用户供电系统及其设施 低压用户供电系统是指由公用配电变压器二次侧出线套管开始至低压用户的计量收费点为止范围内所构成的供电网络，其设施为连接至接户线为止的中间设施。 7/15/20222华北电力大学电力工程系2.中压用户供电系统及其设施 中压用户供电系统由变电所10(6)kV出线母线侧隔离开关开始，至公用配电变压器二次侧出线套管为止，包括10(6)kV用户的电气设备与供电部门的分界点为止范围内的网络；其设施为连接的中间设施。与之相应，以10(6)kV电压受电的用户为中压用户，以10(6)kV供电系统中的公用配变作为中压

3、用户统计单位。 3.高压用户供电系统及其设施 高压用户供电系统，是指由各变电站35kV或以上电压的出线母线侧隔离开关开始，至35kV用户变电所与供电部门的分界点为止范围内所构成的供电网络及其连接的中间设施。与之相应，以35kV或以上电压受电的用户被定义为高压用户；把每一个以相应电压受电的变电所作为一个高压用户的统计单位。 需要指出的是：这里所指的供电系统定义以及高、中、低压的划分，只适用于配电网可靠性的统计。 7/15/20223华北电力大学电力工程系二、供电系统状态的划分1.运行状态 运行状态是指用户可以从供电系统获得预定电能的状态。在此状态下，供电设施与电网相连接，并处于带电的状态。 2.

4、停运状态 停电状态是指供电设施由于故障、缺陷、检修、试验等原因与电网断开，处于不带电的状态。其主要包括故障停电、计划停电、临时停电、系统限电等。 三、数据统计范围和分类1、供电设施的统计 按照国家的有关规定，统计范围内的供电设施主要包括如下4部分。 (1)变电站的供电设施。包括断路器、隔离开关、架空线、电缆出线、电流互感器、电压互感器、避雷器、耦合电容器、阻波器、继电保护和自动化装置及其他设备等。 7/15/20224华北电力大学电力工程系(2)线路供电设施。包括架空线、电缆线路、配电变压器、电力电容器、跌落式熔断器、柱上油开关、线路重合器、线路分段器、柱上隔离开关、SF6柱上自动断路器、避雷

5、器及其他设备。(3)开闭站和配电室设施。包括断路器、隔离开关、电缆进出线、互感器、继电保护和自动化装置以及其他设备。(4)用户设备。 2.统计资料的来源和分类 (1)统计资料的来源。主要是调度每年的各种记录、计表等。 (2)统计数据的分类。主要按下述原则进行。 1)对于供电系统基本情况统计，按高、中、低压用户进行分 类，并形成高压、低压基本情况统计表。 2)供电系统的停电，可按停电原因和停电设备进行分类。 3)供电可靠性指标统计表，按高、中、低压分别进行统计。 4)可靠性指标汇总表，按高压、中压分别进行统计。 在数据收集中应力求准确无误，从而提高评估的可信性。 7/15/20225华北电力大学

6、电力工程系四、配电线路状态流程图和流程表在收集数据中，可从起始日期开始，随着时间的推移，画出图61所示的线路状态流程图，年末再列出如表61所示的流程表。 7/15/20226华北电力大学电力工程系6.2 配电网可靠性指标的计算方法 一、可靠性指标的计算 为了计算供电局、农电局或是某个供电区的配电系统可靠性指标，必须使用如表62所示的原始数据表假定总的用户数为3000个，配电线路总长度为1500km。1.系统平均停电频率指标系统平均停电频率指标SAIFI(System Average Interruption Frequency Index)是指系统供电的每个用户在单位时间内的平均停电次数。其可

7、用1年中用户停电积累的户次数除以系统供电的总用户数来计算，即 7/15/20227华北电力大学电力工程系2、用户平均停电频率指标 用户平均停电频率指标CAIFI(Customer Average Interruption Frequency Index)是用1年中用户停电的户次数除以受停电影响的用户数。因为在1年中，并不是所有用户都受停电的影响，因此，以CAIFI指标与SAIFI指标仅是分母有区别。若受影响的用户为2100户，则 7/15/20228华北电力大学电力工程系3系统平均停电持续时间 系统平均停电持续时间SAIDI(System Average Interruption Durati

8、on Index)的意义是指系统供电的用户，在1年中的平均持续停电时间。它可用1年中用户经受的停电户时数的总和除以系统供电的总用户数来求得，其数学表达式为 4用户平均停电持续时间 用户平均停电持续时间CAIDI(Customer Average Interruption Duration Index)的意义是指用户1年中停电的总户时效，除以总户次数，即 7/15/20229华北电力大学电力工程系 5平均供电可用度指标 平均供电可用度指标ASAI(Average Service Availability Index)的意义是指1年中，用户不停电小时数与用户要求的总供电小时数之比。总供电小时数应以

9、用户总数乘以全年的总供电小时数8760h。其数学公式为平均供电可用度是一个很重要的指标，是主管部门对供电局、农电局的考核指标，通常主管部门所下达的供电可靠率指标就是这项指标。若所下达的供电可靠率为0.9950，则该供电局、农电局则完成了该项指标。 6平均不可用度指标 平均不可用度指标ASUI(Average Service Unavailability Index)的意义是指1年中用户停电户时数与要求供电总户时数之比。 7/15/202210华北电力大学电力工程系 二、分项可靠性指标的计算 为了进行深入的分析，可对计划检修、缺陷处理、突发性故障各项可靠性指标，分别进行计算。现根据表62中的数据

10、将计算结果列写如下。 计划栏中，有配电作业计划和变电站全停计划两项，其户次数为7400+2300=9700(户次)，如此计划停电的户时数为80600，故 同理，可算出缺陷处理可靠性指标、突发性故障指标的情况。 7/15/202211华北电力大学电力工程系三、供电可靠性计算曲线供电可靠性曲线依据下述公式绘出，即 如果用户平均停电小时数为0.876h/户，则 这就是说，供电可靠率每0.01与0.876h/户相对应，如图62所示。这条曲线便于掌握和控制供电可靠率，对确保可靠性指标的完成起到指导作用。 7/15/202212华北电力大学电力工程系例如：在1年中的某一时期，已经出现平均停电21h/(户年

11、)，但还有许多影响用户停电的作业，年度指令指标为99.75，还允许发生平均停电几小时?此时，可从图6-2的纵坐标99.75处画水平虚线在曲线上找出交点A,查点A横坐标为21.8h/户。这就是说，还允许发生0.8h/户。如此有35310.8=2824.8（户h）如果停电作业时间必须为8h，那么只允许353户停电。如果这次停电需要影响400户，则必须集中人力，使停电作业不超过7h。 7/15/202213华北电力大学电力工程系6.3 配电网可靠性评估 一、配电网可靠性评估的意义 所谓配电网可靠性的评估，是对已运行的配电网，或是新设计的配电网，在所用线路设备的情况下的供电可靠性作出评价，以此来判定该

12、配电网供电可靠性的优劣。通过对配电网可靠性的评估，可以确定出预安排停电、变电所全停、故障停电，对供电可靠性的影响，并以此来确定提高供电可靠性的技术措施和寻求提高供电可靠性的管理方法。 二、单向供电、不设线段和分支操作开关配电网可靠性评估 1线段原始参数的确定 如果某供电局配电线路为1500km、电压为10kV，全年共发生故障为90次，则每公里的故障率为 7/15/202214华北电力大学电力工程系 若某条10kV出线的公里数、用户数如图63所示，则根据每年、每公里线路的故障率 0.06可以计算出 7/15/202215华北电力大学电力工程系1线段原始参数变电所全停：一年一次，持续9小时； 预安

13、排停电：21.5小时/(户年)；该条线路故障率：0.67(次/年),3小时排除故障。 2. 可靠性的评估（计算ASAI） 变电所全停： 预安排停电： 故障停电： 7/15/202216华北电力大学电力工程系将上述计算的数据标注在图63的括号中。根据表62知道，配电作业事故栏，其停电累计小时数为230h，则每次停电的平均时间为 这些数据为进行配电网供电可靠性评估的原始数据。有了这些数据，则可进行配电网供电可靠性的评估。 2可靠性的评估 (1)变电所全停的户时数计算。当变电所全停时，所有37个用户皆受停电影响，故当全停一次为9h时，则其户时数为 (2)配电线路预安排停电。包括表62中计划和临时两项

14、，其总和时数为2150h，若该项停电次数为340次，则 每次平均停电时间为 7/15/202217华北电力大学电力工程系若该配电线路全长为15km，则其故障率为 全年每户平均停电时间为 故预安排停电的户时数为 (3)故障停电户时数的计算。因为线路没有装设分支开关，故当线路中任何一点发生永久性故障，都将造成全线停电，其停电时间则为排除故障时间，设其为3h。 根据各段线路的故障率，可求其总故障率为 故因故障停电的户时数为 7/15/202218华北电力大学电力工程系 (4)系统可用度指标计算。考虑变电所全停、预安排停电、故障停电三种原因的影响系统的可用度指标为 单独考虑故障停电的系统可用度指标为

15、三、计算结果分析 (1)影响配电线路供电可靠性的三个因素中，变电所全停的户时数333户h，占总户时数的27.68；计划停电的户时数795.5户h，占总户时效的66.13；故障停电的户时数为74.37户h，占总户时数的6.19。 7/15/202219华北电力大学电力工程系 (2)从计算的数值来看，预安排停电、变电所全停对停电户时数的影响相当大，它们是提高配电网供电可靠性的主要障碍。因此，为了提高供电可第性，必须改革当前的管理制度，诸如预防性试验制度、定期登检、清扫制度；采用在使用期内不检修或少检修的电气设备，达将会使供电可靠性大幅度地进行提高。目前，有些供电局、农电局已经改革以前的计划检修方式

16、，正在推行状态检修，其不但使电网供电可靠性有所提高，而且大大地增加了企业的售电量，提高了企业的经济效益。 (3)当改革管理方式和采用不检修或少检修的设备之后，变电所全停和计划停电的户时数可以大为减少。但是，即使消除这两种原因，供电可靠率也只能提高到99.98。为了使供电可靠率提高到小数点后4个“9”，则必须降低故障停电的户时数。这就需要使用线路重合器、分段器，消除配电线路因暂时性故障而造成的停电，将出现永久性故障的这段线路从电网中隔离出来，以保证健康段的正常供电。 7/15/202220华北电力大学电力工程系6.4具有分段和分支开关单向供电配电网的可靠性分析 一、分段和分支开关的连接 分段和分

17、支开关的接线如图64所示，该分段与分支开关为普通隔离开关，手动操作，而A、B、D、E、F、G、H、I、J各供电户数与图63相同。下面来分析线路加装隔离开关后，供电可靠性的评估。 7/15/202221华北电力大学电力工程系二、供电可靠性的评估 (1)各线段当变电所全停时皆受停电影响，故其户时数仍为333户h/年。 (2)预安排全线停电作业情况仍为795.5户h/年。 (3)故障停电，情况评估如下。 1)当故障发生在86号杆以左的主干线上，与以上所述不装 设开关一样，造成全线长时间停电，故障停电的户时数 仍为74.37户h/年。 2)当故障发生在86104号杆的干线上，变电所出口断路器 跳闸，强

18、送不良；维修人员于0.3h内赶到现场，拉开86处 断路器后，试送良好；经3h排除故障，又将86处开关合 闸，送电良好。其停电户时数为 7/15/202222华北电力大学电力工程系3)当故障发生在l04117干线上，变电所出口开关跳闸，强送不良；0.3h后，拉开104处开关后，试送良好；3h排除故陈，合104处开关，送电正常。其停电户时数为 4)故障发生在任一分支线上变电所出口开关跳闸，强送不良；0.3h拉开分支开关向主干和分支送电良好，3h排除故障，合分支开关，恢复故障支路供电。由此得出： 7/15/202223华北电力大学电力工程系分支的平均停电户时数为 考虑干线和分支停电的平均户时数为 (

19、4)供电可用度为 (5)考虑变电所全停和预安排停电时的可用度为 7/15/202224华北电力大学电力工程系 三、增设配电开关配电网可靠性评估 如果在图64隔离开关处再增设配电开关，各线段和分支的故障率和供电户数皆不变，下面来评估增设配电开关后的供电可靠性(注：有关配电开关方面的内容将在以后介绍)。 1变电所全停的户时数 由于变电所出口采用重合器，一次设备的可靠性增强，考虑3年全停1次，每次停电时间由9h缩减至4h，其影响的户时数为 2预安排停电 不进行设备的定期检修，只考虑设备的缺陷处理，每年每户的平均停电时间为0.8h，则预安排停电的户时数为 7/15/202225华北电力大学电力工程系3

20、故障停电（1）当故障发生在86号杆左侧干线，故障停电的户时数为 (2)当故障发生在86l04号杆的干线上，出口重合器跳闸，重合不成功。86号杆处的电压型配电开关分断；3h排除故障后，手动合闸86处的配电开关。其停电户时数为 (3)当故障发生在104117干线上，变电所出口重合器跳闸，重合不成功，则104号杆处的电压型配电开关自动分断，再次重合，供电正常；3h排除故障后，手动合闸104处开关，恢复供电。其停电户时数为 7/15/202226华北电力大学电力工程系(4)故障发生在任一分支上，变电所重合不成功，分支开关处的配电开关分断，重合良好；3h排除故障，合分支开关，恢复分支供电，如此有户时数分

21、别为 分支平均停电户时数为 考虑干线和分支的平均停电户时数为 7/15/202227华北电力大学电力工程系4供电可用度供电可用度为5考虑变电所全停和预安排停电时的供电可靠率考虑变电所全停和预安排停电时的供电可靠率为 四、结论 (1)在使用电压型配电开关之后，如果改进管理方法，将可以使 供电可靠率提高到小数点后3个“9”。 (2)在装设配电开关后，即使变电所没有全停，也没有预安排停 电，只考虑故障停电，欲使供电可靠串达到小数点后4个 “9”，也相当困难。 (3)为达到小数点后4个“9”，则必须缩短每次处理故障的时间， 另外则需降低线路的故障率，提高配电网质量。 7/15/202228华北电力大学

22、电力工程系6.5 环网供电可靠性评估 一、带分段、分支开关有备用电源的配电网供电可靠性评估 如图64所示，假如配电网右端117号杆处有备用电源，线路各分段、分支开关皆为普通隔离开关，现在来评估这种类型配电网络的供电可靠性。 1变电所全停作业 当线路左侧变电所需全停作业时，可先接通117处的开关，使两电源并列，后拉开左侧变电所线路开关，可以不因原变电所全停而发生停电。故受影响的户时数为0。2. 线路预安排停电 与第三节所介绍的情况一样，线路预安排停电的户时数仍为7955户h/年。7/15/202229华北电力大学电力工程系3故障停电 (1)当故障发生在186的主干线上，变电所开关重合不成功，经0

23、.3h拉开86处开关，然后送上117处开关由备用电源向11786段送电，11786段停电为0.5h。经3h排除故障，由原变电所送电，恢复原系统。其停电户时数为 (2)当故障发生在86104干线上，原变电所开关跳闸，经0.3h拉开86和104处开关，合上原变电所开关，186段停电0.3h；维修人员合上117处开关，117104之间停电0.7h。3h排除故障，合上86l04处开关，恢复原系统。其停电户时数为 7/15/202230华北电力大学电力工程系(3)当故障发生在104117干线上，原变电所开关重合不良，经0.3h拉开104开关，合上原变电所开关，1104段停电0.3h；3h排除故障，接通1

24、04处开关。其停电户时数为 (4)当故障发生在分支上时，正如第四节的计算一样，其停电户时数为16.38户h/年。四种情况平均停电户时数为 4供电可靠度（1）只计故障停电时有 7/15/202231华北电力大学电力工程系（2）考虑变电所全停、预安排停电和故障停电三种情况，得 5采用配电开关有备用电源的配电网供电可靠性评估（1）评估条件。若在图5-4中隔离开关处各串以电压型配电开关，隔离开关只作为检修时的明显开断点，并于117处有备用电源经重合器合闸。正常时，该重合器是短开的，线路其余参数不变。（2）变电所全停作业的户时数。当左侧变电所欲全停时，可先接通117处重合器，使两电源并列，后跳开左侧重合

25、器，全线由右侧电源供电，可不因原变电所全停而发生停电，故受影响的户时数为0。（3）预安排停电的户时数。如同第四节所述，停电户时数为29.6户h/年。7/15/202232华北电力大学电力工程系（4）故障停电。情况评估如下。 1)故障发生在186干线上。当故障发生在186号杆的干线上，原变电所重合器跳开，重合不良，86处开关自动分断，117备用电源自动投人，由备用电源向86117段送电。经3h排除故障，恢复原系统。其停电户时数为2)当故障发生在86104干线上。原变电所开关跳闸，重合不良，86处开关甲种闭锁在开断状态，104处开关乙种闭锁在开断状态，隔离了故障段后，原变电所开关重合成功，向186

26、段供电。117处备用电源投入，向104117段供电。3h后排除故障，恢复原系统。其停电户时数为 7/15/202233华北电力大学电力工程系3)当故障发生在104117干线上。原变电所开关重合不良，104处开关自动分断，1104重合成功。3h排除故障，恢复原系统。其停电户时数为 4)故障发生在支线上，其停电户时数如同第四节所叙述的一样，为9.76户h/年。考虑四种情况，平均停电户时数为 供电可用度为 7/15/202234华北电力大学电力工程系6.6 系统可靠性分析 一、串联系统的可靠性 在供电可靠性计算中，常常需要根据元件的可靠度或者故障率，对整个系统的可靠度或故障率作出估计，本节中我们来介

27、绍这种计算方法。 如图65所示的串联系统，有n个元件串联，则系统的可靠度或故障率可用下面的方法来进行计算。 1系统的可靠度计算如设组成串联系统的第个元件的可靠度为，而全系统的可靠度为P，则有 这就是说，串联系统的可靠度比最低可靠度的元件的可靠度还要低。因此，在组成配电网时，应尽量简化线路，减少串联元件的个数，以增加系统供电的可靠性。 7/15/202235华北电力大学电力工程系2. 串联系统故障率的计算如设组成串联系统的第个元件的故障率为i，则全系统的故障率为即串联系统的故障率等于组成系统所有元件的故障率之和。 二、并联系统可靠性分析 如果系统有n个元件并联，如图66所示，则其故障率和可靠度可

28、以计算如下。 1故障率的计算如果n个元件是相互独立的，即一个元件发生故障与否与另一元件无关，则系统的故障率为 2系统的可靠度系统的可靠度为 式中 i第i元件的故障率： 表示乘积。 7/15/202236华北电力大学电力工程系 设Pmax为系统中可靠度最高的元件的可靠度，而可靠度最高的元件的故障率将是最小，设其为min，因为有 故有 可见，相互独立的n个元件所组成的并联可靠度，比系统中可靠度最高的元件的可靠度Pmax还要高。 三、不是独立元件所构成的并联系统 如果有两个不是相互独立的元件，其所构成的并联系统如图67所示。若其元件A、B的可靠度分别为PA、PB，则系统的可靠度为 7/15/2022

29、37华北电力大学电力工程系6.7 网架供电可靠性的计算 构成网架的主要元件有输电线路、各种断路器、隔离开关等。按照负荷的要求所有的网络元件之间形成各种联接，为了能从整体上评价系统的可靠性，则必须把各元件形成的系统结构，利用等效原理，用一个集中的参数表示出来。在等效中作出下述假定。(1)形成网架的各条输电线路的运行状态变化，服从以故障率()、修复率()为参数的指数规律。 (2)故随和修复是相互独立的随机事件，输电线路运行状态变化也是随机事件。 (3)输电线路的修复是在故障后及时进行的，而当修复后，立即投运。根据上述假定对常见的联接给出下述等效方法。 7/15/202238华北电力大学电力工程系

30、一、串联结构的等效情况 图610中结出两条输电线路串联构成的系统，其故障率分别为1和 2，而修复率分别为1和2 。图610(b)给出了两元件串联的框图，而图610(c)给出了系统A、C之间的等效框图，设等效系统的参数分别为s、s。 如同在配电网中所介绍的概念一样，元件的故障率i表示元件i从工作状态向故障状态的转移概率；而元件的修复率i是表示元件i从故障状态向工作状态的转移概率。鉴于串联结构的连接特点，只要在串联中有一个元件失效，都将导致整个系统失效。 7/15/202239华北电力大学电力工程系若设元件1的可靠度为元件2的可靠度为 则元件1、2所组成系统的可靠度为 如此，两元件串联系统的等效故

31、障率为 推广到一般情况，对有n个元件串联的系统，其等效故障率为 对可修复系统来说，常采用可用率A（t）的概念。可用率与可靠度是不同的，其不同点在于：可靠度要求在0t时间内连续工作，而可用率则无此要求。如果元件在0t内发生过故障，一经修复，在时刻t又处于正常状态，说明元件仍是可用的。因此，就一般情况而言，可用率总是大于可靠度R（t）。 7/15/202240华北电力大学电力工程系可修复元件的可用率A（t）等于元件的修复率与修复率、故障率之和(+)的比，即 若 则元件1、2所构成串联系统的可用率为 如果考虑 1 2则系统等效修复率为 式中 系统故障率。 7/15/202241华北电力大学电力工程系

32、二、并联结构的等效情况 若网架为图611(a)所示的并联结构，其等值框图如图6(b)、图611(c)所示。 1并联系统运行机制 (1)并联系统所构成的网架，只有参与并联的元件1、2都发生故障时，系统才停运，且只要有一个元件运行，系统则运行。因此，并联系统的可靠度比参与并联的元件中最可靠的元件的可靠度还要高。 (2)并联系统有四种状态：元件l、2都完好；元件1故障，元件2完好；元件2故障，元件1完好；元件1、2都发生故障。 在这四种状态中只有第四种状态即元件l、2皆发生故障且没有修好的情况下才导致系统的停运。7/15/202242华北电力大学电力工程系2并联系统的等效参数(1)可修复元件的不可用度为 根据并联运行机制，唯有元件1、2皆不可用，系统才不可用，故系统的不可用度Qs(t)为(2)元件的修复率为 因此其未修复率为 根据并联系统的运行机制，只有元件1、2皆未修复，系统才停运，则系统的未修复率为 据此可得系统等效修复率s为 7/15/202243华北电力大学电力工程系由上述公式可解并联系统等效故障率为考虑到 上式可变为 上