自動化配網(wǎng)的供電可靠性研究

侯梧琴

摘要：供電可靠性是衡量電力系統(tǒng)為用戶提供電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，通常定義為供電系統(tǒng)對用戶持續(xù)供電的能力。文章闡述了配網(wǎng)自動化系統(tǒng)及其提高供電可靠性的作用，分析了配網(wǎng)自動化系統(tǒng)供電可靠性的量化評估方法與提高措施。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；自動化；供電可靠性；電力系統(tǒng)；電能質(zhì)量 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2015）11-0133-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.066

供電可靠性是衡量電力系統(tǒng)為用戶提供電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，通常定義為供電系統(tǒng)對用戶持續(xù)供電的能力。有數(shù)據(jù)表明，故障停電主要是因為配電網(wǎng)故障引起的（超過80%），所以提高供電可靠性首先應(yīng)從提高配電網(wǎng)的供電可靠性做起。城市配電網(wǎng)密如蛛網(wǎng)，故障定位是一大難點。受到交通堵塞、不良天氣等因素影響，檢修人員要花費較多時間趕往現(xiàn)場；到達現(xiàn)場后，又要通過多次分合閘才能確定故障點，在這個過程中故障所在饋線一直處于停電狀態(tài)，而配網(wǎng)自動化技術(shù)可以迅速判斷故障區(qū)域，并在很短時間內(nèi)將故障隔離在最小范圍內(nèi)，同時恢復(fù)非故障區(qū)域供電，這對于縮短停電范圍與時間、提高供電可靠性有著顯著的作用。實際上，世界各國發(fā)展配網(wǎng)自動化的初衷雖然不盡相同，但大部分國家的主要目的就是提高供電可靠性。無疑，采用配網(wǎng)自動化模式有助于提高供電可靠性。然而，配網(wǎng)自動化是一個系統(tǒng)工程，并非對某一段線路應(yīng)用了自動化設(shè)備就能立竿見影地提高供電可靠性，譬如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理，不滿足N-1原則，是無法顯著提高供電可靠性的；再如我國計劃停電時間比例高達80%，不解決合理規(guī)劃和有效維護問題，配網(wǎng)自動化也難以充分顯現(xiàn)其作用。

1 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)概述

1.1 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)（DAS）主要包括變電所自動化（SA）、饋線自動化（FA）和需方管理自動化（DSM）三方面的內(nèi)容，也就是由計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和遠方終端設(shè)備所組成的，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)進行遠方實時監(jiān)控，并與電網(wǎng)調(diào)度自動控制系統(tǒng)進行聯(lián)系的自動化系統(tǒng)。

1.2 變電所自動化

變電所（也包括開閉所）在配電網(wǎng)中作用和地位非常關(guān)鍵，其既為上級配網(wǎng)的負荷，又為下級配網(wǎng)的電源，配網(wǎng)自動化往往是從變電所自動化開始的。目前，變電所自動化是通過將變電所二次設(shè)備進行功能整合和優(yōu)化設(shè)計，綜合利用計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和微電子技術(shù)等，實現(xiàn)對全所設(shè)備和線路的自動監(jiān)控和微機保護等功能的。變電所自動化應(yīng)具有以下功能：（1）微機遠動功能，即遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、系統(tǒng)對時、電能采集、自恢復(fù)、自檢測、SCADA通信等功能；（2）微機繼電保護功能；（3）自動控制功能等。變電所自動化的結(jié)構(gòu)分為集中式和分散式兩種，分布式滿足功能的效果更好，所以目前大多采用分布式結(jié)構(gòu)。

1.3 饋線自動化

饋線是配網(wǎng)中連接用戶負荷的回路，實現(xiàn)饋線自動化就能迅速而準(zhǔn)確地判斷故障區(qū)段并加以隔離而恢復(fù)健康區(qū)段的供電。饋線自動化包含運行狀態(tài)監(jiān)測、遠方與就地控制、故障區(qū)隔離、無功補償與調(diào)壓等功能。饋線自動化的模式也有集中式和分散式兩種。集中式需要將采集到的信息送到配網(wǎng)主站去作出故障區(qū)段的判斷，因而故障切斷和恢復(fù)時間較長；而分散式基于饋線開關(guān)的配合完成故障區(qū)段隔離與非故障區(qū)段供電恢復(fù)。雖然不需要向配電主站上傳信息，但故障隔離后或饋線運行方式發(fā)生改變時，需要人工調(diào)整參數(shù)，并且恢復(fù)供電也要經(jīng)過多次重合閘，對運行設(shè)備沖擊較大，然而隨著饋線終端（FTU）功能的完善，增加了故障判斷、故障隔離、供電恢復(fù)等功能，集中式有向分散式發(fā)展的趨勢。饋線自動化的實現(xiàn)方法主要有以下兩種：（1）重合器方案，即利用多級重合器配合或重合器與分段器配合實現(xiàn)饋線自動化；（2）FTU方案。由于重合器方案只能在線路有故障時發(fā)揮作用，不能完成正常的倒閘操作，也無法通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實現(xiàn)最佳的配電方案，而FTU方案可以很好地解決這些問題。

1.4 需方管理自動化

需方管理自動化就是根據(jù)用戶負荷需要進行管理的自動化系統(tǒng)，與變電所自動化、饋線自動化不同的是，需方管理自動化不是基于供方的需要，而是根據(jù)需方的需求進行管理。需方管理自動化系統(tǒng)由負荷監(jiān)控與管理（LCM）、遠方抄表與電能計費自動化（AMR）所組成。

2 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的供電可靠性

2.1 供電可靠性量化評估

前已述及供電可靠性的概念，但要度量供電可靠性就需要用到一些指標(biāo)，主要是基于供電中斷頻率和供電持續(xù)時間的由統(tǒng)計方法計算得到的指標(biāo)。這類指標(biāo)有數(shù)十種之多，下面介紹常用的四個：（1）系統(tǒng)平均停電頻率（SAIFI）：是指供電系統(tǒng)中的用戶在1年內(nèi)的平均停電次數(shù)，可用“SAIFI=用戶停電總次數(shù)/系統(tǒng)供電的總戶數(shù)”計算，單位為戶/年；（2）系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間（SAIDI）：是指供電系統(tǒng)中的用戶在1年內(nèi)受到的平均停電的持續(xù)時間，可用“SAIDI=用戶停電持續(xù)時間之和/系統(tǒng)供電的總戶數(shù)”計算，單位為小時/（戶·年）；（3）用戶平均停電持續(xù)時間（CAIDI）：是指1年內(nèi)用戶受停電影響的用戶每次停電持續(xù)的時間，可用“CAIDI=用戶停電持續(xù)時間之和/用電總次數(shù)=SAIDI/SAIFI”計算，單位為小時/（戶·年）；（4）供電可靠率（ASAI）：是指1年內(nèi)用戶持續(xù)供電小時數(shù)與對用戶應(yīng)供電小時數(shù)之比，可用“ASAI=用戶可用電小時數(shù)/用戶需電小時數(shù)=1-（SAIDI小時數(shù)/8760）（8760在閏年取8784）”計算，單位為%。下面以一個例子說明供電可靠性指標(biāo)的計算。

某饋線采用集中式自動化系統(tǒng)，分為30條支路，接23個負荷點，配置23個配變和23個熔斷器，設(shè)置1個分段開關(guān)和4個斷路器。假設(shè)線路故障率為年均每公里0.05次，故障線路修復(fù)時間平均為6小時。斷路器動作可靠性為80%，故障率為年均0.002次，平均故障修復(fù)時間為6小時。隔離開關(guān)動作時間為40分鐘。配變故障率為年均0.015次，切換到備用配變需時1小時。熔斷器熔斷可靠性為100%。分段開關(guān)操作時間為40分鐘?，F(xiàn)采用網(wǎng)絡(luò)等值法并結(jié)合MATLAB編程，算出供電可靠性指標(biāo)為SAIFI=1.785戶/年，SAIDI=4.465小時/（戶·年），CAIDI=2.501小時/（戶·年），ASAI=99.95%。

2.2 提高配網(wǎng)自動化供電可靠性的措施

提高配網(wǎng)自動化的供電可靠性可通過以下措施：（1）統(tǒng)一配網(wǎng)規(guī)劃，并按照N-1原則規(guī)劃配網(wǎng)架構(gòu)，設(shè)置充足的電源；（2）合理分段以減小故障時停電的用戶數(shù)量；（3）配置可靠的配電設(shè)備，如質(zhì)量可靠的配變、饋線開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜、架空線、電纜及接頭等；（4）對重要用戶保證雙電源供電并配置備自投裝置；（5）配電自動化與繼電保護裝置、安全自動裝置協(xié)調(diào)配合，并盡量采用多級繼電保護配合；（6）集中智能配電自動化與分布智能協(xié)調(diào)控制，以發(fā)揮各自優(yōu)勢；（7）采用狀態(tài)檢修代替預(yù)防性試驗、年度定檢和故障后檢修，推廣不停電作業(yè)方法等。

3 結(jié)語

應(yīng)用配網(wǎng)自動化技術(shù)雖然有助于提高供電可靠性，但提高供電可靠性不是配網(wǎng)自動化的唯一目標(biāo)，提高供電可靠性的途徑也不是只有配網(wǎng)自動化一條途徑，并且應(yīng)用了配網(wǎng)自動化也未必一定會提高供電可靠性。明白了這些道理，有利于正確認(rèn)識配網(wǎng)自動化與提高供電可靠性的關(guān)系，綜合運用各方面的措施達到穩(wěn)定生產(chǎn)、改善電能質(zhì)量、提高供電可靠性的目的。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：蔣建華）