供電可靠性提升優(yōu)化策略

宋　偉，萬(wàn)凌云，張明君，張　盈，黃江晨

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司 電力科學(xué)研究院，重慶 401123)

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供電可靠性提升優(yōu)化策略

宋偉，萬(wàn)凌云，張明君，張盈，黃江晨

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司 電力科學(xué)研究院，重慶 401123)

摘要：基于重慶地區(qū)中壓配電網(wǎng)的供電可靠性現(xiàn)狀，在全壽命周期成本(LCC)分析模型的基礎(chǔ)上建立了可靠性成本效益分析模型，提出了供電可靠性提升優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：中壓配電網(wǎng)；可靠性；可靠性成本效益分析模型；優(yōu)化策略

電力系統(tǒng)可靠性是指電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量，不間斷地向電力用戶提供電力和電量的能力的量度[1]。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)中聯(lián)接輸電網(wǎng)與用戶的重要環(huán)節(jié)，其可靠性水平對(duì)用戶供電可靠性有著直接的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因配電網(wǎng)故障造成的停電占用戶停電故障數(shù)的80%左右，因此配電網(wǎng)的可靠性在電力系統(tǒng)起著非常重要的作用[2-3]。由于歷史的原因，我國(guó)對(duì)發(fā)電、輸電環(huán)節(jié)投入較大，而對(duì)配電網(wǎng)的建設(shè)則相對(duì)滯后，從而導(dǎo)致供電可靠性低。目前，重慶地區(qū)的配電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)達(dá)地區(qū)相比仍存在很大差距。同時(shí)隨著重慶地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)配電網(wǎng)的供電能力、供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也越來(lái)越高，因此研究如何提升重慶地區(qū)用戶供電可靠性變得十分迫切。

配電網(wǎng)的供電可靠性與電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是相互制約和相互協(xié)調(diào)的關(guān)系，電力公司在決策經(jīng)營(yíng)中不僅要考慮到配電網(wǎng)的可靠性，還應(yīng)考慮電網(wǎng)投資建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。提高供電可靠性，需要增加配電網(wǎng)的投資成本，這會(huì)使電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性下降，但如果不采取任何措施，那么由于停電損失的增加，電網(wǎng)的總成本可能會(huì)上升，因此有必要平衡電網(wǎng)的供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性[4]。

本文通過(guò)對(duì)供電系統(tǒng)用戶供電可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，查找重慶地區(qū)用戶供電可靠性現(xiàn)狀與目標(biāo)之間的差距，結(jié)合配網(wǎng)專業(yè)管理，確定制約可靠性水平的關(guān)鍵因素，并提出有針對(duì)性的可靠性提升策略；利用建立的可靠性成本效益分析模型，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)可靠性提升策略進(jìn)行定性或定量分析，最終形成優(yōu)化的可靠性提升策略。

1資產(chǎn)策略模型

1.1全壽命周期成本(LCC)分析模型

電力設(shè)備LCC是指設(shè)備從設(shè)計(jì)到退役的整個(gè)期間需要的費(fèi)用總和，即設(shè)備全壽命周期費(fèi)用，它往往數(shù)倍于設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)用[5]。電力設(shè)備LCC的計(jì)算與分析，從設(shè)備LCC的角度出發(fā)，在模擬設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)金流預(yù)測(cè)分析，將設(shè)備按照年折舊率或年折舊額度進(jìn)行折舊。同時(shí)，考慮資金的時(shí)間價(jià)值，用等年值或凈現(xiàn)值的方法考慮設(shè)備使用過(guò)程中產(chǎn)生的現(xiàn)金收入和支出，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全壽命周期費(fèi)用分析，并以此作為投資方案選擇的依據(jù)。

設(shè)備LCC的模型為

LCC=CIA+CTL+CL+CRA+COA

(1)

式中：CIA為設(shè)備投資費(fèi)用的等年值；CTL為設(shè)備年運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)；CL為年停電損失費(fèi)用；CRA為設(shè)備殘值等年值；COA為其他費(fèi)用等年值。

1.2可靠性評(píng)估模型

可靠性評(píng)估模型主要用于預(yù)測(cè)可靠性提升措施和策略(含電網(wǎng)改造項(xiàng)目)的改善效果。模型輸入?yún)?shù)分為基礎(chǔ)參數(shù)和可靠性參數(shù)[6]。其中，基礎(chǔ)參數(shù)包括電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、配電線路基礎(chǔ)參數(shù)、配電變壓器基礎(chǔ)參數(shù)以及負(fù)荷點(diǎn)參數(shù)；可靠性參數(shù)包括故障停電相關(guān)參數(shù)和預(yù)安排停電相關(guān)參數(shù)。模型輸出為負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，包括停電時(shí)間、停電頻率、可用率、缺供電量等。在本文中，可靠性評(píng)估模型主要用于預(yù)測(cè)可靠性提升措施和策略實(shí)施后減少的年缺供電量。

1.3可靠性成本效益分析模型

可靠性成本效益分析模型在LCC成本分析模型基礎(chǔ)上增加了可靠性效益分析模型，把可靠性成本和可靠性效益統(tǒng)一在經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)行衡量，從而實(shí)現(xiàn)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)。模型通過(guò)定量計(jì)算可靠性提升措施的成本和減少停電帶來(lái)的效益，得到單位成本的效益，在此基礎(chǔ)上可確定最佳可靠性策略，實(shí)現(xiàn)成本、效能和風(fēng)險(xiǎn)的綜合最優(yōu)。為了避免設(shè)備壽命差異帶來(lái)的影響，選擇等年值法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。

單位成本的效益為

G=B/(A+CM)

(2)

式中：B為每年減少停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益；A為設(shè)備投資費(fèi)用等年值；CM為年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

(3)

式中： P為設(shè)備投資現(xiàn)值(即現(xiàn)值單價(jià))；i為貼現(xiàn)率；l為設(shè)備的使用壽命。

設(shè)備每年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用包括其運(yùn)行成本、檢修維護(hù)成本和故障成本，按設(shè)備投資現(xiàn)值百分?jǐn)?shù)的形式給出，即

CM=P×H

(4)

式中：H為百分?jǐn)?shù)系數(shù)。

減少停電的經(jīng)濟(jì)效益，計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，與停電的發(fā)生時(shí)間、缺電量、停電持續(xù)時(shí)間、停電頻率及用戶類型等很多因素有關(guān)。其中主要應(yīng)考慮用戶的停電持續(xù)時(shí)間及用戶類型，不同持續(xù)時(shí)間、不同用戶的單位停電損失各不相同。簡(jiǎn)單起見，減少停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益由缺供電量和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)電比進(jìn)行計(jì)算。

(5)

式中：ENS為減少的年缺供電量；R為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)電比。

在實(shí)際應(yīng)用中，可對(duì)電網(wǎng)改造項(xiàng)目進(jìn)行可靠性成本效益分析，當(dāng)單位成本的效益G>1時(shí)，可實(shí)施改造項(xiàng)目，并依據(jù)G的數(shù)值大小確定改造項(xiàng)目的優(yōu)先順序。

2供電可靠性現(xiàn)狀分析

2.1停電原因分析

2.1.1預(yù)安排停電原因分析

從重慶公司整體情況看，預(yù)安排停電時(shí)戶數(shù)占停電總時(shí)戶數(shù)的85.6%，占主導(dǎo)地位。檢修停電、工程停電和調(diào)電是預(yù)安排停電的主要部分，分別占預(yù)安排停電時(shí)戶數(shù)的49.3%，38.3%，11.5%；進(jìn)一步細(xì)分責(zé)任原因得到，10 kV配電網(wǎng)設(shè)施計(jì)劃?rùn)z修、10 kV配電網(wǎng)設(shè)施計(jì)劃施工、業(yè)擴(kuò)工程施工分別占預(yù)安排停電的41.9%，22.4%，9.3%。影響預(yù)安排停電的主要因素分析如下。

1)10 kV配電網(wǎng)設(shè)施檢修停電。10 kV配電設(shè)備量多、面廣，檢修停電難以避免；線路重載及開關(guān)配置不合理，配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)率低、互代能力弱，以及網(wǎng)絡(luò)N-1率較低，停電多數(shù)為單一工作，不能有效開展綜合停電。

2)10 kV配電網(wǎng)工程停電。電網(wǎng)建設(shè)需求及工程里程碑計(jì)劃安排，造成10 kV配電網(wǎng)設(shè)施計(jì)劃施工停電難以避免；城市老舊街區(qū)受地形條件和工作面的限制無(wú)法實(shí)施帶電作業(yè)；業(yè)擴(kuò)用戶接入受業(yè)擴(kuò)流程時(shí)限的限制，使得部分工程無(wú)法更好地做到“一停多用”，造成重復(fù)停電。

2.1.2故障停電原因分析

從重慶公司整體情況看，故障停電時(shí)戶數(shù)為14.47%。10 kV配電網(wǎng)設(shè)施故障占故障停電的97.3%，其中設(shè)備老化、檢修試驗(yàn)不良、外力因素、氣候因素分別占故障停電的19.3%，38.2%，14.6%，16.1%。影響故障停電的主要因素分析如下。

1)設(shè)備老化因素。一是規(guī)劃及設(shè)計(jì)中對(duì)雷擊、鹽霧氣候因素考慮不足，導(dǎo)致設(shè)備絕緣性能衰減、機(jī)械強(qiáng)度老化；二是夏季負(fù)荷高峰期部分線路滿載運(yùn)行，大大降低了設(shè)備的運(yùn)行壽命；三是部分設(shè)備質(zhì)量較差，運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)就出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

2)檢修試驗(yàn)不良。主要是技術(shù)能力不足，未按規(guī)范進(jìn)行作業(yè)造成。

3)外力破壞。主要原因是外部施工影響、交通車輛破壞、異物短路。

4)氣候因素。部分區(qū)域配電網(wǎng)相對(duì)薄弱，電力設(shè)施受大風(fēng)大雨和雷擊影響較大。

2.2停電原因分析結(jié)論

綜合預(yù)安排停電和故障停電原因分析結(jié)果，影響停電的主要責(zé)任原因?yàn)?0 kV配電網(wǎng)設(shè)施計(jì)劃?rùn)z修、10 kV配電網(wǎng)設(shè)施計(jì)劃施工、調(diào)電、業(yè)擴(kuò)工程施工、檢修試驗(yàn)不良、設(shè)備老化、氣候因素和外力因素。

2.3供電可靠性管理目標(biāo)

重慶市電力公司 2013年城網(wǎng)供電可靠率實(shí)際完成值為99.953 2%。公司2014年城網(wǎng)供電可靠率目標(biāo)值為99.956%，考慮到用戶的自然增長(zhǎng)，公司 2014年停電時(shí)戶數(shù)同比至少應(yīng)減少3 600時(shí)戶。未來(lái)3年的可靠性規(guī)劃目標(biāo)值見表1。

表1　供電可靠性目標(biāo)值　%

3可靠性提升優(yōu)化策略

3.1降低檢修和工程停電影響的策略

降低檢修和工程停電影響的策略有以下幾點(diǎn)。

1)加強(qiáng)綜合停電計(jì)劃管理，實(shí)行全口徑的停電平衡，實(shí)現(xiàn)“七結(jié)合”： ①基建、生產(chǎn)改造、用戶工程與設(shè)備檢修相結(jié)合；②一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)檢修相結(jié)合；③不同供電單位維護(hù)同一線路檢修時(shí)間相結(jié)合；④同一停電范圍內(nèi)相關(guān)設(shè)備檢修相結(jié)合；⑤各電壓等級(jí)系統(tǒng)檢修相結(jié)合；⑥輸變電設(shè)備檢修與發(fā)電設(shè)備檢修相結(jié)合；⑦電網(wǎng)設(shè)備檢修與用戶設(shè)備檢修相結(jié)合。

可靠性成本效益分析：新增可靠性成本為0；可靠性效益為減少的停電時(shí)間和次數(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)險(xiǎn)分析：屬一般風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)用建議：廣泛適用。

2)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)長(zhǎng)線路加裝分段開關(guān)以減少停電范圍，對(duì)于單輻射線路增加聯(lián)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)供電。

可靠性成本效益分析：增加開關(guān)或聯(lián)絡(luò)線會(huì)增加投資以及后期的運(yùn)維檢修成本；效益為減少停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)應(yīng)用可靠性成本效益分析模型和可靠性評(píng)估模型對(duì)不同類型供電區(qū)域的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到不同類型供電區(qū)域的最優(yōu)目標(biāo)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如表2所示。

表2　10 kV配電網(wǎng)目標(biāo)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)推薦表

風(fēng)險(xiǎn)分析：屬一般風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)用建議：對(duì)電網(wǎng)改造項(xiàng)目進(jìn)行可靠性成本效益分析，當(dāng)單位成本的效益G>1時(shí)可實(shí)施改造項(xiàng)目，并依據(jù)G的數(shù)值大小確定改造項(xiàng)目的優(yōu)先順序。也可以按照以下原則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：①比照10 kV配電網(wǎng)目標(biāo)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)推薦表，對(duì)工程及檢修停電影響較大的地區(qū)進(jìn)行電網(wǎng)改造；②10 kV 架空線路主干線應(yīng)根據(jù)線路長(zhǎng)度和負(fù)荷分布情況進(jìn)行分段(一般不超過(guò)5 段)，并裝設(shè)分段開關(guān)，重要分支線路首端可安裝分段開關(guān)。

3)開展旁路作業(yè)。

可靠性成本效益分析：作業(yè)裝備購(gòu)置成本較高，對(duì)作業(yè)人員要求較高，每次作業(yè)人員數(shù)量較多，總體成本較高；效益為減少停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)險(xiǎn)分析：絕緣工器具的絕緣性能可能劣化，人員技能水平可能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，屬一般風(fēng)險(xiǎn)，接近中等風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)用建議：已購(gòu)置作業(yè)裝備的單位可根據(jù)環(huán)境和人員安排情況適時(shí)開展旁路作業(yè)。對(duì)于重要用戶，條件允許時(shí)應(yīng)安排旁路作業(yè)。

4)開展帶電作業(yè)。

可靠性成本效益分析：作業(yè)裝備購(gòu)置成本較高但低于旁路作業(yè)，對(duì)作業(yè)人員要求較高，對(duì)于已購(gòu)置作業(yè)裝備的單位實(shí)施帶電作業(yè)不會(huì)增加成本；效益為減少停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)險(xiǎn)分析：緣工器具的絕緣性能可能劣化，人員技能水平可能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，屬一般風(fēng)險(xiǎn)，接近中等風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)用建議：已購(gòu)置作業(yè)裝備的單位在條件允許時(shí)應(yīng)開展帶電作業(yè)，并逐步探索增加帶電作業(yè)項(xiàng)目。

5)推廣配網(wǎng)狀態(tài)檢修。

可靠性成本效益分析：配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修將大幅減少檢修次數(shù)和成本；效益為減少停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)險(xiǎn)分析：屬一般風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)用建議：能廣泛適用。

3.2降低調(diào)電影響的策略

2013年調(diào)電共影響停電時(shí)戶數(shù)17 672.65時(shí)戶，降低10 kV配電網(wǎng)設(shè)施調(diào)電影響的策略為推廣合環(huán)換電。

可靠性成本效益分析：合環(huán)換電成本主要為合環(huán)換電裝置購(gòu)置成本以及配套的站所改造成本，由于公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，裝置購(gòu)置成本不高，改造完成后每年只需要很少的運(yùn)維成本；效益為減少停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)險(xiǎn)分析：合環(huán)換電裝置已經(jīng)比較成熟，屬一般風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)用建議：在調(diào)電影響較大的地區(qū)推廣合環(huán)換電。

3.3降低檢修試驗(yàn)不良影響的策略

每年因檢修試驗(yàn)不良共影響停電時(shí)戶數(shù)9 905.383 3時(shí)戶，降低檢修試驗(yàn)不良影響的策略是：加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高一線人員作業(yè)能力；加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理，進(jìn)一步規(guī)范作業(yè)流程和標(biāo)準(zhǔn)。

可靠性成本效益分析：只需要很少的培訓(xùn)和管理成本，就能為減少故障停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)險(xiǎn)分析：無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)用建議：廣泛適用。

3.4降低設(shè)備老化影響的策略

每年因設(shè)備老化共影響停電時(shí)戶數(shù)4 997時(shí)戶，降低設(shè)備老化影響的策略是：設(shè)計(jì)階段考慮環(huán)境和氣候影響；設(shè)備招投標(biāo)階段要求供應(yīng)商提供可靠性成本效益分析報(bào)告和設(shè)備可靠性參數(shù)，杜絕低價(jià)中標(biāo)；加強(qiáng)入網(wǎng)設(shè)備抽檢和日常運(yùn)維，提高設(shè)備健康水平；開展設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)，對(duì)老化設(shè)備進(jìn)行改造或更換。

可靠性成本效益分析：提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)造成建設(shè)成本增加；對(duì)老化設(shè)備改造或更換會(huì)增加設(shè)備投資費(fèi)用；其余措施無(wú)明顯新增成本；效益為減少停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)險(xiǎn)分析：無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)用建議：對(duì)于環(huán)境和氣候影響較大的地區(qū)，適當(dāng)提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，延緩設(shè)備老化；對(duì)于故障率較高的老化設(shè)備，進(jìn)行改造或更換；也可以利用可靠性成本效益分析模型對(duì)設(shè)計(jì)方案、老化設(shè)備改造或更換方案進(jìn)行分析，當(dāng)單位成本的效益G>1時(shí)實(shí)施。

4結(jié)論

本文立足重慶市電力公司供電可靠性現(xiàn)狀，結(jié)合配電網(wǎng)專業(yè)管理確定了制約可靠性水平的關(guān)鍵因素，應(yīng)用建立的可靠性效益成本分析模型，提出了優(yōu)化的可靠性提升策略。

1)在LCC成本分析模型的基礎(chǔ)上建立了可靠性成本效益分析模型，通過(guò)定量計(jì)算可靠性提升措施的成本和減少停電帶來(lái)的效益，得到單位成本的效益，將該模型應(yīng)用于實(shí)際電網(wǎng)改造項(xiàng)目中，當(dāng)單位成本的效益G>1時(shí)可實(shí)施改造項(xiàng)目，并依據(jù)G的數(shù)值大小確定改造項(xiàng)目的優(yōu)先順序，最終實(shí)現(xiàn)成本、效能和風(fēng)險(xiǎn)的綜合最優(yōu)。

2)通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，確定了影響重慶地區(qū)供電可靠性的主要因素為檢修停電、工程停電、調(diào)電、設(shè)備老化因素、檢修試驗(yàn)不良、外力破壞和氣候因素，提出了針對(duì)性的可靠性提升策略。

3)利用可靠性成本效益分析模型，對(duì)提出的可靠性提升策略進(jìn)行細(xì)致分析，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分析，提出了重慶地區(qū)供電可靠性提升優(yōu)化策略，并給出了策略應(yīng)用建議。

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A Study on Optimizing Strategies of Improving the Reliability of Power Supply

SONG Wei，WAN Lingyun，ZHANG Mingjun，ZHANG Ying，HUANG Jiangchen

(Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing401123，P.R.China)

Abstract：Based on the reliability status of power supply of the medium voltage distribution network in Chongqing，this article introduces the modeling of the reliability cost-benefit analysis based on the LCC cost analysis model as well as putting forward optimizing strategies to improve the reliability．

Key words：medium voltage distribution network；reliability；reliability cost-benefit analysis model；optimizing strategies

收稿日期：2015-05-25

作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)凌云(1983-)，工程師，研究方向?yàn)殡娏煽啃约芭潆娋W(wǎng)技術(shù)。

中圖分類號(hào)：TM727

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-8032(2016)02-0016-04