配電可靠性的綜合分析

廖文健

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估引起了人們的廣泛關(guān)注。配電系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)的末端，其系統(tǒng)可靠性評(píng)估的研究和應(yīng)用可為電網(wǎng)的建設(shè)和改造提供決策依據(jù)，是保證供電質(zhì)量的重要手段。本文闡述了配電體系結(jié)構(gòu)各層的功能，并對(duì)配電可靠性進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)，從而提高供電企業(yè)可靠性的控制和管理水平，提高城市電網(wǎng)供電的可靠性。

關(guān)鍵詞：配電可靠性；分析設(shè)計(jì)；技術(shù)方法

前言

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估引起了人們的廣泛關(guān)注。配電系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)的末端，其系統(tǒng)可靠性評(píng)估的研究和應(yīng)用，可為電網(wǎng)建設(shè)和改造提供決策依據(jù)，是保證供電質(zhì)量的重要手段。

1配電系統(tǒng)可靠性概述

配電系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)的末端，是整個(gè)電力系統(tǒng)與用戶相聯(lián)、向用戶供電的最終環(huán)節(jié)。鑒于配電系統(tǒng)構(gòu)成元件眾多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方式多種多樣，給可靠性的評(píng)估工作帶來了很大困難，在配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估過程中，應(yīng)首先對(duì)配電系統(tǒng)的特性予以深入分析和研究。其中，配電系統(tǒng)的可靠性是指供電點(diǎn)到用戶，包括變電所、高低壓線路及接戶線在內(nèi)的整個(gè)配電系統(tǒng)及設(shè)備按可接受的標(biāo)準(zhǔn)及期望數(shù)量滿足用戶電力及電能需求能力的度量。

配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估基于兩方面：一方面對(duì)現(xiàn)有已運(yùn)行的配電系統(tǒng)及其主要元件進(jìn)行歷史的可靠性統(tǒng)計(jì)、分析和評(píng)價(jià)，即量度系統(tǒng)過去的性能；另一方面是為了設(shè)計(jì)、規(guī)劃和建設(shè)新的系統(tǒng)，或者在擴(kuò)大、改造和發(fā)展現(xiàn)有系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行配電系統(tǒng)的可靠性定量評(píng)估，即預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來的行為。這兩個(gè)方面的研究方法和目的不同，但關(guān)系密切。前者是后者的基礎(chǔ)和前提，后者是在前者基礎(chǔ)上的深化和發(fā)展。本文側(cè)重于研究前者，即通過對(duì)現(xiàn)有配電系統(tǒng)及其設(shè)備可靠性歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析和評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)影響元件和系統(tǒng)可靠性水平的因素，并提出相應(yīng)的增強(qiáng)性措施。

2影響配電系統(tǒng)可靠性因素

影響配電系統(tǒng)可靠性的因素主要有：停電次數(shù)和停電時(shí)間。

其中影響停電次數(shù)的因素有與故障發(fā)生頻率有關(guān)的因素、與停電規(guī)模有關(guān)的因素、與預(yù)安排停電有關(guān)的因素。

（1）與故障發(fā)生頻率有關(guān)的因素：設(shè)備性能（制造、設(shè)計(jì)、安裝、質(zhì)量）；配電線路長(zhǎng)度；負(fù)荷的大小與分布；地區(qū)狀況；導(dǎo)線耐雷水平；維護(hù)管理；檢修質(zhì)量；設(shè)備老化及更新程度；運(yùn)行操作能力及管理水平；帶電作業(yè)處理故障的能力；外部系統(tǒng)影響。

（2）與停電規(guī)模有關(guān)的因素：配電方式（雙回路、雙電源、網(wǎng)狀、環(huán)狀）；系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)狀況（聯(lián)絡(luò)線路、開關(guān)功能）；系統(tǒng)與容量及設(shè)備的裕度；負(fù)荷增長(zhǎng)情況；分段開關(guān)數(shù)量及自動(dòng)化程度；調(diào)電倒閘操作能力。

（3）與預(yù)安排停電有關(guān)的因素：與預(yù)安裝停電的合理性；檢修試驗(yàn)水平；擴(kuò)建改造施工項(xiàng)目的多少。

影響停電時(shí)間的因素則除了上述影響停電次數(shù)的幾種因素之外，還有與故障點(diǎn)探查、排除和修復(fù)有關(guān)的因素。其中包括：探查故障點(diǎn)的合理化措施、排除故障方式、檢修能力與速度、通信聯(lián)絡(luò)方式和恢復(fù)供電方式。

3配電系統(tǒng)可靠性的分析設(shè)計(jì)

3.1可靠性評(píng)估預(yù)測(cè)算法

配電網(wǎng)的可靠性評(píng)估方法有兩類：解析法和模擬法。最小路法、網(wǎng)絡(luò)等值法、故障遍歷法、故障模式后果分析法等多種算法都是解析法的主要算法，而且這些算法在精度上都是一致的。解析法的計(jì)算速度快、相對(duì)簡(jiǎn)單，在配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估中應(yīng)用廣泛，而模擬法耗時(shí)較多且精度不高，僅適合于復(fù)雜評(píng)估系統(tǒng)的計(jì)算。

其中模擬法也被稱之為蒙特卡羅法，該方法主要是以元件的原始可靠性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并通過計(jì)算機(jī)抽樣的方式對(duì)可能出現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行隨機(jī)模擬，然后再利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行求解。這種方法的計(jì)算量不容易受到系統(tǒng)規(guī)模的影響，因此其常被用于一些規(guī)模較大的復(fù)雜配電系統(tǒng)的可靠性評(píng)估當(dāng)中。采用該方法進(jìn)行可靠性評(píng)估計(jì)算時(shí)，按照是否需要考慮系統(tǒng)狀態(tài)的時(shí)序性，又可分為以下幾種方法，即非序貫仿真法、準(zhǔn)序貫仿真法以及序貫仿真法等。蒙特卡羅法的基本思想是為求解工程實(shí)際問題。首先應(yīng)建立一個(gè)概率模型，并以問題解作為相關(guān)參數(shù)，而后對(duì)該模型進(jìn)行抽樣實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算出所求參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征，以此為依據(jù)計(jì)算出所求解的近似值，該解的精確度可以采用估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差來表示。由于采用蒙特卡羅法僅需要計(jì)算出模擬元件對(duì)配電系統(tǒng)上各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的影響，所以該方法有效解決了大規(guī)模配電系統(tǒng)中可靠性計(jì)算量較大的問題。但需要闡明的是，該方法需要消耗較長(zhǎng)的時(shí)間，這主要是因?yàn)橄胍鼓M結(jié)果無限接近于真實(shí)值就必須反復(fù)進(jìn)行模擬，所以花費(fèi)的時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，這也是該方法唯一的缺點(diǎn)。

3.2建模方法分析

可靠性評(píng)估預(yù)測(cè)的建模方法包括精確法和模糊法。精確建模對(duì)建模的詳細(xì)程度要求較高，需要電網(wǎng)接線及元件的詳細(xì)拓?fù)浣＜跋嚓P(guān)歷史參數(shù)錄入后方能夠進(jìn)行可靠性評(píng)估，計(jì)算結(jié)果要求精度較高。精確建模主要包括可靠性評(píng)估和可靠性靈敏度分析，當(dāng)前配電網(wǎng)可靠性評(píng)估方法可分為模擬法和解析法兩大類。模糊建模的靈敏度分析、分解和控制可采用精確建模中的靈敏度分析結(jié)果，因?yàn)殡娋W(wǎng)的發(fā)展具有延續(xù)性。目前，電網(wǎng)和近幾年的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)近似、管理水平相似，電網(wǎng)可靠性指標(biāo)與其他因素的靈敏度也是近似的。

3.3靈敏度分析

在最優(yōu)化方法中，經(jīng)常利用靈敏度分析來研究原始數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或發(fā)生變化時(shí)最優(yōu)解的穩(wěn)定性。通過靈敏度分析還可以決定哪些參數(shù)對(duì)系統(tǒng)或模型有較大的影響。根據(jù)影響因素所具有的不同特性，將其分為兩類：一類是不可量化的因素，主要是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；另一類是可量化的因素，如設(shè)備停運(yùn)時(shí)間、負(fù)荷水平、設(shè)備停運(yùn)率等。這類因素可以分析對(duì)可靠性指標(biāo)的靈敏度，采用數(shù)值法進(jìn)行靈敏度分析。

3.4高級(jí)應(yīng)用層設(shè)計(jì)

首先對(duì)各供電分區(qū)采用模糊模型進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)，然后將可靠性指標(biāo)上報(bào)到可靠性管理部門或?qū)Ｘ?zé)由可靠性管理部門發(fā)布可靠性宏觀控制指標(biāo)，從而確定年度可靠性指標(biāo)目標(biāo)，利用電網(wǎng)模型庫對(duì)可靠性方案進(jìn)行優(yōu)選。另一方面，采用精確電網(wǎng)模型進(jìn)行可靠性評(píng)估，然后進(jìn)行靈敏度分析，實(shí)行可靠性指標(biāo)分解。要進(jìn)行控制方案的輔助設(shè)計(jì)，根據(jù)最優(yōu)控制方案排序?qū)嵭械椒桨傅膮f(xié)調(diào)分解，將控制方案分配到各部門，形成各自的控制目標(biāo)，制定各自的控制方案，并最終將控制方案發(fā)布到相關(guān)執(zhí)行部門和工作人員手中。

4提高配電系統(tǒng)可靠性的技術(shù)方法

（1）適當(dāng)加大高壓配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與改造力度。加強(qiáng)和改善高壓電網(wǎng)（35～500kv）的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使之滿足N-1配電安全準(zhǔn)則，負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力強(qiáng)，滿足可靠性要求。

（2）全面推廣帶電作業(yè)。配電網(wǎng)絡(luò)帶電作業(yè)對(duì)保證配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行、提高配電可靠性和經(jīng)濟(jì)效益有重大意義，因此對(duì)于一些簡(jiǎn)單的作業(yè)項(xiàng)目應(yīng)大力推行帶電作業(yè)方法，同時(shí)在保證安全的前提下，要不斷擴(kuò)大帶電作業(yè)的項(xiàng)目范圍。

（3）積極推廣使用配電自動(dòng)化。隨著配電系統(tǒng)改造的逐步深入，中壓配電系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了分段和聯(lián)絡(luò)，則下一步可考慮采用配電自動(dòng)化技術(shù)，以進(jìn)一步提高客戶供電的可靠率。

（4）加大新設(shè)備和新技術(shù)在配電系統(tǒng)改造中的應(yīng)用。設(shè)備水平是配電可靠性目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)保證，為此廣泛采用智能型無功補(bǔ)償裝置。智能型無功補(bǔ)償裝置有利于降低電網(wǎng)潮流，有利于提高客戶的供電可靠率，為下一步配電的自動(dòng)化打下硬件基礎(chǔ)。

（5）提高架空線路的絕緣化率。應(yīng)采用絕緣導(dǎo)線或集束導(dǎo)線以提高絕緣化率，從而避免線路導(dǎo)線接地、相間短路或斷線等故障，提高線路抗自然災(zāi)害的能力，降低外力破壞產(chǎn)生的故障停電時(shí)間。

（6）提高配電系統(tǒng)的電纜化率。電纜本身的故障率大約只有架空線的1/10，能大大提高客戶的供電可靠率。電纜網(wǎng)絡(luò)宜采用開式單（或雙）環(huán)網(wǎng)、兩個(gè)直通式備用電纜網(wǎng)相向布置的網(wǎng)絡(luò)結(jié)線方式，以保證故障的迅速隔離與非故障段的恢復(fù)配電。

（7）盡可能推廣使用移動(dòng)式發(fā)電站技術(shù)。對(duì)于難以恢復(fù)的故障搶修、大型計(jì)劃搶修及對(duì)連續(xù)供電有較高要求的特殊客戶宜采用該技術(shù)。

5結(jié)語

總而言之，配電系統(tǒng)的可靠性關(guān)系著居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)在很大程度上也影響著社會(huì)的和諧穩(wěn)定，其對(duì)維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定具有至關(guān)重要的作用，因此在不斷促進(jìn)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，要注重提高供配電系統(tǒng)的可靠性。只有保證供配電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，才能有效保證社會(huì)生產(chǎn)和生活的持續(xù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。