提高配電網(wǎng)供電可靠性的方法

禹錦繡，孟憲樂

提高配電網(wǎng)供電可靠性的方法

禹錦繡，孟憲樂

（天津平高智能電氣有限公司，天津 300300）

近年來，中國供電可靠性有所提高，城市用戶的供電可靠率在99.95%左右，戶平均停電時間在4～5 h，用戶平均停電頻率低于2次。與城市相比，農村用戶的供電可靠性起伏較大，平均停電時間在20 h左右，平均停電頻率超過了4次。與發(fā)達國家相比，中國存在戶均停電頻次多和停電時間長的問題，供電可靠性較低。要想提高供電可靠性，應使用高可靠性的一次設備，以減少因設備自身問題引發(fā)故障而導致的停電的情況；采用合適的配電自動化方案，可在發(fā)生故障時，縮小停電區(qū)域和縮短停電時間。

供電可靠性；戶均停電頻率；戶平均停電時間；配電自動化

經(jīng)過近年來配網(wǎng)改造和配電自動化的推進，中國供電可靠率有了一定的提高。目前，一般城市地區(qū)達到了99.9%以上，用戶年平均停電時間≤8.76 h；重要城市中心地區(qū)達到了99.99%以上，用戶年平均停電時間≤53 min。2013—2017 年全國供電可靠率變化情況如圖1所示。

圖1 2013—2017年全國供電可靠率變化情況

中國與發(fā)達國家之間仍存在較大的差距，供電可靠性仍處于較低的水平。

國際上發(fā)達國家停電時間對比如圖2所示。

圖2 國際停電時間的比較

日本的供電可靠性從圖2可以看出，日本在20世紀末就達到了戶均（年）停電時間9 min，供電可靠性處于世界領先水平。

日本高供電可靠性的經(jīng)驗如下：①一次設備可靠性高，因設備自身問題導致的故障很少；②在接地故障發(fā)生的初期進行干預，避免接地故障發(fā)展為短路故障，從而有效保全設備和線路；③通過推進配電自動化縮小停電區(qū)域、縮短停電時間。

借鑒發(fā)達國家的經(jīng)驗，以下從提高一次設備的可靠性和選擇配網(wǎng)方案的方面給出建議，希望能通過這些手段來提高供電可靠性。

1 提高供電可靠性的方法

1.1 使用高可靠性的一次設備

2017年國內故障停電主要責任原因占比分布情況如圖3所示。

從圖3中可以看出，設備原因造成的停電占比為21.02%，是所有停電故障中占比最高的。另外，設備運行維護停電占比也非常高（8.01%）。要想降低故障停電，就必須提高一次設備的可靠性。

使用高質量一次設備可減少設備自身問題引發(fā)的故障，可以有效降低故障率，提高供電可靠性。以下是設備選型方面的幾點建議：①戶外SF6斷路器良好的氣密性是保證開關長壽命和免維護的關鍵，建議產品年漏氣率應控制在0.1%以內。②戶外柱上開關密封不良會出現(xiàn)進潮和進水現(xiàn)象，導致機構銹蝕、電氣短路等，引起設備故障或損壞，直接影響配電線路正常供電的可靠性。保證開關設備良好的密封，是保證設備的長壽命和免維護的必要前提。機構箱防護等級達到IP67級可防止內外部氣體交換，有效防止潮氣和雨水等的侵入。③采用耐候性好的產品，減少鹽霧腐蝕、污穢造成絕緣下降引發(fā)的故障。④采用動作可靠、操作功小的彈簧機構，操作電壓優(yōu)選DC24 V，這有利于與饋線FTU配合實現(xiàn)保護動作。

圖3 2017年故障停電主要責任原因占比分布情況

1.2 在接地故障發(fā)生的初期進行保護

在10 kV架空線路中，80%～90%的故障是接地故障。 5 A以下的接地故障易自動消失，5～30 A的接地故障容易轉變?yōu)殚g歇性電弧，30 A以上的接地故障容易轉變?yōu)榉€(wěn)定電弧。按電力規(guī)程規(guī)定，接地故障發(fā)生后可以帶負荷運行2 h，這期間接地故障有自然消失的情況，但如果沒有自然消失就容易發(fā)展為短路故障。在接地故障發(fā)展為短路故障的過程中，會對配電設備的絕緣造成破壞，導致配電設備的可靠性降低。因此，在接地故障發(fā)生的早期對其進行保護，可起到對配網(wǎng)設備和線路有效保全的作用，從而提高電力系統(tǒng)的可靠性。

國內解決接地故障的難點主要為：故障特征量（主要是零序電流）的檢測精度低，不足以作為繼電保護的判據(jù)。零序電流具有信號小、干擾大、信噪比低、波形不穩(wěn)定的特點，且電壓高低、負荷電流大小、線路長度運行方式的改變，接地電阻的變化對其都有影響，所以零序電流的測定非常困難。同時，接地保護開關存在負荷電流下誤動作的現(xiàn)象，而導致出現(xiàn)這類現(xiàn)象的原因是由于零序電流設計時沒有考慮到負荷電流，特別是三相不平衡電流對零序電流互感器的輸出精度的影響而造成的。要想實現(xiàn)接地故障的可靠檢測，要提高零序電流的檢測精度、抗干擾能力，就要在檢測線圈外側增加屏蔽層，這樣可以有效地屏蔽和減少周圍環(huán)境產生的干擾。

1.3 選擇合適的配電自動化方案

選擇合適的配電自動化方案，實現(xiàn)故障區(qū)域的自動隔離和非故障區(qū)域的自動恢復送電。按照故障保護模式分類，配電自動化方案主要有分散型保護模式、集中保護模式和綜合型保護模式。

分散保護模式是通過故障點上游最近的開關跳閘（或重合閘）來切斷故障。分散保護的優(yōu)點是變電站斷路器保護動作次數(shù)少，發(fā)生故障時非故障區(qū)間不停電即可隔離故障區(qū)域；缺點是單件故障處理完就結束了，難以鎖定故障區(qū)間，且與變電站斷路器保護配合不當時，會造成與變電站斷路器同時跳閘。人口密度（負荷）較低的農網(wǎng)適合采用分散保護模式。

集中型保護模式是所有故障都依靠變電站保護裝置進行保護，優(yōu)點是可靠性高，可以掌控所有的事故及事故區(qū)間，有助于系統(tǒng)的維護和檢修，其系統(tǒng)擴展性強；缺點是變電站保護裝置動作次數(shù)增多，事故區(qū)間的非故障區(qū)域也會出現(xiàn)短時停電。人口密度（負荷）較高的農網(wǎng)城市適合采用分散保護模式。

綜合型保護模式依托通信技術的發(fā)展，通過通信實時監(jiān)控開關狀態(tài)、線路流/電壓信息，來收集/儲存數(shù)據(jù)進行自動控制，并且可將數(shù)據(jù)應用到預防中。基于通訊技術的綜合自動化方案可將停電區(qū)域和停電時間最小化，但投入費用較高，且對運維技能水平要求較高，適合發(fā)達城區(qū)采用。

1.4 通過提高運維水平縮短停電時間

設置避雷器，減少雷害引發(fā)的故障；采用絕緣導線，減少樹枝、旁物接觸引發(fā)的故障；增加分割區(qū)間（增加線路的分段點），在配電線路施工、過流故障時，縮小停電范圍；形成環(huán)網(wǎng)配電，發(fā)成故障時，故障區(qū)域下游可實現(xiàn)反向送電；采用發(fā)電機車應急送電，采用帶電檢修車實現(xiàn)帶電檢修。

2 結語

部分先進地區(qū)供電可靠性指標已接近或達到國際先進水平，但區(qū)域差距、城鄉(xiāng)差距仍然巨大，新形勢、新技術的發(fā)展也給供電可靠性帶來了新的機會和挑戰(zhàn)。結合開關設計和配網(wǎng)方案設計的工作經(jīng)歷，本文從設備選用和配網(wǎng)自動化方案選擇方面，提出了對縮短停電時間的幾點見解。

［1］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.2018年電力可靠性指標發(fā)布會［R］.北京：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2018.

［2］瞿海妮，劉建清.國內外配電網(wǎng)供電可靠性指標比較分析［J］.華東電力，2012，40（9）：1566-1570.

TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.028

2095－6835（2019）18－0074－02

〔編輯：張思楠〕