中壓配電網典型接線理論供電可靠性研究

張建

（云南電網有限責任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000）

0 前言

中壓供電可靠性是衡量一個供電企業(yè)綜合電網規(guī)劃和運維水平的重要指標，而隨著輸電網和高壓配電網結構的日益完善，帶電作業(yè)項目的不斷增加，預安排停電對供電可靠性造成的影響不斷減小，但中壓配電網故障停電對可靠性的影響卻在不斷上升，中壓配電網作為連接發(fā)輸電系統(tǒng)與廣大用電客戶的關鍵，其運維水平和接線方式直接決定著中壓供電可靠的高低。本文針對中壓配電網常見典型接線方式，以饋線為對象將線路和負荷塊進行等值，等值后采用故障模式后果分析法計算供電可靠性，這種定量分析中壓配電網典型接線理論供電可靠性，為提高中壓供電可靠性提供理論基礎。

1 中壓配電網運維水平

由于中壓配電網設備種類多，反映中壓配電網運維水平的指標體系較為龐大，為更好研究典型接線故障情況下的理論供電可靠性，本文針對性選取中壓配電網中數(shù)量最多的架空線路、電纜線路、變壓器三類設備的故障相關指標，作為中壓配電網運維水平的體現(xiàn)，具體指標如下：

1.1 主要設備的故障率指標

1.2 故障處理相關指標

2 中壓配電網典型接線方式

根據110 千伏及以下配電網規(guī)劃技術指導原則，目前用于10 kV 中壓配電網的典型常見接線方式主要有六種，而按電源的數(shù)量來分則又可將其分為單電源和多電源兩類。

圖1 單輻射接線方式

2.1 單電源供電方式

單電源是指只有一個電源點的供電方式，主要包括單輻射接線方式，如圖1 所示。

這種接線方式比較簡單，農村地區(qū)此接線運用比較多，主要特點是電源單一，結構簡單。其優(yōu)點是投資省，線路利用率高，維護方便。但缺點也是顯而易見的，故障時無法滿足法轉供電需求，可靠性低。

2.2 多電源供電方式

多電源是指有兩個或以上電源點的供電方式，主要包括有“n-1”單環(huán)網、n 供一備、雙環(huán)網、N 分段n 聯(lián)絡等接線方式。

1）圖2 為單環(huán)網接線方式，城市配電網中比較常見，主要特點是由兩個電源供電，一般開環(huán)運行。其優(yōu)點是接線簡單，運行方便，可滿足N-1 安全準則。缺點是投資高，線路利用率較低，僅為50%，運維有一定工作量。

2）圖3 為單環(huán)接線方式，圖4 為單環(huán)網接線方式，這兩種接線方式是目前城市配電網主要推廣的接線方式，主要特點由多個電源供電，一般開環(huán)運行。其優(yōu)點是供電可靠性高，線路利用率最高可達(n-1)/n，可滿足N-1 安全準則。缺點是為提高實際可轉供能力，聯(lián)絡點一般需在負荷等分點，組網困難；實際可轉供能力受負荷分布影響較大，實際線路利用率可能不高。

圖2 單環(huán)網接線方式

圖3 單環(huán)網接線方式

圖4 單環(huán)網接線方式

圖5 兩供一備接線方式

3）圖5 為兩供一備接線方式，圖6 為三供一備接線方式，主要特點是各負荷均由主供線路供電，另有一回線路作為備用。優(yōu)點是供電可靠性高，滿足N-1 安全準則，設備利用率較高，可達(n-1)/n。缺點是受地理位置及負荷分布等因素的影響較大，主供線路理論負載率高，故障影響范圍較廣；組網相對困難。

圖6 三供一備接線方式

圖7 雙環(huán)網接線方式

4）圖7 為雙環(huán)網接線方式，主要特點是由兩個單環(huán)網構成的雙環(huán)網運行。優(yōu)點是滿足N-1安全準則，方便為沿線可靠性要求高的中小用戶提供雙電源。缺點是線路利用率較低，僅為50%，結構復雜，投資高。

5）圖8 為N 分 段n 聯(lián) 絡（N ≤5，n ≤3）接線方式，優(yōu)點是供電可靠性較高，可滿足n-1的要求，組網較易。缺點：接線相對較復雜，故障轉供方式較多，運行調度相對困難。

3 理論供電可靠性研究方法

3.1 假設條件

為了方便對中壓配電網典型接線的供電可靠性研究分析，本文作了以下幾點假設：

1）不考慮預安排停電和10 kV 母線及以上設備故障停電對供電可靠性造成的影響。隨著電網結構的不斷加強，絕大部分中高壓電網均能滿足n-1 安全準則的要求，帶電作業(yè)項目的不斷完善，加上臨時轉供電及應急發(fā)電等措施的保障，使得預安排停電和10 kV 母線及以上設備故障停電對供電可靠性的影響十分小，用戶基本能維持正常用電，所以本文不考慮預安排停電和10 kV 母線及以上設備故障停電對供電可靠性造成的影響。

圖8 N分段n聯(lián)絡（N≤5，n≤3）接線方式

2）只考慮n-1 故障停電情況下對供電可靠性造成的影響。由于電網超過n-1 故障停電的概率呈幾何級數(shù)減少，因此電網超過n-1 故障停電對供電可靠性影響甚微，如果考慮電網超過n-1 故障停電的情況，不僅使研究分析復雜化，而且所得到的結果與只考慮n-1 故障停電情況下在同一量級水平，因此研究電網超過n-1故障停電對供電可靠性研究的意義不大，故本文只考慮n-1 故障停電情況下對供電可靠性造成的影響。

3）不考慮變壓器發(fā)生故障時，對供電線路造成受累停電影響。由于中壓變壓器大多裝有熔斷裝置，故變壓器故障時均能有效熔斷隔斷故障，不致造成線損停電考慮。

4）不考慮某段線路發(fā)生故障時，與該條線路聯(lián)絡線路的容量約束。即聯(lián)絡線有足夠的容量可供非故障段的負荷。

3.2 供電可靠性指標

供電可靠性涉及的指標有很多，根據研究需要，選取了最能反映系統(tǒng)停運嚴重程度的平均供電可靠率作為研究對象。

3.3 中壓電網典型接線理論供電可靠性研究

為了研究方法的通用性，假設一條中壓饋線分為N 段，總變壓器數(shù)為n（即總用戶數(shù)），每個分段的變壓器數(shù)量為ni（也即用戶數(shù)），線路（電纜）長度為Li，并將架空線路、電纜、變壓器故障停電率用分別用Fl、Fc、Ft表示，故障定位平均時間和故障停電平均持續(xù)時間分別用Tf、Td表示。

3.3.1 單電源供電方式下理論供電可靠性研究

單電源供電方式主要是單輻射接線方式。該方式下，故障段線路將影響其后各段用戶的供電，而通過查找故障點將故障隔離后，就可恢復其前各段線路的正常供電。

上式是針對線路為架空線形式，若線路為電纜，則用Fc代換Fl即可，下同。

3.3.2 多電源供電方式下理論供電可靠性研究

多電源供電方式主有“n-1”單環(huán)網、n 供一備、雙環(huán)網、N 分段n 聯(lián)絡等四種接線方式，這些接線方式下，某段線路故障段，只需查找故障然后將其隔離，便可恢復所有非故障段的正常供電。

由公式可知，若只按假設條件考慮，具有基本物理結構相同（即分段數(shù)、各段線路長度、各段配壓器數(shù)量均相同）的多電源接線方式理論供電可靠性都是一樣的，這主要是由于假設條件2）、4）造成的。而實際情況下，隨著電源和聯(lián)絡的增加，設備利用率將有所提升，供電可靠性也必將有一定提高。

對于每臺變壓器都有兩路電源單獨接入的雙環(huán)網接線方式，因單一線路段故障不影響變壓器正常供電，其理論供電可靠性僅受變壓器故障停電率影響。

3.3.3 多條線路理論供電可靠性的研究

基于以上分析和結論，多條線路的理論供電可靠性只需逐一按單條線路的接線方式，對應選?。?）（8）（9）式計算停電時戶數(shù)部分，分別求出各條線路的停電時戶數(shù)然后進行加和，最后便可得出多條線路的理論供電可靠性。

式中線路總條數(shù)為m，m條線路的總用戶數(shù)為n，第a條線路的段數(shù)為Na，變壓器總數(shù)為na，第a條線路的第i段線路長度為Lai，變壓器數(shù)為nai。

4 實例研究

以某一地區(qū)為例，架空線路故障停電率Fl=5.446，變壓器故障停電率Ft=0.059，故障定位平均時間表Tf=1.11，故障停電平均持續(xù)時間Td=5.65，線路分為5 段，長度分別為4、4、6、6 公里，變壓器分別為14、12、9、7 臺，用（7）、（8）式計算不同供電接線方式下線路的理論供電可靠性。

1）單電源供電方式，即單輻射接線方式時ASAI=99.931% 通過加強運維和使用一定的技術手段，使架空線故障停電率和故障定位平均時間都降低一半即Fl=2.723、Tf=0.56，此時ASAI=99.954%。

2）多電源供電方式，即使用“n-1”單環(huán)網、n 供一備、雙環(huán)網、N 分段n 聯(lián)絡等接線方式時ASAI=99.946% 通過加強運維和使用一定的技術手段，使架空線故障停電率和故障定位平均時間都降低一半即Fl=2.723、Tf=0.56，此時ASAI=99.962%。

3）多電源供電方式，若采用每臺變壓器均有兩個獨立電源供電的雙環(huán)網接線方式時ASAI=99.989%這種接線方式下，通過加強運維和使用一定的技術手段，使架空線故障停電率和故障定位平均時間都降低一半時，對理論供電可靠性無貢獻。

5 結束語

運用中壓配電網典型接線理論供電可靠性的研究結論，可以快速測算出實際情況下各線路的理論供電可靠性，同時也為提高供電可靠性提供一定的理論基礎。