城市配網(wǎng)自動化可靠性評估與成本效益分析

呂穎利

（濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濟(jì)源 459000）

隨著社會的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，人們對于電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性的依賴越來越重，在這樣的情況下，電力供應(yīng)一旦出現(xiàn)問題，可能會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，為了能夠?qū)Τ鞘须娋W(wǎng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且自動排除一些故障隱患，減少人力的投入，增加工作的準(zhǔn)確性，城市配網(wǎng)的自動化勢在必行，在此之前，還應(yīng)該結(jié)合城市配網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和其他方面，對其可靠性進(jìn)行綜合的評估。

1 配網(wǎng)自動化對其可靠性的影響及其定量評估模型

城市配網(wǎng)自動化的本質(zhì)，就是利用電子設(shè)備對城市配網(wǎng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一處出現(xiàn)故障的時(shí)候，能夠通過重合器、分段器等新型開關(guān)實(shí)現(xiàn)可靠中斷供電，迅速將故障區(qū)域隔離，之后自動對非故障區(qū)域的供電進(jìn)行恢復(fù)，在這個(gè)過程中，一方面避免了故障區(qū)域影響的擴(kuò)大，另一方面，也能第一時(shí)間的恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，保證人們正常的生產(chǎn)和生活。

而傳統(tǒng)的城市配網(wǎng)模型中，當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，需要人工對故障區(qū)域進(jìn)行排查，一旦故障點(diǎn)出現(xiàn)在偏遠(yuǎn)地區(qū)，排查和檢修耗費(fèi)的時(shí)間非常多，而通電必須在故障排除之后，如上文所述，現(xiàn)階段城市居民的生產(chǎn)生活對電力的需求和依賴非常大，停電時(shí)間越長，就會導(dǎo)致人們的生活越不變，居民對于供電企業(yè)的滿意度就會下降，而對于生產(chǎn)來講，更是直接影響經(jīng)濟(jì)效益，從這一點(diǎn)來說，城市配網(wǎng)的自動化具有非常大的必要性，能夠在一定程度上解放人力、精確對故障進(jìn)行排查，縮短檢修時(shí)間，這對人們的生活和生產(chǎn)都有著巨大的幫助。。

在實(shí)際的供電過程中，我們引入一個(gè)非常常見的開環(huán)網(wǎng)絡(luò)供電模型，在這個(gè)供電模型中，我們在各個(gè)區(qū)域添加分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)，形成并聯(lián)，當(dāng)系統(tǒng)中的某一段供電電路出現(xiàn)故障而導(dǎo)致電壓異常的時(shí)候，分段開關(guān)迅速切斷，聯(lián)絡(luò)開關(guān)則負(fù)責(zé)與其他并聯(lián)支路連接，這樣就能夠在整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)中將故障段暫時(shí)移除，而網(wǎng)絡(luò)中的其他部分迅速恢復(fù)正常供電，之后對故障段進(jìn)行維修，維修完畢之后，斷開分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)，讓該段重新回到整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)中。

這里需要注意的是，在一定范圍內(nèi)，隨著分段開關(guān)設(shè)置的增加，電網(wǎng)被分成的段落也就越多，那么一旦某個(gè)段落出現(xiàn)故障時(shí)，影響的范圍就越小，對于供電的整體穩(wěn)定性就更有保證，但是，隨著分段的繼續(xù)增加，可能導(dǎo)致供電穩(wěn)定性的增加并不明顯而成本投入大幅增加，這樣就是得不償失了，因此，在對城市配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，要結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益對電路的分段進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)。

2 配電自動化系統(tǒng)的成本效益分析

城市配網(wǎng)的自動化能夠很大程度的提升配網(wǎng)的可靠性，但是，由于配網(wǎng)自動化需要針對現(xiàn)有的配網(wǎng)進(jìn)行改造，牽涉到大量的工程項(xiàng)目施工和設(shè)備的安裝更新，因此，投入十分巨大，對于配網(wǎng)自動化的成本效益進(jìn)行分析，就要考慮對城市原有配網(wǎng)進(jìn)行自動化所帶來的可靠性效益。

所謂可靠性效益，實(shí)在滿足城市供電的可靠性需求的前提下所得到的經(jīng)濟(jì)效益，我們知道，在一定的條件下，經(jīng)濟(jì)投入和可靠性成正比關(guān)系，即投入的成本越高，其可靠性也越高，但是，在正常認(rèn)知范圍內(nèi)，投入越高就會導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)效益降低，因此，需要對成本的投入所帶來的效益進(jìn)行實(shí)際的分析。

在分析過程中，我們一般借助停電損失來對其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，即對比自動化改造前后故障停電所帶來的供電量損失。影響停電損失的兩個(gè)變量分別是停電時(shí)間和停電范圍，停電時(shí)間越長，停電范圍越大，停電損失就越大，進(jìn)行自動化改造后，成本增加，停電損失減少，售電量相應(yīng)的增加，因此，利用售電量減去成本，能夠得到電力供應(yīng)公司的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)行前后的經(jīng)濟(jì)效益對比，就能夠得到我們需要的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，通過進(jìn)行對比，能夠在保證供電的可靠性的前提下，得到最佳的成本投入，在該投入下，能夠獲得最高的經(jīng)濟(jì)效益。

簡而言之，在停電的條件下，供電企業(yè)無法完成電力的售賣，導(dǎo)致了利益無法直接轉(zhuǎn)化，由于每一個(gè)電力供應(yīng)企業(yè)對應(yīng)的用戶眾多，而用戶的對電力的需求也根據(jù)時(shí)間段和季節(jié)存在一定的差異，一般需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和過往的記錄進(jìn)行估算，但是這個(gè)停電的經(jīng)濟(jì)效益損失，實(shí)際上是站在供電企業(yè)角度上的直接經(jīng)濟(jì)損失，而對于社會來講，停電時(shí)間過長，會帶來更大的經(jīng)濟(jì)損失，工廠停產(chǎn)、供暖供水收到影響、照明受限、無法辦公等情況，使得社會的整體效率大幅度降低，這樣帶來的損失更加無法估量，還可能導(dǎo)致社會對于供電企業(yè)的不信任，產(chǎn)生一定名譽(yù)上的損失，這些損失無法具體量化，但是也要考慮在停電的時(shí)間和范圍的大小帶來的影響當(dāng)中。

3 配電網(wǎng)自動化綜合評估流程

通過上文我們可以得知，同樣的城市配網(wǎng)自動化改造工程，由于投入的成本不一樣，其可靠性和經(jīng)濟(jì)效益也有很大的差別，主要的原因就是在于分段開關(guān)設(shè)置的數(shù)量差異，因此，對于已經(jīng)進(jìn)行了自動化改造的配電網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該對其可靠性和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評估，以此來決定配電網(wǎng)絡(luò)自動化改造的可行性，具體評估流程如下：

利用分段開關(guān)的設(shè)置，將整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)自動分成n 個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。

對每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)曾經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中因?yàn)樽詣踊脑於霈F(xiàn)的故障單獨(dú)計(jì)數(shù)，其他故障整理計(jì)數(shù)。

這樣我們就能夠?qū)@一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠性的計(jì)算，主要是計(jì)算停電時(shí)間的改善情況。

重復(fù)上述步驟，就能夠?qū)φ麄€(gè)配網(wǎng)中的所有子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠性的計(jì)算，也就能夠?qū)φ麄€(gè)配網(wǎng)的可靠性進(jìn)行評估。

將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的停電損失和成本進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算，對配電網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評估。

該評估流程，本質(zhì)上就是計(jì)算經(jīng)濟(jì)成本和停電損失之間的關(guān)系，通過上文的表述我們已經(jīng)清楚一個(gè)事實(shí)，就是通過城市配網(wǎng)的自動化改造，是能夠提升整個(gè)供電配網(wǎng)的可靠性的，在某一點(diǎn)發(fā)生故障的情況下，能夠迅速的找出故障點(diǎn)，并恢復(fù)其他區(qū)域的電力供應(yīng)，使的故障影響的范圍和時(shí)間降到最低，減少損失。當(dāng)我們考慮到一個(gè)極端的情況——城市配網(wǎng)上每隔幾米就設(shè)置一個(gè)分段開關(guān)，每家每戶都是一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，這樣的情況下，不管哪一點(diǎn)出現(xiàn)故障，都能夠迅速的隔離故障點(diǎn)，不影響其他用戶的正常用電，但是這樣投入的成本十分巨大，也就是說，投入的成本越高，電網(wǎng)的可靠性越高，降低的損失也就越多，但是如果該配電網(wǎng)絡(luò)原本的供電損失就不大，并不經(jīng)常停電，影響范圍也小，那么投入過多的成本，從經(jīng)濟(jì)效益的角度講，就是得不償失的，因此，作為供電企業(yè)，需要事先對配電網(wǎng)絡(luò)的自動化改造可行性進(jìn)行評估，一方面是評估收益，另一方面也需要找到最佳的分段方案。

4 實(shí)例分析

本次研究選擇的城市配網(wǎng)具有一定的典型性，該網(wǎng)絡(luò)截取自某城市的配電網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)典型的輻射性子網(wǎng)絡(luò)，有28 個(gè)支路16 個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，16 個(gè)變壓器和16 個(gè)熔斷器，設(shè)有自動開關(guān)3 處，對其自動化的升級改造進(jìn)行評估，主要從可靠性和經(jīng)濟(jì)效益入手，通過結(jié)果進(jìn)行分析，得到的結(jié)果如下：

該配電網(wǎng)絡(luò)未改造前每戶年均停電0.518 次，平均每次停電持續(xù)時(shí)間1.254 小時(shí)，即每年每戶的停電總時(shí)長為0.650 小時(shí)，平均每戶每年缺電416 千瓦時(shí)，進(jìn)行改造之后，用戶平均停電0.518 次，平均每次停電時(shí)間0.715 小時(shí)，平均停電時(shí)長0.370小時(shí)，年缺電227 千瓦時(shí)，由此可以看出，經(jīng)過自動化改造，該城市配電網(wǎng)中的每戶用戶供電增加了189 千瓦時(shí)，極大的提升的可靠性，單從可靠性的角度來講，該工程是可以進(jìn)行自動化改造的。

我們再從經(jīng)濟(jì)性的角度對這個(gè)工程的可行性進(jìn)行分析，經(jīng)過分析和估計(jì)，對該工程進(jìn)行自動化升級改造所需的設(shè)備和安裝費(fèi)用共計(jì)35.5萬元，安裝改造前年停電損失約為每年90萬元，而對改造后的工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評估，可以發(fā)現(xiàn)，停電損失降到50 萬以下，而新的自動化配網(wǎng)的其他費(fèi)用大概為每年40 萬元，因此，總體來講，其經(jīng)濟(jì)效益也是有所增加的。

綜合考慮該工程的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，皆有一定的益處，因此，對于該工程來講，是可以進(jìn)行自動化升級改造的，改造之后的配電網(wǎng)絡(luò)將會更加可靠，且能夠提升供電企業(yè)的實(shí)際供電收益，從用戶的角度來講，斷電的時(shí)間減少了，給生活和生產(chǎn)帶來的不便也就相應(yīng)的減少了，供電企業(yè)將能夠獲得更多的滿意度，從社會效應(yīng)的角度來看，也是具有一定的益處，綜上所述，應(yīng)該對該配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動化改造。

隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，城市化的進(jìn)一步加劇，城市中的老舊配電網(wǎng)絡(luò)都將面臨進(jìn)一步的升級和改造，可以說，自動化的配電網(wǎng)絡(luò)升級改造是必然的發(fā)展趨勢，在這樣的情況下，作為供電企業(yè)，要結(jié)合自身的利益和社會發(fā)展的需求，綜合的對配電網(wǎng)絡(luò)的改造可行性進(jìn)行分析，權(quán)衡利弊，推動社會供電的穩(wěn)定性和安全性，給更多的用戶提供便利的同時(shí)，提升自身的收益，實(shí)現(xiàn)雙贏。

5 結(jié)語

隨著城市化進(jìn)程的不斷加劇以及老舊配電網(wǎng)絡(luò)的改造和更新，城市配電網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)將和施工將會越來越頻繁，在城市配電網(wǎng)絡(luò)的管理過程中，進(jìn)行自動化的改造，能夠在網(wǎng)絡(luò)中的某處出現(xiàn)故障的時(shí)候，及時(shí)的控制故障的影響范圍，并第一時(shí)間恢復(fù)未故障地區(qū)的供電，切實(shí)的提升了供電網(wǎng)絡(luò)的可靠性，而從供電企業(yè)的角度來講，電力資源就是其商品，一旦發(fā)生斷電，就導(dǎo)致了產(chǎn)品的‘滯銷’，影響收益，自動化的城市配電網(wǎng)絡(luò)，通過縮短停電的時(shí)間和范圍，控制停電損失，提升企業(yè)的收益。