10 kV架空線路配電自動(dòng)化終端配置方案研究

宋馳 陳萬(wàn)喜 王成化 王華偉 王陽(yáng)

摘 要：現(xiàn)有研究文獻(xiàn)中，配電自動(dòng)化終端配置數(shù)量的選擇都是基于不同供區(qū)的供電可靠性目標(biāo)，但計(jì)算供電可靠性時(shí)往往都只考慮主干線故障的情況，未包含分支線故障的情況，這就導(dǎo)致求得的供電可靠率偏高。鑒于此，在考慮主干線故障情況的基礎(chǔ)上，增加了分支線故障、分支線故障影響主干線運(yùn)行的情況，并在不同終端配置方案下計(jì)算出各故障情況的戶(hù)均停電時(shí)間，最終得出不同配置方案的供電可靠性計(jì)算公式;然后以某地區(qū)為例，根據(jù)提出的計(jì)算公式，計(jì)算得出不同結(jié)構(gòu)的架空網(wǎng)不同終端配置方案的供電可靠率。

關(guān)鍵詞：可靠性;架空線;配電自動(dòng)化終端;配置方案

0 引言

配電終端配置數(shù)量的多少，與供電可靠性指標(biāo)密切相關(guān)，配電自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為提升供電可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)，越來(lái)越多的專(zhuān)家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)研究[1-6]。配電自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)在開(kāi)關(guān)上裝設(shè)具有“二遙”或者“三遙”功能的配電終端，從而實(shí)現(xiàn)故障的快速定位、隔離以及故障區(qū)用電恢復(fù)[7-9]。雖然裝設(shè)配電終端能提升供電可靠性，但若架空線路開(kāi)關(guān)均配置配電自動(dòng)化終端，會(huì)產(chǎn)生巨額的投資成本。

文獻(xiàn)[10]針對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃提出了一種基于混合整數(shù)和非線性規(guī)劃的配電自動(dòng)化終端配置優(yōu)化方法;文獻(xiàn)[11]構(gòu)建了以一次開(kāi)關(guān)設(shè)備和配電終端的投資、運(yùn)行費(fèi)用及故障停電損失費(fèi)用和最小值為目標(biāo)的優(yōu)化模型，進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的自動(dòng)化配置;文獻(xiàn)[12]從投入產(chǎn)出角度和供電可靠性角度對(duì)終端配置數(shù)量進(jìn)行了研究。

配電自動(dòng)化終端數(shù)量的選取依然需要進(jìn)一步研究，本文主要從供電可靠性的角度出發(fā)，說(shuō)明供電可靠性指標(biāo)與配電終端數(shù)量之間的聯(lián)系，分析配電終端模塊的模式（包括“二遙”和“三遙”終端模塊）對(duì)供電可靠性的影響，以便更加合理和全面地進(jìn)行配電自動(dòng)化規(guī)劃，從而為今后配電自動(dòng)化工程的實(shí)施提供一定的參考。

1 配電自動(dòng)化終端配置原則

配電自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平、企業(yè)的可靠性需求等因素考慮，而不是盲目開(kāi)展自動(dòng)化配置建設(shè)。自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)結(jié)合供電區(qū)具體的情況，有計(jì)劃地分階段實(shí)施，一般情況下，供電可靠性在電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃中是必須滿(mǎn)足的指標(biāo)。

根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)指導(dǎo)原則，不同供電區(qū)域在不同發(fā)展階段中，對(duì)供電可靠性的需求不一。因此，配電自動(dòng)化終端配置應(yīng)該滿(mǎn)足不同供電區(qū)對(duì)供電可靠性的不同需求。

2 配電終端供電可靠率的計(jì)算

配電終端供電可靠率與架空線路故障類(lèi)型以及終端模塊配置方式有很大的關(guān)系，下面分別對(duì)架空線路主干線故障、分支線故障、分支線影響主干線運(yùn)行這三種故障狀態(tài)進(jìn)行分析，并考慮在環(huán)網(wǎng)柜配置“三遙”終端模塊、“二遙”終端模塊以及“二遙”和“三遙”終端模塊相混合的模式這三種情況，對(duì)架空線終端供電可靠率進(jìn)行計(jì)算。

假設(shè)分段開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)為K，總用戶(hù)數(shù)為n，每條饋線均勻分段，負(fù)荷均勻分布，饋線的故障率為F（次/年），各分段故障概率相同。

故障處理時(shí)間主要由兩部分組成，即：

T=Tc+Tr? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Tc為故障隔離時(shí)間（具備“三遙”保護(hù)的分段線路故障隔離時(shí)間為0）;Tr為故障區(qū)域修復(fù)時(shí)間，包括故障區(qū)域內(nèi)具體故障位置確認(rèn)時(shí)間和開(kāi)始修復(fù)故障點(diǎn)直至恢復(fù)供電的時(shí)間。

2.1? ? 分段開(kāi)關(guān)全部配置“二遙”終端模塊的模式

2.1.1? ? 主干線故障

在全部安裝“二遙”的10 kV架空配電網(wǎng)絡(luò)中，故障處理時(shí)間可表示為式（1），假設(shè)分段線路每段的故障率為fi，由于各分段故障概率相同，所以系統(tǒng)用戶(hù)平均故障停電時(shí)間SAIDI2可表示為：

SAIDI2=TcF+r fi/n? ? ? ?（2）

2.1.2? ? 分支線故障

分支線故障時(shí)分支斷路器自動(dòng)跳閘，具有自身切除故障的能力，不影響主干線和其他分支線的正常工作。假設(shè)分支線故障時(shí)停電用戶(hù)數(shù)僅為分支線自身所帶用戶(hù)數(shù)ni′，停電時(shí)間為故障修復(fù)時(shí)間Tr，分支線路發(fā)生故障的概率為fi′，系統(tǒng)中用戶(hù)平均故障停電時(shí)間SAIDI′可表示為：

SAIDI′ni′Tr fi′/n? ? ? （3）

2.1.3? ? 分支線故障影響主干線運(yùn)行

分支線故障導(dǎo)致主干線停電時(shí)，可等效為該分支線上級(jí)分段線路故障，與主干線上分段線路故障時(shí)分析結(jié)果一致，只是將分段線路故障概率fi替換成分支線路故障影響主干線運(yùn)行的概率fj，系統(tǒng)中用戶(hù)平均故障停電時(shí)間SAIDIj可表示為：

SAIDIj=TcF1Tr fj/n? ? ? ? （4）

式中：F1為分支線路故障影響主干線運(yùn)行的總的概率。

2.1.4? ? 只計(jì)及故障因素停電的供電可用率α

綜合考慮以上3種情況，根據(jù)供電可用率定義，可以推導(dǎo)得到在分段開(kāi)關(guān)處安裝K個(gè)“二遙”終端模塊的饋線的供電可用率α2可表示為：

將式（2）（3）（4）代入式（5）得：

2.2? ? 分段開(kāi)關(guān)全部配置“三遙”終端模塊的模式

2.2.1? ? 主干線故障

對(duì)于全部安裝“三遙”終端模塊的情形，可近似認(rèn)為T(mén)c=0，即：

T=Tr? ? ? ? ? ? ?（7）

系統(tǒng)中的戶(hù)均故障停電時(shí)間SAIDI3可表示為：