基于配網(wǎng)線路最大分段用戶數(shù)的配電自動化開關布點方法

畢云川，陳晨，陳陽

（1.云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，云南 昆明 650000； 2.云南電網(wǎng)有限責任公司大理供電局，云南 大理 671000； 3.云南電網(wǎng)有限責任公司紅河石屏供電局，云南 紅河 662200）

0 前言

在現(xiàn)代化進程不斷加快的大趨勢下，各類行業(yè)建設和基礎設施的發(fā)展以及人們對電力能源的需求持續(xù)增加。近年來電力企業(yè)越來越關注配網(wǎng)的發(fā)展，也提高了對配網(wǎng)的供電可靠性要求，同時也把配電自動化放在了配網(wǎng)發(fā)展的重要位置上[1]。其目的是為了提升配網(wǎng)線路的故障防御能力，縮小故障停電范圍，減少故障停電影響時戶數(shù)[2]。配電自動化規(guī)劃設計中一個很重要的原則就是增強供電的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。但受限于指標完成情況的影響，配網(wǎng)配電自動化的建設規(guī)劃與開關布點存在按部就班的情況，轉供能力薄弱，導致系統(tǒng)的應用效果不佳[3]。有的地區(qū)采用主干線配置1~2臺配電自動化成套設備，兩臺分段斷路器之間的距離不宜超過2 km[4]的規(guī)劃布點方式。然而一些配網(wǎng)線路主干線的長度可達20 km以上，顯然這種分段方法只適用于主干線長度短，中低壓用戶數(shù)較少的配網(wǎng)線路中。

目前國網(wǎng)配電自動化開關規(guī)劃布局的模型多數(shù)基于優(yōu)化投資成本的前提下[5]，但國家電網(wǎng)和云南電網(wǎng)有較大差異，云南電網(wǎng)正處于配網(wǎng)可靠性提升三年攻堅行動中，配電自動化開關布局主要服從于提升配網(wǎng)供電可靠性其次考慮成本投入。另一方面，與南方電網(wǎng)范圍內其他發(fā)達地區(qū)比較，云南與廣東在地形地貌上存在差異，且配網(wǎng)網(wǎng)架穩(wěn)定性上有一定差距，采用廣東集中型配電自動化建設模式不能因地制宜發(fā)揮配電自動化在云南電網(wǎng)配網(wǎng)中的優(yōu)勢[6]。因此探索適合云南電網(wǎng)的配電自動化開關規(guī)劃建設模式成為提高配網(wǎng)供電可靠性的關鍵環(huán)節(jié)。

本文基于供電可靠性指標，利用n+3年故障停電時戶數(shù)預期降幅比例指標、n+3年預期故障停電時戶數(shù)指標、n+3年預期平均停電戶數(shù)指標、n+3年預期平均單次停電影響戶數(shù)指標四個指標維度來計算線路最大分段用戶數(shù)，研究了基于配網(wǎng)線路最大分段用戶數(shù)的配電自動化開關規(guī)劃布點方法。并使用該方法對XX供電局的10條10 kV高故障配網(wǎng)線路配電自動化開關規(guī)劃布點方式進行了算例仿真，通過供電可靠性指標進一步驗證了該布點方式的有效性和可行性，證明此配電自動化開關建設規(guī)劃方法對減低故障停電時戶數(shù)提高配網(wǎng)供電可靠性有顯著作用。

1 線路最大分段用戶數(shù)計算方法研究

目前配電自動化開關的規(guī)劃布點仍然處于探索階段，每個地區(qū)配網(wǎng)線路所處的自然環(huán)境和負荷分布各不相同，這也對配電自動化的規(guī)劃提出了挑戰(zhàn)。在配電自動化開關規(guī)劃不合理的情況下，反而會加大故障點查找難度，增加停電時間和范圍。因此本文提出了以線路最大分段用戶數(shù)作為依據(jù)的配電自動化開關規(guī)劃布點方法，以線路的故障情況來研究分析如何布點。該方法利用n+3年故障停電時戶數(shù)預期降幅比例指標、n+3年預期故障停電時戶數(shù)指標、n+3年預期平均停電戶數(shù)指標、n+3年預期平均單次停電影響戶數(shù)指標四個供電可靠性指標來計算線路最大分段用戶數(shù)。并希望通過該規(guī)劃布點方法發(fā)揮配電自動化的最大效能，保證供電可靠性。

其中，n+3年故障停電時戶數(shù)預期降幅比例指標通過n+3年預期全局故障停電時戶數(shù)與n年全局故障停電時戶數(shù)的比值，反映出配電自動化的投入對降低故障停電時戶數(shù)方面的作用，比值越小則說明配電自動化成效越明顯。n+3年預期故障停電時戶數(shù)指標運用n年每條高故障線路故障停電時戶數(shù)與n+3年故障停電時戶數(shù)預期降幅比例之積得到，反映出n+3年期望降到的故障停電時戶數(shù)目標，該指標越小則表示配網(wǎng)供電可靠性越高。n+3年預期平均停電戶數(shù)指標通過每條高故障線路預期故障停電時戶數(shù)與n+3年預期停電搶修時間的比值來反映每條線路n+3年因故障停電所影響的用戶數(shù)，該指標的大小反映出因故障停電所影響的用戶數(shù)，指標值越小則表示受影響的用戶數(shù)越少。n+3年預期平均單次停電影響戶數(shù)指標利用n+3年預期平均停電戶數(shù)與n+3年預期故障停電次數(shù)的比值來反映n+3年預期每次因故障停電所影響的用戶數(shù)，該指標顯示出配電自動化的實用化成效，以最少的故障后損失用戶數(shù)為代價，保證配網(wǎng)的供電可靠性。

1.1 n年故障停電時戶數(shù)計算方法

n年故障停電時戶數(shù)可以直觀反映出運行線路的故障情況以及線路運行單位對于供電可靠性管理工作取得的成效。故障停電時戶數(shù)的管控是涉及生技、調度、規(guī)劃、營銷、帶電作業(yè)等多部門多專業(yè)協(xié)調管理的結果。減少停電時戶數(shù)的措施主要包括線路通道治理成效、預安排停電計劃的合理性、配電自動化規(guī)劃建設的合理性、客戶故障出門的管控成效以及帶電作業(yè)率的占比高低。

計算線路最大分段用戶數(shù)時首先需要得出每條線路的故障停電時戶數(shù)，方便以此衡量出n+3年需要達到的供電可靠性指標要求。

n年故障停電時戶數(shù)的求解需運用負荷點故障率λ和平均正常運行概率A兩個參數(shù)。如圖1所示，負荷點的故障率由主干線和分支線上各元件的故障率之和得到。對于平均正常運行概率A的計算采用排列組合的方法求解為：該用戶所屬分支線正常運行概率的乘積與主干線正常運行概率之積的乘積。

圖1 典型配網(wǎng)輻射饋線

則各負荷點的故障率和平均正常運行概率可表示為：

求得總的負荷點故障率和平均正常運行概率后，可計算負荷點的故障停電持續(xù)時間：

式中，Ui為平均停電時間。n年故障停電時戶數(shù)采用網(wǎng)絡等值法基于成功概率的配網(wǎng)可靠性計算方法[7]得出，利用典型配網(wǎng)輻射網(wǎng)絡，由故障率λ（考慮各負荷點故障率為0.015）和平均正常運行概率A兩個參數(shù)求解故障停電持續(xù)時間e。通過計算得出的故障停電持續(xù)時間e與實際線路中壓用戶數(shù)之積得出某供電局10條高故障線路n年故障停電時戶數(shù)。

1.2 線路最大分段用戶數(shù)計算方法

本文配電自動化開關規(guī)劃布點的方法以線路最大分段用戶數(shù)為依據(jù)，在滿足系統(tǒng)供電可靠性指標要求的前提下，使每條線路兩臺配電自動化開關之間的分段用戶數(shù)最大化，則線路最大分段用戶數(shù)可表達為：

式（3）中，D為線路最大分段用戶數(shù)，C為n+3年預期全局故障停電時戶數(shù)，B為n年全局故障停電時戶數(shù)，Hn為n年每條高故障線路故障停電時戶數(shù)，T(n+3)表示n+3年預期停電搶修時間，N為n+3年預期故障停電次數(shù)。

其中，n+3年故障停電時戶數(shù)預期降幅比例指標α，通過與n年故障停電時戶數(shù)指標對比，反應配電自動化的實用化成效，其表達式如（4）所示：

n+3年每條高故障線路預期故障停電時戶數(shù)指標H(n+3)，該指標反映n+3年期望達到的配網(wǎng)供電可靠性要求，即反映配電自動化對降低故障停電時戶數(shù)方面的作用，其表達式如（5）所示：

式中，α為n+3年故障停電時戶數(shù)預期降幅比例指標。

n+3年預期平均停電戶數(shù)指標M，反映n+3年因故障停電所影響的用戶數(shù)，其表達式如（6）所示。

n+3年預期平均單次停電影響戶數(shù)指標D，即為配電自動化開關規(guī)劃布局依據(jù)，線路最大分段用戶數(shù)。該指標最大化發(fā)揮配電自動化故障的識別、隔離作用，以最少的故障后損失用戶數(shù)為代價，保證配網(wǎng)的供電可靠性。其表達式如（7）所示。

如圖2所示，給出了XX供電局10 kV線路最大分段用戶數(shù)的算法流程圖，結合上述4個配網(wǎng)供電可靠性指標維度來支撐此配電自動化開關規(guī)劃布點方式。

圖2 某供電局10 kV線路最大分段用戶數(shù)算法流程圖

2 算例仿真

2.1 n年故障停電時戶數(shù)結果驗證

通過1.1節(jié)中n年故障停電時戶數(shù)的計算方法，運用式（1）和（1）計算出每條線路總的故障停電持續(xù)時間，通過計算得出的故障停電持續(xù)時間與實際用戶數(shù)的乘積得出XX供電局10條高故障線路n年故障停電時戶數(shù)，反映出n年每條線路因故障停電對用戶的影響程度，結果如表1所示。

表1中10條配網(wǎng)線路，均是配電自動化開關覆蓋的線路，但是n年的故障停電時戶數(shù)仍然處于較高水平，說明配電自動化應用的成效較低，主要原因是由于線路上配電自動化開關的布點不合理或不足導致。當發(fā)生故障后，配電自動化開關之間由于用戶數(shù)較多線路較長所以定位出來的故障區(qū)段較大，使得故障點人工查找難度增大、搶修時間增加從而使故障停電時戶數(shù)增加，供電可靠性降低。因此需要根據(jù)線路最大分段用戶數(shù)的計算結果來進行配電自動化開關改造布點，發(fā)揮配電自動化在故障定位、隔離方面的實用化成效。

表1 XX供電局10 kV高故障線路n年故障停電時戶數(shù)

2.2 線路最大分段用戶數(shù)結果驗證

結合1.2中n+3年故障停電時戶數(shù)預期降幅比例指標、n+3年預期故障停電時戶數(shù)指標、n+3年預期平均停電戶數(shù)指標、n+3年預期平均單次停電影響戶數(shù)四個供電可靠性指標，由此計算出XX供電局10條10 kV高故障配網(wǎng)線路的最大分段用戶數(shù)，結果如表2所示。

表2 XX供電局10 kV線路分段用戶數(shù)計算結果

以10 kV線路10為例運用此計算方法對線路最大分段用戶數(shù)計算過程進行闡述。通過該供電局給出的n+3年的配網(wǎng)供電可靠性指標要求，n+3年預期全局故障停電時戶數(shù)將降至6562.733，則n+3年全局故障停電時戶數(shù)的降幅比例為34.18%。因此10 kV線路10第n+3年的預期故障停電時戶數(shù)將從n年的1183.074降至404.411。在維系n+3年預期停電搶修時間與有效故障停電次數(shù)和n年一致的情況下，計算出10 kV線路10第n+3年預期平均停電戶數(shù)55.858戶與n+3年預期平均單次停電影響戶數(shù)5.078戶。n+3年預期平均單次停電影響戶數(shù)5戶即為10 kV線路10配電自動化開關規(guī)劃布點的依據(jù)線路最大分段用戶數(shù)。

2.3 線路最大分段用戶數(shù)規(guī)劃布點方法分析

通過對10條高故障線路最大分段用戶數(shù)的計算，明確了每條線路配電自動化開關的布點方法。以10 kV線路10為例對該規(guī)劃方法優(yōu)勢進行分析，目前10 kV線路10在運變壓器數(shù)量80臺，在運7臺配電自動化開關，分段用戶數(shù)為12戶。利用線路最大分段用戶數(shù)的規(guī)劃布點方法，使原來在運的7臺配電自動化開關在n+3年數(shù)量增加一倍，讓每臺配電自動化開關之間的分段用戶數(shù)減少至5戶以此滿足n+3年供電局的故障時戶數(shù)降幅要求。

該配電自動化開關的規(guī)劃布點方案以提升供電可靠性要求為目標導向，對高故障配網(wǎng)線路做到“一線一策”，尋找出適合每條線路的配電自動化開關布點方式，避免了“一刀切”的盲目布點。真正以配電自動化提升配網(wǎng)線路的故障防御能力、縮小故障停電范圍、減少故障停電時戶數(shù)的作用為抓手，最大程度發(fā)揮配電自動化的實用化成效。

2.4 10條10 kV高故障目標線路供電可靠性指標分析

為了驗證以最大分段用戶數(shù)作為配電自動化開關的布點依據(jù)能否滿足n+3年供電可靠性指標要求，需要對10條目標線路改造后的故障時戶數(shù)下降比例進行分析驗證，其結果如表3所示。

表3 XX供電局10 kV線路改造后供電可靠性指標分析

由表2可知，在以2.2計算得出的各條線路最大分段用戶數(shù)結果中，總的改造后故障時戶數(shù)合計下降比例（驗證結果）為65.96%。該指標已大于65.82%（1-“n+3年預期指標對比n年指標比例”），說明目前的規(guī)劃布點方法已能滿足n+3年預期的配網(wǎng)供電可靠性目標值，從而驗證了該最大分段用戶數(shù)計算方法的可行性與合理性。

如果出現(xiàn)供電可靠性指標分析驗證結果小于該局預期供電可靠性指標的情況，此時可以對線路的最大分段用戶數(shù)進行向下微調以滿足指標要求。例如在本案例中如果驗證結果小于指標要求的65.82%，則可以對10條10 kV線路中的個別線路最大分段用戶數(shù)進行微調（如將10 kV線路1從原來的18戶調整到16戶），或是幾條線路同時進行配合調整，這樣驗證結果的值將會升高，使最終的驗證結果能滿足供電可靠性要求。經(jīng)過調整確定后的線路最大分段用戶數(shù)將作為每條線路的配電自動化開關規(guī)劃布點依據(jù)進行建設。

3 結束語

本文以配網(wǎng)供電可靠性指標為依據(jù)，利用n+3年故障停電時戶數(shù)預期降幅比例指標、n+3年預期故障停電時戶數(shù)指標、n+3年預期平均停電戶數(shù)指標、n+3年預期平均單次停電影響戶數(shù)指標4個指標維度來計算線路最大分段用戶數(shù)，研究了基于配網(wǎng)線路最大分段用戶數(shù)的配電自動化開關規(guī)劃布點方法，證明此布點方式的可行性與合理性，并可以在一定程度上減少配網(wǎng)線路故障停電時戶數(shù)，滿足預期的供電可靠性要求。為了更好地提升配網(wǎng)的供電可靠性，減少因故障停電給用戶帶來的影響，還需與提升運維效率、提高設備可靠性等其他方面相互協(xié)同配合。