基于故障后果分析法的配电网可靠性研究

张 磊

（山东电力集团公司 菏泽供电公司，山东 菏泽274000）

0 引言

配电网从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给不同电压等级的各类用户，与用户利益密切相关。随着电力系统规模增大和系统事故导致停电将会造成很大的社会影响。如果发生大面积、长时间停电，不仅影响供电部门的经济效益，而且危及社会秩序，造成不良的社会影响。据不完全统计，配电系统故障引起的用户停电事件占总停电事件的80%以上[1]，因此，提高配电网的可靠性对改善电能质量具有重要意义，同时，促进电力工业生产技术和管理，提高经济效益和社会效益，对城市建设和规划有着重要作用。

1 影响可靠性因素

配电网可靠性衡量了电力系统是否向用户持续提供充足、合格的电量。影响中压配电网供电可靠性的主要因素主要有以下几个方面。

1.1 线路故障率及故障修复时间

配电线路长期处于露天运行，发生跳闸事故的频率十分高，严重影响配电网供电可靠性[2]。线路故障率和故障修复时间直接影响用户停电时间，如果故障率降至0.05次/km·年，用户年平均停电时间可由3.4小时/户降至2.7小时/户，大大提高供电可靠性[3]。

1.2 网架结构不合理

配电网结构大多采用放射状辐射式结构，这种结构容易造成供电半径大，线路转供能力、可靠性差，特别是设备故障或线路故障导致停电时，往往影响面较大[4]。

1.3 非故障停电

非故障停电原因包括中压配电网上级电源的输变电线路或变电站改造、检修及配电网检修、改造等造成的停电[2]。尤其是近些年的城农网改造，配电网非故障停电的次数增多，线路停电频繁，影响配电网供电可靠性。

2 可靠性分析的指标

配电系统可靠性指标包括对配电系统中负荷点可靠性指标和系统可靠性指标[5]。系统可靠性指标是在确定负荷点可靠性指标的基础上，对整个电力配电网可靠性水平的定量评估。通过可靠性计算的分析，找到系统中可靠性薄弱环节，从而提出行之有效的改进措施。

2.1 负荷点可靠性指标

负荷点可靠性指标通常由平均故障率λ、平均停电时间U和平均停运持续时间γ来描述各负荷点持续供电能力。负荷点经线路、断路器等电力元件与电源点串联，因此，串联系统中，任何一元件发生故障都无法满足负荷正常供电。负荷点可靠性指标计算式如下：

1）平均故障率λ

平均故障率λ反应了负荷点停电频率，它的值越大，说明负荷点停电越频繁，可靠性不高。

2）平均停运持续时间γ

当配电网负荷侧装设备用设备时，如果发生故障，负荷点的平均停运持续时间就是备用设备切换时间，大大缩短停运时间，保障配电网可靠性。

3）平均停运时间U

平均停运时间U大小决定了负荷点故障排除时间，平均停运时间U值越大，故障排除时间越长。

式中：λ′——故障停运率；

λ″——故障检修停运率；

r′——故障修复时间；

r″——故障检修持续时间。

2.2 系统的可靠性指标

通过以上分析，明确负荷点可靠性指标，但由于配电网结构复杂、元件众多，仅用负荷点可靠性指标不足以完全体现整个配电系统的可靠性。

1）系统平均停电持续时间 SAIDI（System Average Interruption Duration Index)

式中：Ui——负荷点i的年平均停运时间；Ni——负荷点i的用户数。

2）系统平均停电频率SAIFI(System Average Interruption Frequency Index)

式中：λi——负荷点i的故障率；

Ni—负荷点i的用户数。

3）用户平均停电持续时间 CAIDI（Customer Average Interruption Duration Index）

式中：Ui——负荷点i的年平均停运时间；

λi——负荷点i的故障率；

Ni——负荷点i的用户数。

4）平均供电可用率ASAI(Average Service Availability Index)

式中：Ui——负荷点i的年平均停运时间；

Ni——负荷点i的用户数。

5）不可靠率ASUI(Average Service Unavailability Index)

式中：Ui——负荷点i的年平均停运时间；

Ni——负荷点i的用户数。

6）电量不足指标 ENS（Energy Not Supplied Index)

式中：La（i）——连接在每个负荷点i上的平均负荷。

3 可靠性算例分析

通过分析配电系统拓扑结构、配电线路及配电设备情况，利用故障后分析方法衡量电力系统运行状况，判定配电网供电可靠性的优劣。

本文中用故障模式后果分析法评估辐射状配电网的可靠性，接线方式如图1所示。图中由四条线路，断路器及42户用户组成（每户分布如图1所示，1节点接带7户，2节点接带10户，3节点接带20户，4节点接带5户）， 其中线路设备参数＝2 次/年，＝1 次/年，＝3h/次＝5h/次＝3 次/年＝1 次/年＝3h/次＝5h/次＝5 次/年＝，；，， ；，1 次/年，＝3h/次，＝5h/次；＝1 次/年，＝1 次/年，＝3h/次，＝5h/次。

图1 辐射状配电系统图Fig.1 Radial distribution system diagram

当配电网系统没有备用电源，仅在系统首端装配一台断路器时，无论线路1、2、3、4哪条线路故障，只能跳开首端断路器，此时，影响系统所有的用户数。此时，图1中配电网各可靠性指标参数计算如下。

用户停电总户时数 U∑＝U1+U2+U3+U4＝462+588+840+336＝2226(户时)

这里仅讲述一种情况的具体计算，因为其他情况与此情况计算步骤相同，在此不再一一赘述。不同之处在于，当有无备用电源或增加手动（自动）分段开关的不同情况下，如果线路故障，由于备用电源或分段开关的存在，导致故障前后影响用户数不同，致使停电时间减少，影响范围缩小，提高了配电网可靠性，对比结果如表1所示。

表1 不同情况下配电网可靠性指标对比Tab.1 Distribution network reliability index comparison under different conditions

4 总结

通过分析配电网在不同情况下的可靠性指标对比可知，双电源系统和自动化程度高的系统可靠性最高，停电次数最少，停电持续时间最短，因此，为电力系统提供连续供电的能力增强，系统可靠性得到提高。

［1］汪穗峰,张勇军,任倩，等.配电网可靠性定量分析研究综述[J].继电器,2008(3)：79-83.

［2］刘淑华.影响供电可靠性的因素及其提高措施[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2010(12)：279.

［3］邹荫荣.影响中压配电网供电可靠性因素的分析[J].农村电气化,2003(8)：10-11.

［4］李宇.浅谈影响配网供电可靠性的因素及措施[J].中国新技术新产品,2013(10)：115-116.

［5］肖杨明.安吉县10kV配电网的供电可靠性评估与研究[D].北京：华北电力大学，2012.