供电可靠性提升优化策略

宋　伟，万凌云，张明君，张　盈，黄江晨

(国网重庆市电力公司 电力科学研究院，重庆 401123)



供电可靠性提升优化策略

宋伟，万凌云，张明君，张盈，黄江晨

(国网重庆市电力公司 电力科学研究院，重庆 401123)

摘要：基于重庆地区中压配电网的供电可靠性现状，在全寿命周期成本(LCC)分析模型的基础上建立了可靠性成本效益分析模型，提出了供电可靠性提升优化策略。

关键词：中压配电网；可靠性；可靠性成本效益分析模型；优化策略

电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量，不间断地向电力用户提供电力和电量的能力的量度[1]。配电网作为电力系统中联接输电网与用户的重要环节，其可靠性水平对用户供电可靠性有着直接的影响。据统计，因配电网故障造成的停电占用户停电故障数的80%左右，因此配电网的可靠性在电力系统起着非常重要的作用[2-3]。由于历史的原因，我国对发电、输电环节投入较大，而对配电网的建设则相对滞后，从而导致供电可靠性低。目前，重庆地区的配电网建设与发达地区相比仍存在很大差距。同时随着重庆地区经济的发展和人民生活水平的提高，人们对配电网的供电能力、供电质量和供电可靠性的要求也越来越高，因此研究如何提升重庆地区用户供电可靠性变得十分迫切。

配电网的供电可靠性与电网建设运行的经济性是相互制约和相互协调的关系，电力公司在决策经营中不仅要考虑到配电网的可靠性，还应考虑电网投资建设的经济性。提高供电可靠性，需要增加配电网的投资成本，这会使电网的经济性下降，但如果不采取任何措施，那么由于停电损失的增加，电网的总成本可能会上升，因此有必要平衡电网的供电可靠性与经济性[4]。

本文通过对供电系统用户供电可靠性进行评价，查找重庆地区用户供电可靠性现状与目标之间的差距，结合配网专业管理，确定制约可靠性水平的关键因素，并提出有针对性的可靠性提升策略；利用建立的可靠性成本效益分析模型，结合风险分析对可靠性提升策略进行定性或定量分析，最终形成优化的可靠性提升策略。

1资产策略模型

1.1全寿命周期成本(LCC)分析模型

电力设备LCC是指设备从设计到退役的整个期间需要的费用总和，即设备全寿命周期费用，它往往数倍于设备的购置费用[5]。电力设备LCC的计算与分析，从设备LCC的角度出发，在模拟设备运行过程的基础上进行现金流预测分析，将设备按照年折旧率或年折旧额度进行折旧。同时，考虑资金的时间价值，用等年值或净现值的方法考虑设备使用过程中产生的现金收入和支出，对设备进行全寿命周期费用分析，并以此作为投资方案选择的依据。

设备LCC的模型为

LCC=CIA+CTL+CL+CRA+COA

(1)

式中：CIA为设备投资费用的等年值；CTL为设备年运行、维护费；CL为年停电损失费用；CRA为设备残值等年值；COA为其他费用等年值。

1.2可靠性评估模型

可靠性评估模型主要用于预测可靠性提升措施和策略(含电网改造项目)的改善效果。模型输入参数分为基础参数和可靠性参数[6]。其中，基础参数包括电网拓扑结构、配电线路基础参数、配电变压器基础参数以及负荷点参数；可靠性参数包括故障停电相关参数和预安排停电相关参数。模型输出为负荷点可靠性指标和系统可靠性指标，包括停电时间、停电频率、可用率、缺供电量等。在本文中，可靠性评估模型主要用于预测可靠性提升措施和策略实施后减少的年缺供电量。

1.3可靠性成本效益分析模型

可靠性成本效益分析模型在LCC成本分析模型基础上增加了可靠性效益分析模型，把可靠性成本和可靠性效益统一在经济性上进行衡量，从而实现可靠性与经济性的协调。模型通过定量计算可靠性提升措施的成本和减少停电带来的效益，得到单位成本的效益，在此基础上可确定最佳可靠性策略，实现成本、效能和风险的综合最优。为了避免设备寿命差异带来的影响，选择等年值法进行经济评价。

单位成本的效益为

G=B/(A+CM)

(2)

式中：B为每年减少停电带来的经济效益；A为设备投资费用等年值；CM为年运行维护费用。

(3)

式中： P为设备投资现值(即现值单价)；i为贴现率；l为设备的使用寿命。

设备每年的运行维护费用包括其运行成本、检修维护成本和故障成本，按设备投资现值百分数的形式给出，即

CM=P×H

(4)

式中：H为百分数系数。

减少停电的经济效益，计算相当复杂，与停电的发生时间、缺电量、停电持续时间、停电频率及用户类型等很多因素有关。其中主要应考虑用户的停电持续时间及用户类型，不同持续时间、不同用户的单位停电损失各不相同。简单起见，减少停电带来的经济效益由缺供电量和当地产电比进行计算。

(5)

式中：ENS为减少的年缺供电量；R为当地产电比。

在实际应用中，可对电网改造项目进行可靠性成本效益分析，当单位成本的效益G>1时，可实施改造项目，并依据G的数值大小确定改造项目的优先顺序。

2供电可靠性现状分析

2.1停电原因分析

2.1.1预安排停电原因分析

从重庆公司整体情况看，预安排停电时户数占停电总时户数的85.6%，占主导地位。检修停电、工程停电和调电是预安排停电的主要部分，分别占预安排停电时户数的49.3%，38.3%，11.5%；进一步细分责任原因得到，10 kV配电网设施计划检修、10 kV配电网设施计划施工、业扩工程施工分别占预安排停电的41.9%，22.4%，9.3%。影响预安排停电的主要因素分析如下。

1)10 kV配电网设施检修停电。10 kV配电设备量多、面广，检修停电难以避免；线路重载及开关配置不合理，配网联络率低、互代能力弱，以及网络N-1率较低，停电多数为单一工作，不能有效开展综合停电。

2)10 kV配电网工程停电。电网建设需求及工程里程碑计划安排，造成10 kV配电网设施计划施工停电难以避免；城市老旧街区受地形条件和工作面的限制无法实施带电作业；业扩用户接入受业扩流程时限的限制，使得部分工程无法更好地做到“一停多用”，造成重复停电。

2.1.2故障停电原因分析

从重庆公司整体情况看，故障停电时户数为14.47%。10 kV配电网设施故障占故障停电的97.3%，其中设备老化、检修试验不良、外力因素、气候因素分别占故障停电的19.3%，38.2%，14.6%，16.1%。影响故障停电的主要因素分析如下。

1)设备老化因素。一是规划及设计中对雷击、盐雾气候因素考虑不足，导致设备绝缘性能衰减、机械强度老化；二是夏季负荷高峰期部分线路满载运行，大大降低了设备的运行寿命；三是部分设备质量较差，运行时间不长就出现老化现象。

2)检修试验不良。主要是技术能力不足，未按规范进行作业造成。

3)外力破坏。主要原因是外部施工影响、交通车辆破坏、异物短路。

4)气候因素。部分区域配电网相对薄弱，电力设施受大风大雨和雷击影响较大。

2.2停电原因分析结论

综合预安排停电和故障停电原因分析结果，影响停电的主要责任原因为10 kV配电网设施计划检修、10 kV配电网设施计划施工、调电、业扩工程施工、检修试验不良、设备老化、气候因素和外力因素。

2.3供电可靠性管理目标

重庆市电力公司 2013年城网供电可靠率实际完成值为99.953 2%。公司2014年城网供电可靠率目标值为99.956%，考虑到用户的自然增长，公司 2014年停电时户数同比至少应减少3 600时户。未来3年的可靠性规划目标值见表1。

表1　供电可靠性目标值　%

3可靠性提升优化策略

3.1降低检修和工程停电影响的策略

降低检修和工程停电影响的策略有以下几点。

1)加强综合停电计划管理，实行全口径的停电平衡，实现“七结合”： ①基建、生产改造、用户工程与设备检修相结合；②一次系统与二次系统检修相结合；③不同供电单位维护同一线路检修时间相结合；④同一停电范围内相关设备检修相结合；⑤各电压等级系统检修相结合；⑥输变电设备检修与发电设备检修相结合；⑦电网设备检修与用户设备检修相结合。

可靠性成本效益分析：新增可靠性成本为0；可靠性效益为减少的停电时间和次数所带来的经济效益。

风险分析：属一般风险。

应用建议：广泛适用。

2)优化网络结构，对长线路加装分段开关以减少停电范围，对于单辐射线路增加联络以实现转供电。

可靠性成本效益分析：增加开关或联络线会增加投资以及后期的运维检修成本；效益为减少停电带来的经济效益。通过应用可靠性成本效益分析模型和可靠性评估模型对不同类型供电区域的电网结构进行分析，得到不同类型供电区域的最优目标电网结构，如表2所示。

表2　10 kV配电网目标电网结构推荐表

风险分析：属一般风险。

应用建议：对电网改造项目进行可靠性成本效益分析，当单位成本的效益G>1时可实施改造项目，并依据G的数值大小确定改造项目的优先顺序。也可以按照以下原则进行网络结构优化：①比照10 kV配电网目标电网结构推荐表，对工程及检修停电影响较大的地区进行电网改造；②10 kV 架空线路主干线应根据线路长度和负荷分布情况进行分段(一般不超过5 段)，并装设分段开关，重要分支线路首端可安装分段开关。

3)开展旁路作业。

可靠性成本效益分析：作业装备购置成本较高，对作业人员要求较高，每次作业人员数量较多，总体成本较高；效益为减少停电带来的经济效益。

风险分析：绝缘工器具的绝缘性能可能劣化，人员技能水平可能达不到标准，属一般风险，接近中等风险。

应用建议：已购置作业装备的单位可根据环境和人员安排情况适时开展旁路作业。对于重要用户，条件允许时应安排旁路作业。

4)开展带电作业。

可靠性成本效益分析：作业装备购置成本较高但低于旁路作业，对作业人员要求较高，对于已购置作业装备的单位实施带电作业不会增加成本；效益为减少停电带来的经济效益。

风险分析：缘工器具的绝缘性能可能劣化，人员技能水平可能达不到标准，属一般风险，接近中等风险。

应用建议：已购置作业装备的单位在条件允许时应开展带电作业，并逐步探索增加带电作业项目。

5)推广配网状态检修。

可靠性成本效益分析：配电网设备状态检修将大幅减少检修次数和成本；效益为减少停电带来的经济效益。

风险分析：属一般风险。

应用建议：能广泛适用。

3.2降低调电影响的策略

2013年调电共影响停电时户数17 672.65时户，降低10 kV配电网设施调电影响的策略为推广合环换电。

可靠性成本效益分析：合环换电成本主要为合环换电装置购置成本以及配套的站所改造成本，由于公司具有自主知识产权，装置购置成本不高，改造完成后每年只需要很少的运维成本；效益为减少停电带来的经济效益。

风险分析：合环换电装置已经比较成熟，属一般风险。

应用建议：在调电影响较大的地区推广合环换电。

3.3降低检修试验不良影响的策略

每年因检修试验不良共影响停电时户数9 905.383 3时户，降低检修试验不良影响的策略是：加强技术培训，提高一线人员作业能力；加强现场作业管理，进一步规范作业流程和标准。

可靠性成本效益分析：只需要很少的培训和管理成本，就能为减少故障停电带来的经济效益。

风险分析：无风险。

应用建议：广泛适用。

3.4降低设备老化影响的策略

每年因设备老化共影响停电时户数4 997时户，降低设备老化影响的策略是：设计阶段考虑环境和气候影响；设备招投标阶段要求供应商提供可靠性成本效益分析报告和设备可靠性参数，杜绝低价中标；加强入网设备抽检和日常运维，提高设备健康水平；开展设备状态评价，对老化设备进行改造或更换。

可靠性成本效益分析：提高设计标准会造成建设成本增加；对老化设备改造或更换会增加设备投资费用；其余措施无明显新增成本；效益为减少停电带来的经济效益。

风险分析：无风险。

应用建议：对于环境和气候影响较大的地区，适当提高设计标准，延缓设备老化；对于故障率较高的老化设备，进行改造或更换；也可以利用可靠性成本效益分析模型对设计方案、老化设备改造或更换方案进行分析，当单位成本的效益G>1时实施。

4结论

本文立足重庆市电力公司供电可靠性现状，结合配电网专业管理确定了制约可靠性水平的关键因素，应用建立的可靠性效益成本分析模型，提出了优化的可靠性提升策略。

1)在LCC成本分析模型的基础上建立了可靠性成本效益分析模型，通过定量计算可靠性提升措施的成本和减少停电带来的效益，得到单位成本的效益，将该模型应用于实际电网改造项目中，当单位成本的效益G>1时可实施改造项目，并依据G的数值大小确定改造项目的优先顺序，最终实现成本、效能和风险的综合最优。

2)通过统计分析，确定了影响重庆地区供电可靠性的主要因素为检修停电、工程停电、调电、设备老化因素、检修试验不良、外力破坏和气候因素，提出了针对性的可靠性提升策略。

3)利用可靠性成本效益分析模型，对提出的可靠性提升策略进行细致分析，结合风险分析，提出了重庆地区供电可靠性提升优化策略，并给出了策略应用建议。

参考文献：

[1]谢开贵，杨群英，万凌云，等．电力可靠性理论基础[M]．北京：中国电力出版社，2012．

[2]LI Wenyuan.Risk Assessment of Power Systems: Models，Methods and Applications [M].New Jersey ：Wiley-IEEE Press， 2006．

[3]郭永基.电力系统可靠性分析[M]．北京：清华大学出版社，2003．

[4]赵华，王主丁，谢开贵，等．中压配电网可靠性评估方法的比较研究[J]．电网技术，2013(11)：3295-3302．

[5]蔡亦竹，柳璐，程浩忠，等．全寿命周期成本(LCC)技术在电力系统中的应用综述[J].电力系统保护与控制，2011(17)：149-154．

[6]中国电力企业联合会电力可靠性管理中心．电力可靠性管理代码[M]．北京：中国电力出版社，2013．

A Study on Optimizing Strategies of Improving the Reliability of Power Supply

SONG Wei，WAN Lingyun，ZHANG Mingjun，ZHANG Ying，HUANG Jiangchen

(Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing401123，P.R.China)

Abstract：Based on the reliability status of power supply of the medium voltage distribution network in Chongqing，this article introduces the modeling of the reliability cost-benefit analysis based on the LCC cost analysis model as well as putting forward optimizing strategies to improve the reliability．

Key words：medium voltage distribution network；reliability；reliability cost-benefit analysis model；optimizing strategies

收稿日期：2015-05-25

作者简介：万凌云(1983-)，工程师，研究方向为电力可靠性及配电网技术。

中图分类号：TM727

文献标识码：A

文章编号：1008-8032(2016)02-0016-04