10 kV架空线路配电自动化终端配置方案研究

宋驰 陈万喜 王成化 王华伟 王阳

摘 要：现有研究文献中，配电自动化终端配置数量的选择都是基于不同供区的供电可靠性目标，但计算供电可靠性时往往都只考虑主干线故障的情况，未包含分支线故障的情况，这就导致求得的供电可靠率偏高。鉴于此，在考虑主干线故障情况的基础上，增加了分支线故障、分支线故障影响主干线运行的情况，并在不同终端配置方案下计算出各故障情况的户均停电时间，最终得出不同配置方案的供电可靠性计算公式;然后以某地区为例，根据提出的计算公式，计算得出不同结构的架空网不同终端配置方案的供电可靠率。

关键词：可靠性;架空线;配电自动化终端;配置方案

0 引言

配电终端配置数量的多少，与供电可靠性指标密切相关，配电自动化技术已经成为提升供电可靠性的关键指标，越来越多的专家学者对其进行了相关研究[1-6]。配电自动化技术通过在开关上装设具有“二遥”或者“三遥”功能的配电终端，从而实现故障的快速定位、隔离以及故障区用电恢复[7-9]。虽然装设配电终端能提升供电可靠性，但若架空线路开关均配置配电自动化终端，会产生巨额的投资成本。

文献[10]针对配电网规划提出了一种基于混合整数和非线性规划的配电自动化终端配置优化方法;文献[11]构建了以一次开关设备和配电终端的投资、运行费用及故障停电损失费用和最小值为目标的优化模型，进行配电网规划建设的自动化配置;文献[12]从投入产出角度和供电可靠性角度对终端配置数量进行了研究。

配电自动化终端数量的选取依然需要进一步研究，本文主要从供电可靠性的角度出发，说明供电可靠性指标与配电终端数量之间的联系，分析配电终端模块的模式（包括“二遥”和“三遥”终端模块）对供电可靠性的影响，以便更加合理和全面地进行配电自动化规划，从而为今后配电自动化工程的实施提供一定的参考。

1 配电自动化终端配置原则

配电自动化建设应结合当地经济发展水平、企业的可靠性需求等因素考虑，而不是盲目开展自动化配置建设。自动化建设应结合供电区具体的情况，有计划地分阶段实施，一般情况下，供电可靠性在电网建设规划中是必须满足的指标。

根据电网规划技术指导原则，不同供电区域在不同发展阶段中，对供电可靠性的需求不一。因此，配电自动化终端配置应该满足不同供电区对供电可靠性的不同需求。

2 配电终端供电可靠率的计算

配电终端供电可靠率与架空线路故障类型以及终端模块配置方式有很大的关系，下面分别对架空线路主干线故障、分支线故障、分支线影响主干线运行这三种故障状态进行分析，并考虑在环网柜配置“三遥”终端模块、“二遥”终端模块以及“二遥”和“三遥”终端模块相混合的模式這三种情况，对架空线终端供电可靠率进行计算。

假设分段开关个数为K，总用户数为n，每条馈线均匀分段，负荷均匀分布，馈线的故障率为F（次/年），各分段故障概率相同。

故障处理时间主要由两部分组成，即：

T=Tc+Tr                      （1）

式中：Tc为故障隔离时间（具备“三遥”保护的分段线路故障隔离时间为0）;Tr为故障区域修复时间，包括故障区域内具体故障位置确认时间和开始修复故障点直至恢复供电的时间。

2.1    分段开关全部配置“二遥”终端模块的模式

2.1.1    主干线故障

在全部安装“二遥”的10 kV架空配电网络中，故障处理时间可表示为式（1），假设分段线路每段的故障率为fi，由于各分段故障概率相同，所以系统用户平均故障停电时间SAIDI2可表示为：

SAIDI2=TcF+r fi/n       （2）

2.1.2    分支线故障

分支线故障时分支断路器自动跳闸，具有自身切除故障的能力，不影响主干线和其他分支线的正常工作。假设分支线故障时停电用户数仅为分支线自身所带用户数ni′，停电时间为故障修复时间Tr，分支线路发生故障的概率为fi′，系统中用户平均故障停电时间SAIDI′可表示为：

SAIDI′ni′Tr fi′/n      （3）

2.1.3    分支线故障影响主干线运行

分支线故障导致主干线停电时，可等效为该分支线上级分段线路故障，与主干线上分段线路故障时分析结果一致，只是将分段线路故障概率fi替换成分支线路故障影响主干线运行的概率fj，系统中用户平均故障停电时间SAIDIj可表示为：

SAIDIj=TcF1Tr fj/n        （4）

式中：F1为分支线路故障影响主干线运行的总的概率。

2.1.4    只计及故障因素停电的供电可用率α

综合考虑以上3种情况，根据供电可用率定义，可以推导得到在分段开关处安装K个“二遥”终端模块的馈线的供电可用率α2可表示为：

将式（2）（3）（4）代入式（5）得：

2.2    分段开关全部配置“三遥”终端模块的模式

2.2.1    主干线故障

对于全部安装“三遥”终端模块的情形，可近似认为Tc=0，即：

T=Tr             （7）

系统中的户均故障停电时间SAIDI3可表示为：