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第一章绪论
1.1选题意义随着向社会现代化、信息化的方向发展,社会对电能这种清洁的二次能源供应的需求越来越大,对电能质量要求越来越高依赖程度不断上升电力供应的可靠与否直接对用户的生产生活乃至整个社会都会产生巨大的影响
2003.
8.14美、加大停电和
2005.
5.25莫斯科大停电等一系列事故让我们充分认识到供电可靠性工作的重要性,2008年初我国南方冰雪灾害在全国造成3348万户、约1亿人口受到停电影响,特别是湖南、贵州的一些城市都发生了了大面积停电,一些中小城市绝大部分地方停电超过十天,部分农村停电时间更是长达半年之久,给群众的生产生活造成巨大不变,给社会造成巨大的经济损失这促使全社会对提高电力供应可靠性的工作的紧迫性有了更清醒的认识配电网供电可靠性是整个供电可靠性工作中的重要组成部分,但是我国电力建设中长期存在重发、轻供、不管用的倾向,配电投资在整个电力投资的比例远低于国际平均水平,对配电网的规划、建设、管理等方面重视不够研究得不多,使得配屯网成为电网中最薄弱的一环,配电可靠性成为我国供电可靠性工作中的一块短板,供电服务进一步提高的一个瓶颈与此同时,我国电力工业按照国家提出的以两个根本转变为导向,以促进市场竞争、提高效率、降低成本和电价为手段,构筑与社会主义市场经济相适应的,以资本和电网调度为纽带的型的管理体制的市场化改革逐步深入,公司化、商业化、法制化的电力市场已经形成,市场竞争开始出现,加上《电力法》的生效,用户维权意识增强,用户已经开始学会用合法的手段维护自己的合法权益,要求电力企业提供高质量的供电服务面对存在的宏观政策的冲击和市场竞争的压力,电力企业必须转变观念坚持以人为本的服务理念,重视用户满意度,才能在激烈的市场竞争中求得生存发展这些都促使供电企业关注配电网的供电可靠性和电能质量配电网由配电变电站、配电线路、用电设备组成,是最终分配电能的终端网络,是电力系统中直接与客户相连接的一环,对整个供电可靠性影响巨大,据不完全统计我国配电网75%的发电量要通过配电网供给用户,80%以上的用户停电事故是有配电网系统故障引起的因此要改善供电可靠性就必定要涉及配电网供电可靠性配电网供电可靠性是电力企业服务水平的最直接的体现,提高配电网供电可靠性,不仅与提高用户对企业的信任程度有关,而且与电力企业自身经济利益和长远发张的关系也密不可分目前配电网供电可靠性的研究多集中在从全局出发研究配电网的规划、改造,也就是是说把整个配电网作为研究对象,利用各种算法求得配电网合理的结构模型和合理的运行方式但随着经济的发展,负荷种类和容量不断发生变化,经常的对配电网进行规划或者改变运行方式是不现实的我们迫切需要知道对配电网供电可靠性影响较大的主要原因,提出可行的有效改善和提高配电配网供电靠性的具体措施
1.2研究目的和意义配电网处于电力系统末端,将大量通过输电网传输过来的电能经逐级降压后通过配电网络分配给各个用户,近年配电网供电可靠性受到电力企业的重视,把供电可靠性作为企业达标评优的一个具体考核指标,促进供电企业积极开展配电网供电可靠性管理工作,用可靠性研究的结果指导生产建设改革开放30年来,随着我国经济的高速发展,城镇化水平不断提高,人民生活水平得到极大的改善,全社会用电量增长迅猛,在受到年初冰雪灾害和金融危机的等诸多不利因素的影响下08年全国发电量仍然达34334亿千瓦时实现5%的增长,同比78年2566亿千瓦时增长了
13.35倍尽管如此我国人均用电水平仍然较低2006年人均用电量约2149千瓦时,约为美国的15%,R本的25%,韩国的33%;人均生活用电更是仅为246千瓦时,约为美国的5%,A本的10%,存在巨大的发展空间但是我国长期以来配电工程的资金投入落后于发电、输电工程,造成配电网供电能力远低于发电能力和输电能力的增长配电网普遍存在技术落后、设备陈旧、网架结构薄弱、转供互供能力差,供电可靠性低,在内需成为拉动国民经济增长主要力量,如何不断提高人民生活水平提振内需成为保持国民经济持续快速健康发展主要动力的今天我国落后的配电网建设、管理水平不能满足H益增长的电力供应需求所幸这个间题得到了各方面的重视,国家的电力技资将向配电网倾斜投入巨资大规模建设和改造城乡配电网络,电力企业也将目光转向如何提高配电网供电可靠性增供扩销提高效益上来但如何投放资金和高效的利用资源,有效的改善配电网供电可靠性成为电力企业面临一个现实问题一方面用户对电能质量和连续性要求不断提高,系统规模不断扩大,运行控制复杂,事故后果严重:另一方面资金资源有限通过对现有配电网络进行可靠性评估,了解整个系统配电系统的可靠性水平,指出配电网薄弱环节和改进方向,找到可行的改进措施为配电网的规划、建设、管理提供依据是提高配电网供电可靠性保证,对实现电力工业现代化,提高电力企业经济效益和社会效益都有着重要意义长期以来配电网可靠性的研究主要集中在评估算法上,大部分文献都局限于某提出某种算法,用标准的IEEE-RTS或RBTS测试系统进行验证分析,主要对算10法的可行性和有效性进行分析这些系统不能完全反映配电网的特征,仍需进一步改进和完善本文从实际调研的资料入手结合对我国配电网供电可靠性历史数据的分析、发掘,分析影响配电网供电可靠性的主要原因,有针对性的提出了相应的改进措施,着力于解决生产实际问题,具有实践意义和推广应用价值
1.3国内外研究现状配电网供电可靠性的研究始于上世纪70年代,叫发电系统可靠性和输电系统可靠性晚,是整个电力系统可靠性学科中最后发展起来的部分近30年来,世界各国特别是发达国家都普遍开展了配电系统供电可靠性的研究和应用工作,并已取得了很多的成果随着统计工作的不断完善和数据资料的积累人们发现配电系统对用户供电可靠性的影响很大美国、英国、加拿大、日本以及法国的国家都投入大量资金对配电系统供电可靠性进行专门的研究,相关研究成果已经用于生产实践英国早在60年代就开始配电系统供电可靠性的研究,并于1978年发布了工程导则P2/5供电安全导则,该文件对恢复负荷的时间做了明确规定加拿大早在40年代就开始认识到了用定量的条件来描述电力系统供电充裕度的必要性,有关配电系统供电可靠性充裕度方面的论述开始增多,1976年加拿大电气协会配电系统工程委员会制定了《配电系统可靠性指南,该指南提供了能够对供电有效度进行定量评价日本在1976年编制了《电力输送部门综合电力系统供电可靠度》文件,对供电可靠度作了明确规定,提出了个别可靠度和平均可靠度的概念和计算方法美国和法国等国家也都制定了自己的关于配电网可靠性文件在这些国家可靠性评估已经成为配电网规划决策中的一项常规性工作随着这些国家对配电网可靠性的重视和深入研究,配电网供电可靠性已近达到相当高的水平有关资料显示:在90年代美国各电力公司供电可靠性已经稳定在一个较高的水平,中心城区供电可靠率指标基本上能够达到
99.99%对应平均用户停电时间越53分钟,日本更是早在1995年,在日本东京地区供电可靠率即达到了
99.999%对应的用户平均停电时间约为
5.26分钟在我国,配电网的供电可靠性研究始于80年代初期,开始时由于缺乏必要的统计资料和行之有效的分析方法,发展较为缓慢我国的功底啊可靠性通发达国家相比差距较大1994年我国174个主要城市的主要配电系统,用户供电可靠率最高的是
99.85%,相当于年平均停电时间
13.14小时/年·户,用户供电可靠率最低的是
95.741%,相当于年平均停电时间
373.088小时/年·户,近年有所提高2007年平均供电可靠率达到
99.881%,其中以上海电力公司
99.977%,北京电力公司
99.938%,山东电力集团
99.938和广东网公司
99.926排在前四近年来,由于电力供应中配电环节的瓶颈问题日益突出以及电力企业管理水平不断提高,电力企业对配电网供电可靠性工作越来越重视,配电网供电可靠性管在电力企业管理中的地位得到很大提升从1995年开始《电力生产事故调查规程》就将10kV用户供电可靠率列入供电安全考核项目之中,供电可靠性不足给客户造成的经济损失将成为电力市场体制下电价形成机制中一个重点考虑的因素,这大大提高了人们对配电网功底啊可靠性的重视程度我国经30年的有组织、有计划的配电网供电可靠性研究和应用,制定了配电网供电可靠性的统计办法及程序,建立了有效的配电网可靠性数据信息库和可靠性理论体系,开展了广泛的学术交流、经验交流和教育培训活动目前,配电网供电可靠性的重要性以的到充分的认识,配电网供电可靠性的统计分析和应用工作,己遍及全国,并在逐步深入和全面的发展I付
1.4本文的主要工作如前所述配电网供电可靠性是整个供电可靠性中最重要的一环,我国配电网也是我国供电体系中最薄弱的一环,迫切需要进行深入的研究,提出切实可行改进措施首先,本文介绍了本文研究的背景、目的、意义,对国内外研究现状进行了综述其次,介绍了配电网可靠性评估的基础理论,配电网供电可靠性的发展过程、特点、主要内容、评估算法和可靠性评估的各项指标,并用考虑多约束条件蒙特卡洛算法对实际的配电系统进行模拟计算和分析最后,根据我国历年供电可靠性数据结合课题组实际调研的情况,本文详细的从电网的供电能力和网架结构、自然环境条件、电气设备、外力破坏、计划停电几方面入手详细分析了影响配电网供电可靠性各种因素,并用灰色度关联分析法对各种影响因素对配电网供电可靠性影响程度进行分析,提出了提高配电网供电可靠性性的具体措施第二章配电网可靠性评估理论
2.1配电网及其特点电力系统可以分为发电、输电、配电三大系统配电系统是处于电力系统的末端,把电源系统或输变电系统与用户设施连接起来,向用户分配电能和供应电能的重要环节,包括配电变电所、高低压配电线路以及接户线在内的整个配电网络及其设备我国配电系统的电压等级,根据《城市电网规划设计导则》的规定,110kV、66kV、35kV为高压配电系统,10kV、6kV为中压配电系统,O.22kV及O.4kV为低压配电系统,及其220kV以上电压为输变电系统但随着城市供电容量及供电范围的不断扩大,在一些特大城市如北京、上海等地,目前已将220kV电压引入市区进行配电因此,配电系统一般很难简单地从电压等级上与输变电系统划分或定义,而是以其功能和作用来定义和区分由于发展过程、电源位置、经济及地理条件、负荷分布特征等因素的不同,配电系统接线方式也有很多种但归结起来大体可分为三大类放射式环网式网格式环网式或网格式中的任何用户,都具有备用电源虽然配电系统的接线方式具有树状、环状、网状等多种接线方式但现在最常用的是坏网接线、开环运行而形成辐射形的供电方式,其目的就是为了减少在任何单一的馈电回路中发生故障的设备的数量,以及为了保证在万一系统发生故障时或者在计划检修期间,某个正常开路点可以闭合,而另外某一个点可以打开,以使失去电源的总负荷为最小因此我们国家通常采用环网接线开环运行的结构方式在可靠性评估时,应以此作为典型方式加以研究配电系统的基本单元是馈线,每条馈线与树状相似,以辐射型网络连接若干台配变,每条馈线的首端可看成树根,主干线看作为树干,其它各级支线为树枝,末端用户配变为树叶,馈线与馈线之间除在树根处通过高压输电网相连以外,没有其他电气联系,图
2.1是典型配电馈线结构图2〈豆一----1天图
2.1典型配网结构图1变电所主变2母线3隔离开关4断路器5配电变压器6分段断路器配电设备是构成配电系统的基础,配电系统的可靠性取决于配电设备的特性乓〕及其组合的方式配电系统设备分散、点多面广,受外界环境和气候条件的影响极大同一类型设备的特性和状态,可能因安装和使用的位置和地区,负荷的性质和大小不同而有所不同因此,配电系统可靠性的研究必须从系统观点出发,全面地、全过程地加以研究配电系统的结构,设备的型号、规格、容量和数量的大小是随用户及负荷的增长和变化而不断改变的,配电系统的支路电阻与电抗比r/x一般比较大,其并联电导和容纳很小,在进行潮流计算时可以忽略不计配电系统经常运行在不平衡多相运行状态,而且因检修方式的不同而更换和改变,是一个规模庞大控制复杂的大系统其系统和设备的特性数据及指标必须通过较长时间的统计才能反映其统计的规律性
2.2可靠性和配电网可靠性
2.
2.1配电网可靠性的发展过程可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内,在规定的条件下完成规定功能的能力度量可靠性特性的指标称作可靠度或称可靠率可靠度表示设备或系统成功的概率或其工作成功的比值可靠性理论的研究起源于上个世纪三十年代,最早被应用于机器维修问题,贯穿在产品和系统的整个开发过程,包括设计、制造、试验、运行、管理等环节,形成了可靠性工程可靠性理论及其在电力系统和电气设备生产领域的应用,是20世纪60年代中期以后发展起来的新兴学科把可靠性工程的一般原理和方法与电力系统的工程问题相结合,便形成了电力系统可靠性1947出现电力不足概率法、LOPO法,并将其用于发电系统的可靠性评估1958年以后,在计算机上实现了电力系统的可靠性评估,与此同时,蒙特卡洛模拟原理也开始引入电力系统的可靠性评估计算该方法通过大量的计算机模拟实验来获得可靠性指标1954年,Desieno和Stine将Markov过程的基本理论引入电力系统可靠评估的数学建模中,在此基础上,在1970年比林顿发表了电力系统可靠性研究的第一本专著《电力系统可靠性分析,从此,电力系统可靠性的发展进入了-个新的时期7咽η]现在,可靠性工作几乎己扩展到电力系统的各个方面由于计算机技术的飞速发展,现在电网已经逐步采用计算机对系统进行研究和监控,这便使得用计算机对电力系统进行可靠性分析和研究已经成为必然的发展趋势电力系统是一个复杂的大系统,对其整体进行可靠性评估是十分困难的,一般将其划分为子系统加以研究按照电力系统的组成结构,可划分为发电系统可靠性评估,输电系统可靠性评估和配电系统可靠性评估三个部分配电网可靠性的研究始于本世纪年代,其起步晚于发电和输电系统的可靠性研究,这是由于人们当时还没有意识到配电网由于直接与用户相连,对供电可靠性影响最大,同时,为数众多的配电网投资累计起来也十分可观这就意味着配电网可靠性的工程应用将会产生巨大的经济效益从而配电网的可靠性研究得到了迅速的发展目前,在工业发达国家,可靠性评估己成为配电网规划决策中的一项常规性工作国内对配电网可靠性的研究始于年代初期,由于缺乏必要的统计数据和行之高效的分析方法,发展较为缓慢近年来,随着城市经济的迅速发展和城市改造的开展迫切需要对配电网进行科学,合理的规划同时随着电力企业管理工作的不断发展和深化,供电可靠性在生产管理工作中所占的位置也越来越重要
2.
2.2配电网可靠性研究的特点电系统可靠性评估包括可靠性原始数据的搜集和整理、可靠性指标的确定、可靠性评估模型的确立、可靠性评估软件的开发以及增强性措施的分析等几个方面,研究的过程有以下几个特点z配电系统是电力系统与用户间的桥梁,因此,配电系统可靠性应该以改善和提高配电系统对用户的供电能力和供电质量为目的,确定可靠性指标,然后在此基础上,制定整个系统的可靠性指标电力生产具有产供销同时完成的特点,配电系统因其与客户直接相连因此配电系统的可靠性是整个电力工业水平的综合反映生产实际中配电网供电可靠性收到发电、输电、用户等环节的影响,必须予以充分的考虑配电系统设备种类多、数量庞大、分散面广,设备的型号、规格、容量和数量也随着用户及负荷的变化、检修方式的变化而不断变化同一类型设备的特性和状态,可能因安装和使用的位置和地区,负荷的性质和容量不同而有所不同因此,配电系统设备和元件的特性数据和原始参数必须通过长期的连续的统计才能反映真真实规律由于不同地区配电系统的结构、运行方式、设备水平、用户需求各不相间,对可靠性评估的侧重点和要求也不同因此,在配电系统可靠性评估中应结合配电系统自身的特点,选择合适的模型和方法配电系统可靠性取决于配电设备的特性和配电网络的结构在选择提高和改善配电系统可靠性的对策和措施时,一方面可以通过网络重构,即改变主干线上开关设备的状态,来提高网络的可靠性另一方面也可通过改进生产技术或新建、改建电力设施,来提高系统可靠性
2.
2.3研究的主要内容在电力系统领域中,配电系统可靠性研究的对象主要是配电系统及其设备在规划、设计中所考虑的各种条件和要求,制造和安装后所具有的结构和固有的特性,运行过程中所表现的特性及状态作为电力系统中向用户供应电能和分配电能的最终环节,配电系统可靠性研究必须以改善和提高配电系统对用户供电的能力和质量为目的现阶段的配电系统可靠性评估工作主要包括两个基本方面:对现有己运行的配电系统及其主要元件进行历史的可靠性统计、分析和评价,即量度系统过去的性能:为了设计、规划和建设新的系统,或者在扩大、改造和发展现有系统时而进行配电系统可靠性定量评估,即预测系统未来的行为具体来说有如下几方面工作叫1定义配电系统的可靠性指标:2配电系统可靠性指标的统计、分析与评价,以及应用其统计分析的结果,对现行系统和设备从设计到制造、安装、调试、运行、维护和检修等整个生产全过程的指导作用:3配电系统可靠性预测及其对配电系统规划、新建、扩建及改造的指导作用:4为实现配电系统可靠性分析、预测的指导作用而采取的各种有效措施、对策及其效果:5配电系统可靠性与经济性的协调及电力系统可靠性经济学在配电系统可靠性中的应用
2.
2.4研究方法配电系统可靠性研究的方法,一般分为配电系统的供电可靠性和系统可靠性两个方面来加以讨论供电可靠性是指用户方面能以多大可靠度得到所需电力的问题,系统可靠性是指电力部门方面为了保证满足用户的供电可靠性,配电系统状况应怎样最佳的问题[付配电系统可靠性研究主要有以下几个方面配电系统可靠性指标的研究以一组科学合理的指标很好的反映配电系统的可靠程度,提供更多的有用信息配电系统的可靠性数据统计包括元件可靠性的原始数据和系统实际运行可靠性的统计,为可靠性研究提供参数并作为可靠性工作的检验配电系统可靠性评估在理论层面上对配电系统的可靠性进行定量分析,为改善配电网可靠性提供理论指导配电系统可靠性优化,使可靠性与经济性相协调即电力系统可靠性经济学在配电系统中的应用,体现电力部门的实际需求
2.3配电网可靠性评估的指标体系科学合理的指标可以很好的反映配电系统的可靠程度,提供更多的有用信息配电系统的可靠性数据统计包括元件可靠性的原始数据和系统实际运行可靠性的统计,为可靠性研究提供参数并作为可靠性工作的检验配电网供电可靠性指标最早由爱迪生电力研究所EEI、美国公共电力联合会APPA和加拿大电力联合会CEA提出,并于1998年成为IEEE试行标准IEEEStd13661998,IEEETrialUseGuideforElectricalPowerDistributionReliabilityIndices其中最主要的指标为各负荷点的可靠性指标,ENS,SAIFI,CAIFI,CAIDI和SAIDIo定义如下9:了-专t缸,系统平均停电频率指标SAIFISystemaverageinterru川pt川ionfrequencyindex,它是指系统中运行的用户在一年时间内的平均停电次数,可以用一年内用户停电的累积次数除以配电网供电的总用户数来估计,单位为次用户·年用户总停电次数.LÂ;N,SAIFI-.,..,.VV..-!:一总用户数YNt
2.1λi和N;.分别为负荷点i的用户停运率和用户数系统平均停电持续时间指标SAIDISystemaverageinterruptiondurationindex它是指系统中运行的用户在一年时间内经受的平均停电持续时间,可以用一年时问内用户经受的停电持续时间的总和除以该年中由配电网供给的用户总数求得,单位为小时/用户·年U.NSAIDI-=用户停电持续时间总和μ.,,..-:::.......,..一一
2.2用户总数LNjU;是负荷点的平均每年停运时间或不可用率h/年用户平均停电频率指标CAIFICustomeraverageinterruptionfrequencyindex,它是指每个受停电影响的用户在一年时间内经受的平均停电次数,可以用一年中观察到的用户停电次数除以受停电影响的用户数来估计,单位为次I用户·年每个受停电影响的用户每年只计算一次停电,不考虑用户一年中实际经受的一次以上的停电次数CAIFI=用户总停电次数
2.3M;是负荷点i的故障停电用户数用户平均停电持续时间指标CAIDICustomeraverageinterruptiondurationindex它是指在一年中被停电的用户经受的平均停电持续时间,可以用一年时间内用户停电持续时间的总和除以该年停电用户总户数求的,单位为h/停电用户·年-用户停电持续时间总和军吼叫=..:......一-
2.4用户总停电次数_LÅ.jNj平均供电可用率指标ASAIAverageserviceavailabilityindex它是指一年中用户的可用小时数与总的要求供电的小时数之比..一------用户总供电小时阳军风乞明ASAI-._._.v.•
2.5用户需要供电小时8760LNj平均供电不可用率指标ASUIAverageserviceunavailabilityindex它是指一年中用户累积停电小时数与总的要求供电的小时数之比j风则=用户总供电小时=军U=1-ASAI
2.6用户需要供电小时8760I风…上述系统可靠性指标是国际上所采用的可靠性指标,在我国现行使用的《供电系统用户供电可靠性评价规程》中己被包含在内,主要如下I叫[111:用户平均停电时间z用户在统计期间内的平均停电小时数,记作AIHC-l:了用户每次停电时间AIHC-l=臼用户总数
2.7若不计外部影响时,记为AIHC-2:AIHC-2==用户平均停电时间-用户平均受外部影响停电时间h/户用户平均受外部影响停毡时间
2.8=Z每次外部影响停电持绸才间×每次受其影响的停电户数2h/户
2.9总用户数若不计系统电源不足限电时,记作AIHC-3:AIHC-3==用户平均停电时间一用户平均限电停电时间h/户用户平均限电停电时间
2.10=艺每次限电停电持续时间×每次限电停电户约总用户数h/户
2.11供电可靠率:在统计期间内,对用户杏效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值,记作RS-l:f用户平均停电时间飞此S-1I1-Ix100%l统计期间时间j若不计外部影响时,记作RS-2:RS-2=1-用户平均停电时间-用户平均受外部影响停电时间l统计期间时间j若不计系统电源不足限电时,记作RS-3:1-用户平均停叫-用户平均附叫x叫l圳ω0∞叫0统计期间时间j
2.
122.
132.14用户平均停电次数:供电用户在统计期间内的平均停电次数,记作AITC-l:AJTC-1每次停电用户数〉L=次/户总用户数
2.15若不计外部影响时,记作AITC-2:艺每次停电用户数-L每次受外部影响的停包用户数〉AITC-2=总用户数次/户
2.16若不计系统电源不足限电时,记作AITC-3:AITC-3工每次停电用户数-I每次限电停电用户数=次/户总用户数
2.17用户平均故障停电次数:供电用户在统计期间内的平均故障停电次数,记作AFTCoAFTC=L每次故障停电用户数〉次/户总用户数
2.18用户平均预安排停电时间:在统计期间内,每一用户的平均预安排停电小时数,记作AIHC-S-每次预安排停电时间x每次预安排停电户数2h/户总用户数
2.19用户平均故障停电时间:在统计期间内,每一用户的平均故障停电小时数,记作AIHC-F/YAIHC-F=...L.每.次/故障停,.电:时.:间..×..每-...次./故障,停.电户娩h/户
2.20总用户数预安排停电平均持续时间:在统计期间内,预安排停电的每次平均停电小时数,记作MID-SoMID-S=.í..:.预:安-排..停:..电:..时..间.〉h/山
2.21次预安排停电次数…MID-F=.I....C故障停电平均持续时间:在统计期间内,故障停电的每次平均停电小时数,记作MID-Fo故障停电时间..-.:4•
4..••故障停电次数h/次
2.22平均停电用户数:在统计期间内,平均每次停电的用户数,记作MICí:每次停电用户数MIC=户/次停电次数
2.23预安排停电平均用户数z在统计期间内,平均每次预安排停电的用户数,记作MIC-So立每次预安排停电户数MlC-S=预安排停电次数户/次
2.24故障停电平均用户数:在统计期间内,平均每次故障停电的用户数,记作MIC-F0立每次故障停电户数MIC-F=户/次故障停电次数
2.25用户平均停电缺供电量z在统计期间内,平均每-用户因停电缺供的电量,记作AENSoAENS=艺......每次停._.电....缺供电量kWhI户226-v/总用户数....=,,预安排停电平均缺供电量:在统计期间内,平均每次预安排停电缺供的电量,记作AENT-SoAENT-8=-:-L每次,.预./安:排停电缺供电量电量kWhl次
2.27----rv...:..:...-y.v...._.=....=,预安排停电次数故障停电平均缺供电量:在统计期间内,平均每次故障停电缺供的电量,记作AEN下F=.AENT-F=工......每...次/故:障..停:..电....:缺..供:电....量kWh/次
2.28故障停电次数停电用户平均停电次数:在统计期间内,发生停电用户的平均停电次数,记作AITCIAITCI=L每次停电用户数〉停电用户总数次/户
2.29停电用户平均停电时间:在统计期间内,发生停电用户的平均停电时间,记作AIHCIoAIHCI=I每户每次停电时间停电用户总数I每次停电持续时间〈每次停电用户数.,......h/尸停电用户总数
2.30系统故障停电率z在统计期间内,供电系统每100km线路包括架空线路及电缆线路故障停电次数〈高压系统不计算此项指标,记作RSFIo系统总故障停电次数RSFI=次1100km年系统线路lOOkm年数
2.31外部影响停电率:在统计期间内每一用户因供电部门管辖范围以外的原因造成的平均停电时间与用户平均停电时间之比,记作IRE,,,RE=用户平-均=受-:外:部:影响的停电时间x100%,...:__....
2.32用户平均停电时间
2.4配电网供电可靠性评估算法研究配电系统可靠性评估是配电系统可靠性研究的最基本、最核心的内容之一配电系统可靠性评估是为了设计、规划和建设新的系统,或者扩大和发展现有系统供电能力而进行的预测评估,是所谓预测未来的行为可靠性评估对配电系统的供电可靠性的改善有很重要的指导作用,如果不进行可靠性评估很难发现系统的薄弱环节和不足之处,很难从根本上改善配电系统的可靠性可靠性评估方法最重要的是准确,评估结果所提供的信息量丰富,能发现配电系统中的薄弱环节,在系统规划、运行维护的各个阶段为工程技术人员提供参考同时由于现在的发展趋势对配电系统可靠性评估也逐渐有一定的实时要求,所以评估效率也是很重要的
2.
4.1电网可靠性算法的分类自从对可靠性领域的研究深入发展以来,人们对电力系统可靠性进行数据统计和模型的建立都提出了许多方法目前在工程上最为普遍应用的电网可靠性评估方法主要有解析法、模拟法及其它方法1解析法解析法根据电网元件的随机参数,建立电网系统的可靠性数学模型,通过枚举偶然事故并对该电网在各种偶然事故状态时的行为进行分析,然后通过数值计算方法获得电网系统的各项指标解析法一般是通过概率统计方法对系统进行计算解析法的代表方法有如下几种:FMEA法,也是配电网可靠性定量分析的经典方法,其全称为故障模式后果分析法FailureModeandEffectAnalysis该法的基本思想是,首先假定系统的故障元件,然后对该元件故障引起的系统状态改变进行分析,进而找出受影响的线路及停电的负荷点重复此过程直至枚举完所有的系统元件,按因果关系归纳成表对影响同一负荷点的各元件故障率和修复时间,根据逻辑关系进行计算叠加,可得负荷点指标并进而求得系统的可靠性指标FMEA法原理清晰,简单易懂,但在处理带有复杂分支馈线的配电网时会出现维数灾川I1口勾2叫斗叶圳叫I阳11υ-叫14仙付4川例1等值法,其基本原理是在FMEA法的基础上,对网络进行化简,变复杂网络为简单辐射状馈线整个化简的步骤可分为上行等效和下行等效两部分在首先的上行等效的过程中,将分支馈线对上级馈线的影响用一个串在上级馈线中的等效节点元件来表示从最末端的分支馈线开始等效,逐级向上,直到线路没有分支馈线为止而后,在下行等效的过程中,将上级馈线对下级馈线的影响用一个串在下级馈线首端的等效节点元件来表示与上行等效相反,逐级向下,直到负荷点为止,计算出负荷点指标等值法解决了配电网元件数量众多的困难,但在编程实现时需要对等效过程不断地递归调用,容易出现人为的逻辑错误由于现代配电网中大量手动开关和自动开关的应用,使得减小停电范围进行故障隔离成为了可能开关装置的配置不能影响系统的故障频率,但在减少停电持续时间方面有着巨大的贡献图论分析法,由于配电网可靠性的拓扑结构强相关性,衍生出了许多图论分析法把配电网看作图,用图的邻接矩阵实现网络拓扑,用图的增加和删除操作修改邻接矩阵,达到即时修改网络拓扑和计算可靠性指标的目的[叫最小路法,其基本思想是对每一负荷点,求取其最小路·根据网络的实际情况,将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响,折算到相应的最小路的节点上,从而对每个负荷点,仅对其最小路上的元件与节点进行计算,即可得到负荷点相应的可靠性指标以负荷点供电可靠为分析顶事件,将系统元件分为供电时必经过的最小路上元件及供电时不必要经过的非最小路上元件,计算可靠性对配电系统中的每一个负荷点,求取其最小路模型,将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性指标的影响,根据网络的实际情况,折算到相应的最小路节点上,从而对于每个负荷点,仅对其最小路的元件进行计算即可得到负荷点相应的可靠性指标该算法可以结合系统的实际配霄,找出网络的薄弱环节,计算效率较FMEA法有了很大的提高,但是对于由主馈线和分支馈线组成的相对复杂的系统,其最小路的求解和简化工作非常复杂[叫2模拟法模拟法是通过技术手段模拟系统的运行情况并得到结果其中最具代表性的是蒙特卡洛法,蒙特卡洛法是利用随机数进行随机模拟的一般方法,命名来自于欧洲著名的赌城名字蒙特卡罗法的主要思想是,利用现代计算机高速运算的能力,在计算机内重建了一个虚拟的系统,仿真系统的运仔本质是通过概率方法将服从各种概率分布特性的的随机数转换成能通过计算机模拟的服从分布的随机数其特点是能抽取服从任意一种概率分布的随机数,并能用计算机进行模拟蒙特卡洛仿真又称为随机模拟方法17
[11],它的基本思想是:建立相关问题的概率模型或随机过程模型,使其参数为问题所要求的解,然后通过对模型或过程的观察或抽样试验来计算所求参数的统计特征,最后给出所求解的近似值通常,解的精确度可用估计值的标准误差来表示蒙特卡洛仿真是一种统计试验方法,其统计的抽样次数与系统规模无关,容易处理各种实际运行控制策略和各种随机分布,所以蒙特卡洛仿真在进行大型复杂电力系统可靠性评估时更具有优越性3人工智能的方法人工智能算法是在1956年由美国的McCarthy和Vi.nsky等人提出的,经过多年努力,己经有了很大发展它是通过仿效生物处理模式,获取智能信息处理功能,以便简化处理一些复杂现象,快速有效的解决各种难题目前包括人工神经网络算法、模糊算法和遗传算法等多种算法近年来,人们尝试将人工智能的方法引人到可靠性分析领域出现了所谓的人工神经网络评价可靠性的方法以及模糊可靠性评估方法人工神经网络ANN评价可靠性的方法,ANN网络是模拟人脑工作的一种算法,包括3层前向传递网络:输入层、隐藏层和输出层输入层的用于提供原始数据;隐藏层主要起连接作用,使得输入层和输出层可以建立多种函数关系;输出层的作用是输出实际值反向传播学习法则是将多层前向传递网络的实际输出与期望输出之间的平方误差降至最低限度的负梯度算法通过传递误差来调整输出层各节点与最低层之间的连接权重,再结合历史数据得出配电系统的可靠性指标[190模糊算可靠性评估,在考虑随机性不确定事件和模糊性不确定事件对系统可靠性影响的基础上,综合应用概率论和模糊集合论,提出了模糊可靠性评估方法该方法应用概率统计理论解决设备与电网运行状态的变化及负荷状态变化的随机性,应用模糊集合论描述设备故障率、修复率、设备状态概率、电网状态概率及某负荷水平发生的概率和负荷水平预测等数值上的模糊不确定性,并利用相应的模糊集合运算得出电网的模糊可靠性指标I叫通常评价一种算法的主要标准是计算精度与计算时间三类方法各有特点解析法理论严密,计算精确,但是对大型电网的可靠性计算非常复杂,计算量很大模拟法可以模拟相关失效多重事件等复杂因素,计算量较少,但事件针对性分析有一定困难解析法得到的是评价值指标,而蒙特卡洛法既可以得到平均值指标又可以得到概率分布的可靠性指标在以前对配网的可靠性评估中,国内外大多数文献都采用解析法,随着计算机技术的推广应用,模拟法在电网可靠性评估中得到越来越多的应用人工神经网络方法虽然能够考虑网络结构变化等多种实际运行条件的影响,但由于其设计比较困难,隐含层中的节点数的选取不能很好解决,因此进展不大2凡2考虑多约束条件的蒙特卡洛法1元件模型配电系统的主要元件如配电变压器、断路器、架空线路等都属于可修复元件对一个正在使用中的可修复元件来说主要有可用状态和不可用状态对配电元件来说,除了计划停运外,其处在可用状态或不可用状态是随机的可用状态,又称工作状态,是指元件处于可执行它的规定功能的状态工作状态持续的时间称为连续工作时间,记为TU不可用状态又称停运状态,是指元件由于故障处于不能执行它的规定功能的状态:停运状态持续的时间称为连续停运时间,记为TD一个可修复的配电系统元件的寿命过程如图
2.2所示整个过程处在不断交替的工作状态和停运状态,这里元件只处于正常工作和故障停运两种状态,所以称双态模型,其中的TU和TD都是非负的随机变量IST01TU1T02T03TU2TU3TOi图
2.2双态模型元件的运行时间过程在传统的可靠性研究中,某一元件的故障率通··········常········E··被认为恒定不变然而,根据电力公司的经验所得大多数元件都遵循一定形式的寿命周期,这种形式下故障率不是一个恒定值,而是随时间变化的数值当电力元件刚投入使用的时候,由于运输和安装过程中人为的损坏,其故障率相对较高这段时期称为磨合期或者投入期:一段时间以后元件的故障率逐渐降低并达到一个近似恒定不变的值,这段时间称为元件的有用寿命时期当元件逐渐磨损,故障率趋于升高直至发生故障或者被新的元件替换,这段时期在元件的寿命过程中称为磨损期这种形式下的元件一个周期的故障率曲线为如图
2.3所示的浴盆型曲线λt1使用寿命tl‘----------一一----一一-----bj故障偶发期!故障偶发期损耗故障期t1图
2.3典型设备故障率曲线上图所示元件在磨合期与磨损期的故障率都要比有用寿命时期大,则进行可靠性分析时,应该考虑元件在不同寿命时期故障率对可靠性的影响2天气的影响对于线路、变压器等户外元件而言,其故障率应该是气候条件的函数恶劣天气出现的概率虽然不高,但处在恶劣气候条件下,电力元件发生故障的机会明显增加,并对元件产生巨大的破坏作用,使配电网发生多种相关和不相关故障的可能性急剧增加因此,在配电系统可靠性分析中,有必要考虑气候条件对系统可靠性的影响元件的故障率是其所处天气的连续函数,然而由于系统的建模、数据收集、数据检验等困在实际中却不能将其处理为连续函数或高度离散的函数因此,在大多数情况下,考虑到一定的模拟精度和计算量,将气候条件分为正常天气和坏天气两种状态,并用随机的持续时间期望值来描述3负荷变化的影响通常,复杂配电网可靠性评估都是在单一负荷水平条件下进行配电系统作为直接与用户联系的部分,其电压质量、供电可靠性等方面极易受到用户负荷变化的影响特别是在某些区域负荷曲线峰谷差较大的情况下,恒定负荷条件的可靠性评估方法的适用性就会受到较大的限制在很多配电系统可靠性研究的工作中,通常为了便于研究,计算电量不足和用户停电成本时均假设每个用户的负荷恒定不变,使用平均负荷或峰值负荷来计算电量不足和用户停电成本等可靠性指标.然而,在实际的系统中,负荷是随时间变化的函数,不同用户类型、不同季节,负荷水平也不同因此,使用平均负荷或峰值负荷代替时变负荷,必然会使可靠性计算结果造成较大的误差,在负荷变化范围较大时,得到的指标区间也会很大,不能保证可靠性评估、分析的精确度因此,有必要在负荷曲线下进行复杂配电网的可靠性分析考虑负荷变化的影响对提高研究配电系统可靠性指标的精确度有十分重要的意义4潮流约束配电网发生故障后,配网结构会发生变化引起配电网潮流变化在复杂配电网络的计算中必须要考虑因负荷转移造成的配电线路运行参数越限,电压过低、切负荷等情况因此在配网的可靠性分析计算中必须考虑潮流约束,对配电网进行潮流计算在传统的可靠性分析中,一般不考虑影响可靠性分析的其他因素,但足这样与实际的系统环境不符合,必然对可靠性分析的精确性造成影响,综合上述考虑本文引入考虑多约束条件配电系统可靠性评价模型19元件故障率λtλt=λxkwea加txk,庐ty
2.33元件的修复率为μt:μt=μxkweathertxksourcet
2.34其中,kw阔的e,t表示元件故障率受天气因素影响的时变权重因子:kifet表示元件修复时间受天气因素影响的时变权重因子:ksourcet表示元件修复时间受可用修复资源影响的时变权重因子:考虑多约束条件的蒙特卡洛法的具体步骤:
1、根据历史统计资料对线路数据进行初始化化如读入各种设各年平均故障率λ、平均修复时间t、电网结构参数等:
2、设青模拟时间N年,设青开始时间h=O,模拟开始
3、根据N,选取每个元件的故障率寿命影响的因子岛以t
4、根据h的数值判断系统运行时所处的H期ffi;选取k.•佣rcet
5、根据m的值,抽取0,1区间内随机数,根据随机数u的值与各种天气出现的概率Pi比较,确定所处的天气,从而确定kw础/;
6、根据h和负荷曲线确定负荷情况
7、根据蒙特卡洛法对线路元件的等效不可用度随机抽样线路元件状态,对每个元件产生0,1均匀分布的随机数,用转换公式求出其正常工作时间TU和连续停运时间TD,找到TU最小的元件,认为h=TU时该元件己产生故障,从而产生一个确定的系统状态
8、判断故障元件是否在主馈线上,若在主馈线上则转到9,若不在主馈线上则转到10;
9.故障后潮流计算,根据计算结果进行相应的减负荷判断形成新的网络,确定受影响的负荷点
10.统计负荷点工作时间、故障时间
11.仿真时间h=h+TD,判断h=h+TD是否大于仿真时间8760*N,若是则转到12,否则转到
312、根据停运线路范围用户数n和连续停运时间TDj,计算本次停电时户数shs=sh内町,线路可靠率kkl=1-shs/8760*N*n
13、打印结果5算例衡阳地区配电网基本情况:衡阳市配电线路总共134条,总长
815.038公里,其中架空线路
607.924公里,占总线路长度的
74.588%,电缆线路
204.114公里,占总线路长度的
25.043%,运行20年以上的线路17条,总长
128.444公里,占总线路长度的
15.759%衡阳市134条线路中,有35回10kV出线实现了互联,互联率达到
26.1%:配电变压器总共2151台,
840.135MVA,其中公用变1187台,
450.84MVA,专用变964台,
389.295MVA开闭所8座,分支箱205台,环网柜20台,柱上开关184台表
2.1衡阳地区线路基本情况表采用编写战线路的运行程序,经过计算机进行1万年运行的模拟,求得该线路每年故障停电时户数约为
122477.94小时·户,供电可靠率为
99.35%实际该线路年实际故障停电时户数为
62181.108小时·户,实际年平均供电可靠性
99.67%模拟算出该线路此结果与该线路的实际平均可靠率基本相符,但时户数相差约50%可见该算法通过长时间的模拟可以的到配电网供电可靠率一个概率性的指标,可以作为评估参考但可能受到参数的选取、模型等诸多方面的影响计算结果总是和实际情况存在一定的误差
2.5本章小结本章介绍了配电网的概念、结构和运行特点,配电系统可靠性评估的发展过程、特点和主要内容和研究方法并详细的介绍了配电网供电可靠性评价的指标体系,着重阐述了配电网可靠性评估算法的研究现状,对其中解析法、模拟法、人工智能法三类评估方法进行了对比分析,在前人的基础上改进了蒙特卡洛法考虑了天气、负荷、设备寿命、潮流约束的影响使评估结果更接近实际,通过用模拟值实际配电网的运行情况的对比验证了该算法的有效性第三章影晌供电可靠性的因素分析我国对设备和系统的可靠性统计工作从1983年开始积累了大量经验中电联可靠性管理中心每年发布电力系统设备的可靠性数据推动了全国的可靠性管理本文以电力可靠性中心近年大量的统计数据为基础,结合实际在湖南电网实际调研的资料,着重分析了我国近几年年用户的供电可靠性现状,剖析影响我国配电网供电可靠性的主要原因配电网可靠性评估研究的主要目的是减少系统故障的发生,提高供电的质量要达到此目的,就必须深人研究对配电网可靠性指标产生影响的各种因素在上述指标体系中,配电网可靠性评估的指标虽然很多,但归纳起来其基本量只有停电次数、停电时间和停电损失电量或停电规模3个而停电损失电量又主要取决于停电次数和停电时间因此,所有指标都集中反映在停电次数和停电时间这两个方面具体来说,影响配电网可靠性指标的因素有四个方面
3.1电网供电能力和配电网网架结构的影响
3.
1.1网络结构国内很多地区的配电网接线模式采用单电源辐射接线、环式接线、分段联络接线、N-l主备接线单电源辐射接线,采用单电源辐射接线图
3.1的优点就是比较经济,配电线路短,投资小,新增负荷时连接也比校方便缺点主要是故障影响时间长、范围较大,供电可靠性较差对于这种简单的接线模式,不考虑线路的备用容量,即每条出线主干线均是满载运行因此出现故障时,应注意到不能转移负荷一般情况下配电变压器的故障率很低,所以实际分析时也不予考虑当母线出现故障,则受影响的用户数为全线用户,平均停运时间为母线的平均修复时间断路器在正常运行时也很少出现跳闸等故障,最有可能出现的故障是在线路出现故障时断路器出现拒动的故障,因此这种故障也应予以考虑图
3.1单电源辐射接线不同环式接线图
3.2,该接线形式中有两个电源,取自同一变电所的两段母线或不同变电所,正常情况一般采用开环运行方式,其供电可靠性较高,运行比较灵活正常运行时,每条线路均应留有50%的裕量但是,由于自动化程度不高,一且线路或设备发生故障,负荷转供需运行维护人员到现场操作,停电时间也相当长Q-卜//图
3.2环式接线分段联络接线,这种接线模式,通过在干线上加装分段开关把每条线路进行分段,并且每一分段都布联络线与其他线路相连接,当任何一段出现故障时,均不影响另一段正常供电,这样使每条线路的故障范围缩小,提高了供电可靠性这种接线每条线路应留有或的备用容量与环式接线模式相比,分段联络的接线模式提高了馈线的利用率两分段两联络的导线利用率由提高到,但由于需要在线路间建立联络线,加大了线路投资这种接线模式可应用于城网大部分地区,联络线可以就近引接,但须注意要在不同变电站的出线或同一变电站的不同母线出线之间建立联络图
3.3分段联络接线N-l主备接线模式,就是指由线路连成环网,其中有条线路作为公共的备用线路正常时空载运行,其它线路都可以满载运行,若有某条运行线路出现故障,则可以通过线路切换把备用线路投入运行该种模式随着N值的不同,其接线的运行灵活性、可靠性和线路的平均21负载率均有所不同一般以3-1和4-1模式比较理想,总的线路利用率分别为66%和75%05-1以上的模式接线比较复杂,操作也比较繁琐,同时联络线的长度较长,投资较大,线路载流量的利用率提高己不明显N-l主备接线模式的优点是供电可靠性较高,线路的理论利用率也较高该方式适用于负荷发展己经饱和、网络按最终规模-次规划建成的地区母线le图
3.4N-l主备接线方式针对以上四种典型网络,应用配网可靠性分析的网络等值法,在等负荷容量等用户数的条件下分别进行了系统可靠性指标测算,测算中使用的元件可靠性参数来自于我国配电系统实际运行记录,见表
3.1,测算结果见表
3.2表
3.1元件可靠性参数表表
3.2不同配电网接线方式可靠性、经济性通过不同配电网架结构的分析:可靠性由低到高的顺序依次是单辐射接线模式,环式接线模式,分段联络接线模式和N-l接线模式
3.
1.2中性点接地方式长期以来中性点的接地方式一直是电力系统的综合性问题,对人生安全、绝缘配合、电磁兼容、继电保护都有极大的影响配电网量大面广,担负着直接为广大用户供电的任务,长期以来我国配电网的中性点大多是不接地运行的但是随着电力工业的快速发展,我国城乡电网不断推进,系统中性点接地技术和各和运行规模的某些不利变化,每年仍发生大量的瞬时性或断续的单相接地故障,配电网由于绝缘损坏、弧光接地或绝缘导线雷击断线故障引起的过电压、熔丝熔断现象也经常发生,影响系统绝缘寿命和供电可靠性选择适当的接地方式对电网供电的可靠性至关重要各国对接地方式的选择并没有形成共识,不同形式的接地方式也在不同的地方实践中得到了改进和完善因此在选择某种接地方式时,必须充分考虑国情和本地区特点、电网结构、供电可靠性要求、继电保护方式、配电设备绝缘水平、人身安全和对通信干扰等因素,进行全面的分析和论证,按照因地制宜的原则来选择,以免在技术上失误和在经济上造成损失在我国目前主要采用的配电网中性点接地方式有:中性点不接地、中性点低阻接地、中性点谐振接地三种现对几种中性点接地方式的运行特性以及对配电网供电可靠性的影响进行详细的分析47表
3.5不同接地方式技术特点比较通过表
3.5可以看出:中性点不接地方式结构简单,供电可靠性高,主要适用于电网电容电流较小小于10A的电网,但中性点不接地系统抑制弧光过电压方面能力差,发生单相接地故障时非故障相的最大过电压幅值达
3.5UCl且与继电保护配合杳一定的难度,还容易发展成为亮相短路事故,但因为可以带故障运行2小时,综合费用低在我国早期特别是农村地区获得广泛的应用低电阻接地方式可以大幅度限制工频熄弧过电压,发生单相接地故障时非故障相的最大归j歇性弧光过电压幅值仅为fju,但却牺牲了供电可靠性,采用低阻接地方式的配电网必须有足够多的备用线路来保证故障线路被迅速切除后的负荷供电投资较大,经济制约明显在以电缆为主的电网中采用低电阻接地方式较为合理消弧线圈接地具有供电可靠性高、人身安全与设备安全性好、通信干扰小等优点,但传统的消弧线圈抑制弧光过电压方面能力也不强、保护选择性差,人工调谐困难,随着微机选线技术的提高,以及自动跟踪消弧线圈的技术成熟,以上问题逐步得到解决,消弧线圈接地方式的优越性越来越明显,因此在电网改造中推广和优化消弧线圈的接地方式是较好的选择
3.
1.3电网供电能力与此同时我们应该看到虽然我国近年投入了大量的资金进行配电网建设和改造,但是相对于长期的历史欠账来说还是存在很大的不足,文献
[2]指出z网架结构与供电可靠性之间存在着很大的相关性2002年以前,随着电网投资占电力总投资的比重缓慢上升,供电可靠性呈上升趋势:而当2002年电网投资占电力总投资的比重出现下降拐点时,供电可靠性也随之出现明显下降;2005年,当电网投资占电力总投资的比重再次出现上升拐点时供电可靠性又随之上升,但在输配分家的预期下电网企业投资配网的积极性不足同时城配电网建设受规划、用地、交通、绿化等因素的严重制约,发展的步伐缓慢,严重落后于电源建设和用电的需求,致使配电网普遍仍然存在较大的问题在很多地方电网结构满足不了安全标准,即在受端系统内发生任何严重单一故障时应能可靠、快速地切除,保持系统稳定通过对RSl、RS3指标的对比分析能说明这一问题
[22]-
[30]供电可靠率RSl是计入所有对用户的停电得出的,真实的反映了电力系统对用户的综合供电能力,RS3是扣除系统电源不足限电影响的供电可靠率,直接反映了目前我国电网的现状和供电部门的综合管理水平总配数压2t线00表
3.32000-2007全国10kV供电可靠性指标H山用电路H已旧器M变户总户量总度明20002001200220032004200520062007nynpyooo5698u9606186686603667135127683898943649673541057056pnuponqRrUunudkM电缆线nwdnuhddnudnuQnUynud呼,huuhpuhdunyhnHHddnpuo
351268410999.5『ntnu路总长3144940646469915612465501100353nHd
142303168902.7度kM配电变naHud‘nunuδd户nupony压器总689303747108789037917790台数nHd9nh2uud5no037白hu白naFa-nu106033311539381240160AnHLdAYAt吁,aUPOFnOu217403245233267151295427335338401521470205570594639905用户年平均停电时间h
99.
84999.
88179.
7678.
9998.
17111.
72415.
80620.
49113.
1910.3603RS
399.
89399.
89899.
91699.
92999.
92799.
84599.
85299.8835h眨己CJ限电停电平均停电25201510520002001200220032004200520062007图
3.52000-2007全国10kV停电时间统计%100RS-3RS-
199.
799.
699.
599.420002001200220032004200520062007图
3.62000-2007全国10kV电网供电可靠率通过对近8年的RS1与RS3的对比分析,可以明显的看到系统电源不足限电的影响2004年限电对供电可靠率的影响是很大的,65%的停电是因为限电造成的,而2005年以后,限电情况得到很大缓解,到2007年,限电对供电可靠率的影响己下降到不足5%从中我们可以清楚地看到电网供电能力始终都是影响供电可靠性重要因素
3.1自然环境的影响我国幅员辽阔配电网遍及城乡地域分布广自然环境复杂多变由于电压等级低绝缘水平不高,受经济条件制约配电网机械强度不够,对环境变化的适应能力不够,自然环境对配电网供电可靠性的影响巨大2008初我国南方延续多天的低温冰冻天气对电网造成了极大的危害,其中对配电网络的损害无论从地域范围上还是损害程度上都要超过输电网络主要表现在天气,线、树矛盾、污染几方面:
3.
1.1自然环境影晌的地域相关性气候是对配电网的影响最大的自然现象,恶劣天气直接对配电线路造成巨大危害,大风、雷击、暴风雨、水灾、冰雪等自然灾害会引起元件故障天气因素对配网正常运行的影响在其发生时间和地点上具有明显的不均匀分布特点.各种故障发生的概率有明显的地域相关性以课题组在全国各地调研的资料地为例:口OOA计56表
3.4湖南某地10kV电网环境影响分析年份故障总数雷击线树矛盾
02110012511.3636%
1049.4545%
03843566.6429%
617.2361%
0498013013.2653%
474.7959%
7157410.3497%
182.5175%
90310511.6279%
283.1008%
454149010.79%
2585.682%而在其他地方可能是其他因素影响更显著:表
3.5河南某地10kV电网自然环境影响分析年份故障总数雷击雾闪
029129821.7105%
10411.4035%
03100312822.7318%
787.7767%
0476312529.4889%
425.5046%
058178622.7662%
526.3647%
06105611621.875%
989.2803%合计
4551106823.4674%
2588.218%在污染严重的地区及沿海地区还有化学污染和盐尘,会引起泄漏电流线路绝缘子因污染在大雾情况下也会出现大面积污闪放电事故环境污染对电网的主要危害一是导致设备污闪环境污染对电网的;第二个危害是加快设备老化据统计:70年代末期以来,我国各大电网相继发生大而积污闪事故1979-1985年问发生污闪事故886次,1986-1987年间发生污闪事故577次,电能损失4667力ikWh,东北、华北、华东的500kV线路自投运以来多次发生闪络事故,其中华北和东北的线路污闪跳闸率分别高达
1.235次100kmla和
1.0次/lOOkmla在东南沿海台风则成为影响配电网供电可靠性的最主要因素,研究文献
[21]指出台风是当地电网最严重的自然影响,台风对电网的主要影响一方面是风力带来的破坏,风力对电网的影响主要是线路杆塔和变电站内的引下线杆塔主要是面向海口处和台风登陆后前进方向的高山风口处的杆塔,最大可能受到超过12级风相当35m1s的风速影响,造成倒杆、折弯大档距、大跨越、大弧垂线路,因风偏而与树木、建筑物、杆塔放电,引起线路跳闸:变电站内架空软母线、跳线、引下线易对挂点放电或者短线之间相间短路:风力还对电网产生问接影响,如建筑工地的塔吊、脚手架等被风刮倒,压倒电力设备广告牌、气球、布条被风吹到线路上,因配网走廊不如输电网空旷,配电线路杆塔较低,配电网情况特别严重,因此是台风来临前的防范重点台风登陆后经常带来强降雨,这是台风对电网的次生灾害雨水冲刷线路杆塔基础,引起杆塔倾斜甚至倒塔,洪水、泥石流对变电站、配电室特别是地下开闭所带来严重影响,造成二次设备如端子箱、直流系统进水,引起保护装置不能正常工作甚至误动、拒动极有可能造成大面积停电我国沿海城市经济发达,电网如何抵御台风是一个重要的课题
2103.
2.2自然环境影晌的积聚效应配电网对天气、地理位置的敏感性比较高,所以对配电网的可靠性评估必须考虑气候因素,地理环境因素配电网中各种设备都是处于不同的气候条件、不同地理环境下运行的,运行的经验表明,随着所处气候条件的变化,环境的不同元件的故障率在某些时候也会发生变化,在特定的地理环境或某些气候条件下,元件的故障率会变得很大,正常情况下故障发生的概率较低,而只是出现在特定的条件下,特定的时间段内比较集中,电网故障不是随机分布的,这种在特定地域、天气条件、时间内故障特别高的现象,称之为故障的积聚效应但是配电网的故障率不是随着气候恶劣而线性升高,而是呈非线性的变化积聚效应并不代表电网元件彼此之间是并不独立的实际上系统不独立的只是共同的环境,这种共同环境使独立元件出现了故障率增大的情况因此在考虑气候条件的评价方法中,还是假定所有元件都是独立的在元件故障是气候的连续函数,但是由于系统模拟、数据收集和数据处理等方面存在不少困难,很难用连续函数或者许多个离散状态对它加以描述因此,在大多数情况下,考虑到一定的模拟精度和计算量,将气候条件分为正常天气、坏天气和灾害天气三种状态,并用随机的持续时间期望值来描述
3.3设备故障的影响坚强的电网是可靠供电的物质基础,电气设备是构成电网的基本单元因此通过有效的设备管理,降低设备故障率,是提高可靠性的重要手段配电设备是构成配电系统的基础,因此在收集配电系统可靠性数据时,不仅要注意收集和积累那些直接影响用户供电可靠性、反映系统状况的数据,而且必须注意收集和积累反映配电设备、元件状况的连续数据近几年来,随着各供电企业基础管理工作的不断加强和先进设备的大量采用,设备的故障率有了一定程度的下降
2000.2005年全国10kV电网变压器、断路器、架空线路、电缆线路4种主要设施备的故障率见表
3.6这4种主要设施备的故障次数,通常要占整个部配网设备总故障的80%以上表
3.62000-2005年全国10kV配电网主要设备故障率大量文献的历史资料和课题组在湖南、河南等地供电局的实地调查表明造成设备故障的主要原因有如下几种:
3.
3.1内外过电压的影晌由于配电网绝缘水平低,雷击尤其是感应雷及其它因素导致的过电压在故障因素中占据了比较突出的地位雷害事故是影响配电网最普遍的自然现象,因雷击过电压造成的配电网设备损坏也是设备故障的一个主要因素雷电对配电网设备造成伤害的主要途径有z直击于配电线路或设备,这类事故破坏性强但几率小:较为常见的是雷击地面巨大的雷电流入地,通过雷电流电磁场稿合的形式在配电设备上产生过电压,雷电过电压在系统传播的过程中遇到绝缘薄弱或者防雷措施不当的地方就会发生闪络,反击等事故造成设备故障铁磁谐振过电压也是配电网常见的问题,这是由于配电变压器、互感器等元件铁心的磁化特性的非线性使回路的电感参数是非线性的,这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时,会产生铁磁谐振,会在不同的参数产生不同频率的谐振过电压配电网系统中弧光过电压现象也是比较普遍的,其特点是各种接地故障产生电弧,在电弧反复的熄灭、重燃过程中产生数倍于额定电压的过电压,危及设备安全配电网系统中除了上述几种过电压外,还有如断线过电压、传递过电压、定相过电压等,都是危及设备绝缘和供电可靠性的主要原因,需要有效的抑制才能保证整个系统的安全
3.
3.2绝缘配置和绝缘老化配电电网的可靠性主要由停电次数、停电时间、停电时户数来衡量,造成停电的原因很多,但绝缘击穿造成的各种停电是最主要的原因之一配电网的可靠性很大程度上决定于系统中电气设备的绝缘水平和工作状况,合理的配置设定设备的绝缘水平对提高供电可靠性具有重大意义归根到底绝缘配责是一个技术经济优化问题,根据可能作用在绝缘上的各种过电压,限压措施、绝缘强度再考虑基建费用、运行维护费用、供电可靠性等多种约束条件进行优化工作电压是确定绝缘子个数的决定条件,通常按照工作电压所要求的泄漏距离确定线路绝缘子串的绝缘子个数,根据机械负载选定绝缘子的型式,在按照内外过电压的要求进行验算长期以来我国配电网受经济约束影响较大,配电网绝缘较为薄弱表
3.8是配电网中常用的一些绝缘子的技术参数按照GB
311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》规定我国3-66kV输变电设备能耐受的过电压倍数Kpp.u如表
3.7所示表
3.73-66kV输变电设备耐受过电压倍数标称电压UnkVrm.36山川不103566P寸附于电网最高电压UmkVnnS
3.
67.
21240.572弯受Kp主p.u
107.
25.3曲负山川耐荷
4.
24.1表
3.810kV配电网常用绝缘子技术参数雷电全波弯坏曲负川破荷瓷件最大爬电型号高度外径距离工频电压kVrms不小于冲击电压3ζ12AVtOJAJρ量435n0υ252重位『叶,血吨,,咱,P-6TCHCOCL湿50%干湿击耐闪耐受闪闪J穿…又二P霄P-6MP-IOTP-IOMP-15T
901251505028256570601.
4141051451856032287885751.414P-15M
12019028075454098118902.514P-15T16P-20TP-35T
16522837086575011114011020028056012580721562251853.
03.
013.
513.5从课题组在河南、湖南、福建等地实地调研的情况来看,大部分地区的绝缘配置是比较低的70%左右的针式绝缘子均为P-I0T系列,通过表
3.7和表
3.8数据对比来看绝缘裕度较小,即使有些地方加强为P-15T型,也不能保证在气象条件较差时耐受各种可能出现的过电压,更不用说在污秽较为严重的地区了这是造成我国配电网大多数绝缘击穿的主要原因绝缘老化就是电气设备绝缘中的液体和固体电解质在长期运行中受到各种因素的影响会产生物理和化学变化,这种变化是不可逆的,使其物理化学机械电气等方面的性能随时间的增加逐渐劣化配电设备大多长期暴露在户外运行条件恶劣,酸碱甜尘、紫外、臭氧等原因均能产生化学老化,同时长期过负荷、局部放电、接触不良等原因产生的高温也是绝缘介质老化的主要原因之一由于绝缘老化不是立刻造成故障,也缺乏必要的在线监测设备和专门的专业知识,往往不能及时发现和引起足够的重视,直到设备发生故障后才进行检修或更换,使设备的工作条件和工况得不到改善大大加快设备的损坏数量和频率,以至于过多的设备检修维护、和更换给增加企业运营成本和停电时间严重影响供电可靠率以课题组在湘中某电力局调研的数据为例:该局2007年由于设备老化引起线路故障255次,2006年同期出于设备老化引起线路故障182次,由于设备老化引发的线路故障问题是比较突出的由于设备老化引起线路故障又尤其以迎峰度夏这段时间事发率最高,其中7月份发生63次,8月份发生51次,两个月共占全年由于设备老化引起线路故障
48.51%,而9月和10月随着气温下降和负荷的减少,由于设备老化引起线路故障的事发率也逐渐降低,9月份由于设备老化引起线路故障17次,10月份由于设备老化引起线路故障6次
3.
3.3外力破坏的影响外力破坏造成的停电事件,按照引起的原因,又分为人为责任车辆破坏、施工、偷盗破坏引起、杂物结婚彩带、风筝鸟巢等因素造成两大类近年来,输变电设施的外力破坏问题已经成为电网安全运行的重大隐患,盗窃、违章建房、违章施工、交通工具损坏线路、杂物等外力破坏事件屡屡发生以课题组调研的湘中某电力局为例,2007统计年度内全年该局电网配电线路因为外力破坏造成的停电共47次,停电时户数达
2436.739时户,影响供电可靠率指标
0.012%,占全部停电时户数的
3.77%,用户平均停电时间AIHC-3为
1.09小时/户,占全部故障停电时间的
5.16%全年发生的47次外力破坏停电事件中,各类外力破坏发生的次数和停电时户数如下表所示:表
3.9湘中某局2007年外力破坏停电统计
3.4计划停电的影响计划停电就是除了故障检修停电、限电之外,因施工改造、输配电预试、清扫、检修等原因引起的停电近年6来受这类停电对影响是十分显著的,具体情况详见表
3.10表
3.102002-2007年全国计划停电情况统计2002年以来由于电网的大力改造,因施工停电显著增加,计划停电的次数占总停电次数和总停电时户数的比例均居高不下,最多的2006年分别达到
66.43%和
75.35%,最低也分别达到
40.79%和
21.47%不但损失大量的负荷给供电企业和社会造成损失,成为影响供电可靠率的最大因素这一方面从客观上反映出我国配电电网还比较薄弱,线路问联络差,互供、转供能力不足,检修效率不高,配网的建设任重而道远因此加强配电网络建设和停电管理是减少预安排停电的有效手段另一方面也反应了配电企业主观上对配电网供电可靠性管理工作认识不到位、管理不完善、措施不得力存在许多有待改善的地方在众多的计划停电中,检修停电和工程停电是预安排停电的主要原因以全国2007年统计数据为例,检修停电中,停电时户数按停电责任原因前三位依次是配电网设施计划检修、35kV设施检修、馈线系统设施计划检修,分别占检修停电总时户数的
46.66%、
17.65%、
10.76%工程停电中,停电时户数按停电责任原因前三位依次是配电网设施计划施工、业扩工程施工停电、35kV设施计划施工,分别占工程停电总时户数的
59.37%、
14.99%、
10.44%
3.5配网可靠性影晌因素的灰色度关联分析综上分析可知对配电网供电可靠性影响的因素多,如何准确量化和判定各个因素对可靠性的影响是制定有针对性措施提高配电网供电可靠性的前提条件为此本文引入灰色度关联分析,灰色关联指事物间不确定的关联,灰色度关联分析是在灰色理论基础之上发展起来的一种分析方法,能确定各因素对系统总体行为的影响的大小可在不完全的信息中得到参考指标和影响因子的关联度,找到主要矛盾该方法对样本要求低、计算简单在很多领域都获得广泛的应用l川叫H叶37ηl为了考察各个因素对供电可靠率的影响,本文选取年平均供电可靠率指标RS-l的时间序列为特征参考序列记为句,影响因子故障停电时户数记为X
1、非限电预安排停电时户数记为X
2、电缆化率记为X
3、双电源用户率记为X
4、平均每条线路长度记为码,考察设备故障和环境、计划停电、线路绝缘化率吁,、接线方式、供电半径几个因素对供电可靠性的影响表
3.112000-2005年全国10kV配电网统计数据由于各个指标的量纲不同,为保证便于分析保证各因素有等效性和同序性应对数据进行无量纲化处理常用的方法杳初值法、均值法、归一化法等方法,本文采用初值化法X=X;i=0,1,
2...nXk=Xok/Xo1X;k=X,k/X,
13.1表
3.12无量纲化后的数据求差序列ð;k=Ixk-x;k1i=1,2,
3...,5表
3.13差序列
3.2计算相关系数ðmin=0Amax=
1.55626608取q=
0.5rxok,xik=Amln+5Amu
3.3ð;k+Çdmax表
3.14相关系数序列年份几.k几2k几3kr04k几5k计算灰色相关度罚,=;
24403.4表
3.15灰色相关度rn.rO,aM
0.
7887519960.
837201220.
6591920.
968714620.79633148相关度排序:r,马2岛5岛岛,可见对我国配电网影响较大的前三位因素分别是双电源用户率、非限电预安排停电时户数、供电半径其中双电源用户率和供电半径属于电网供电能力和网架结构的范畴,由此可见影响影响我国配电网供电可靠性最大的原因就是因长期投资不足引起的配电网薄弱,电源供应冗余度小造成的是最应该引起主意的方面:其次,影响配电网供电可靠性第二大因素是计划停电,这是表明由于我国配电网管理水平不高,检修方式落后因施工、检修、预试等原因造成的影响巨大:再有,所选的各个因子的相关系数都大于
0.6可以认为都和配电网可靠性有较为密切的联系也应该引起足够的重视
3.6本章小结配电网可靠性评估研究的主要目的是减少系统故障的发生,提高供电的质量要达到此目的,就必须深入研究对配电网可靠性指标产生影响的各种因素根据我国可靠性中心发布的历年供电可靠性指标数据结合课题组实际调研的具体情况,对配电网可靠性指标影响较大的电网供电能力和配电网网架结构、自然环境、设备故障、计划停电等几个方面进行了详细的分析,并计算了供电可靠性和各因素灰色相关度,通过灰色相关度的比较对影响我国配电网供电可靠性的各个因素影响的大小结果表明各个因素按影响大小排序为z电网供电能力和网架结构、计划停电、设备故障率和自然环境这为我们进一步研究提高配电网供电可靠性的措施指明方向第四章提高配电网可靠性措施
4.1加强配网规划和改造优化配网结构由第三章对不同接线方式系统的可靠性指标的分析可以看出,网架结构是影响配电网供电可靠性的重要因素,坚强的配电网络是保证对用户可靠供电的物质基础与必要手段提高供电可靠性是个系统工程,应从电网的规划、设计以及对现有配电网络的优化改造入手积极开电网规划的编制工作,对规划的编制进行充分地论证,对规划内容进行整理,重点加强对提配电电网供电可靠性的规划还根据配电不断发展的实际情况修订配电网规划在考虑配网结构时,包括变电所落点、规模、线路布局和接线方式,要有超前和更长远的观念要有稳定可靠的供电能力,不仅能满足正常的供电,而且还应有较强的转供电能力,满足一定的安全供电准则做好负荷预测工作,合理安排电源点建设,确保配电网有充足的电源供应和备用容量,尽可能减少因限电造成的供电可靠性降低在配电网中推广采用多回线、环网、多分段连接等方式,以提高利用率和供电可靠性改善和优化输、配网架结构,满足电网的N-l准则和合理的变压器容载比,因地制宜的选择接线模式口9[400对部分可靠性较低的既有线路,在原有线路的基础上,对所有分支线路均加装隔离开关或熔断器,合理分段,安装联络开关,加强系统的改造与调整以限制由于分支线路故障或检修对主干线路造成停电的影响如果在相邻的两条线路某一处或两处装设联络断路器,当线路出现故障或计划检修时,通过相应操作,除故障段或工作段外的线路设备仍可正常运行对此类线路应适当加装分段开关,在原有线路基础上增加主干线路分断开关、分支开关、高压用户的分支开关等,这样有利于最大限度地减少停电范围,将业务扩展工程、故障停电造成的影响降到最小I叫42加大现有低压配电台区改造力度,规范低压配电台区的型式、供电半径及主要电气设备的选择以典型设计为基础充分考虑各地实际用电负荷的负荷结构、自然增长率,选用质量可靠的、技术先进、产品成套较好的设备物资解决老旧台区设备质量差、互换性差、技术落后、能耗高、长期过负荷等问题按模块化、系列化、标准化的思路进行配电网的设计、建设改造采用合理的配电方式、增强系统运行灵活性等可采用节点网络方式、备用线路自动切换方式等配电方式采取配电自动化技术,实现运行操作、情报信息收集处理等的综合自动化通过配网自动化,实现配网重构,在重构中建立以可靠性指标为最优目标函数的数学模型,这种方法只对系统原有设备进行优化组合,不需增加投资,因而可带来较大的经济效益这些规划在生产技术管理工作中起着指导和规范作用,无论在城配网的建设与改造工作中,还是日常生产技术管理工作中,各单位、各部门都以可靠性规划目标为指导,以完成可靠性规划措施为原则来安排工作
4.2实施状态检修和带电作业缩短停电时间检修是针对着设备在各种状态下即将发生故障或者已经发生了故障所采取的预防与补救措施长期以来我国电力系统一直的是故障检修或计划检修的模式,对检修工作对供电可靠性的影响认识不到位、分析不足,基本上不计算检修工作对供电可靠率的影响,或者事后计算和边算边干事实上我国大部分地区都普遍存在着因计划检修安排不合理而造成系统可靠性指标偏低的情况,在某些情况下计划检修对配电网可靠性的影响大于故障的影响计划检修是为了保证系统的可靠性对系统或设备中危害较大的故障模式采取的维修方式主要针对系统中参数退化不易监测的损耗型部件进行计划检修进行时多数情况下该部件并未损坏,因此被定期更换的部件通常不能充分利用,在维修上的花费比事后检修要大IωJ叫加强配电设备在停电检修方面的计划性,明确设备停电的管理分工、审批程序,严格按照国家电力公司应修必修,修必修好的精神,保证安全,建立设备停电检修的正常秩序和减少临时停电的次数,消除事故隐患,提高供电可靠性配电系统的维修主要分为两大类:事后维修与预防性维修与可靠性相比,系统的维修更依赖于人员的素质与管理水平,为了减少维修时间、提高系统的可用性,制定合理的维修策略采取合理的维修手段是维修中不能忽视的关键问题随着对电网的不断投入,电网中高可靠性、免维护的新设备的不断采用,输变电设备的健康水平也得到进一步提高,传统的检修方式已经不适应运行设备的需要尤其是按周期的计划检修,在一定程度上对用户停电带有一定的盲目性,对供电可靠性的进一步提高造成了障碍状态检修亦称视情检修、预知检修、适应性检修它与定期计划性检修的主要区别是以实际运行状态取代固定的检修周期,其基本思想是设备应尽可能长时间地处于运行状态,只是到设备结构和性能即将破坏的临界状态才停运检修,或者是合理利用施工停电或者其他原因造成的停电间隙对设备进行设备维护、检测、检修等也就是根据设备运行状态结合电网运行需要合理的优化检修方案做到应修必修,使检修工作做到有针对性,目标明确这样对运行正常的设备避免了那种盲目检修和过度检修的状况开展状态检修停电次数可以大大下降,既减少了检修工作量,又减少了对用户的停电次数,无疑对运行的安全和供电可靠性带来明显的成效具体做法是:加强对运行设备的技术管理,加强各类运行数据的积累,根据不同电气设备的检修周期、运行和检修包含点检或抽检状况,辅以带电或红外、紫外、超声波等在线的监测手段,通过专家系统和数据库等工具综合分析各种设备的故障次数、负载率等因素识别现有的和即将出现的缺陷,判断是否需要停电,从而有效地减少设备损坏和停电次数我们将设备的有关资料,包括出厂试验、历次检修报告、故障记录、运行记录、巡视一记录等大量资料进行统计分析,做出评估、预测、预想和预知运行设备状态变化趋势或规律,进而编制出状态检修计划,做出检修安排弥补了由于是配电电设备的监测手段不足造成的对设备状态掌握不清,盲目维修的缺陷,调整检修周期和范围,制定和实施不同的检修内容和计划,对电气设备状态进行控制它立足于现有的数据和装备资源,充分利用了定期检修和以前检修的丰富经验因此以可靠性为基础的优化检修方式能确保系统发挥其功能、提高设备可靠性、对检修成本控制有极大的益处I叫以上是对于故障停电的解决措施,但是前面的研究表明计划停电仍然是导致用户停电的主要原因因此提高计划停电时间的利用效率,有效减少停电时间,就能大大提高电网的可靠性水平因此有必要采取措施减少计划停电时间在规划设计和设备选型上留有一定裕量,避免因此类问题导致设备更新而造成的停电带电作业能够实现对线路的不停电检修、减少事故处理停电时间对用户不停电和少停电,提高供电可靠性,其社会效益和经济效益是非常明显的因此在有条件的地区要开展10KV配电系统的带电作业减少停电时间,增加系统可靠性带电作业是避免检修停电,保证正常供电的有效措施带电作业的内容可分为带电测试、带电检查和带电维修等几方面带电作业的对象包括发电厂和变电所电工设备、架空输电线路、配电线路和配电设备带电作业的主要项目有:更换线路杆塔,更换导线、母线和架空地线,清扫和更换绝缘子,水冲洗绝缘子,压接修补导线和架空地线,检测绝缘不良绝缘子,测试更换隔离开关和避雷器,测试变压器温升及介质损耗值,检修断路器,滤油及加油,清刷导线及避雷线并涂防腐油脂等带电作业是一项技术性极强的工程它要求作业人员的技术、心理素质要求极高超高压线路空间电场强度高、作业距离大,作业人员穿屏蔽服进入高电位并采用等电位方法作业,安全、便利:在配电线路中,因其电网电压低,相间距离小,配电设施密集,使作业范围窄小,穿屏蔽服的作业人员可能造成短路当带电体没遮盖或遮盖不全时,作业人员在相间作业,可能同时接触两相带电体,屏蔽服的金属网会导致相问短路,不仅造成设备短路,而且会因短路电流超过屏蔽服通流容量,直接造成人员伤亡事故所以,配电线路不宜穿屏蔽服进行等电位作业,而应穿戴全套绝缘防护用具采用主、辅绝缘相结合、多层后备绝缘防护的安全作业方式配电线路的带电作业,分为以绝缘工具为主绝缘的间接作业法和以高空作业车的绝缘臂或绝缘平台为主绝缘的直接作业法,它们二者均以绝缘穿戴用具为辅助绝缘间接作业法,指作业人员与带电体保持足够的安全距离,通过绝缘工具进行作业的方法,人体各部分通过绝缘防护用具绝缘手套、绝缘衣、绝缘靴与带电体和接地体保持隔离,人体并不是处于地电位直接作业法,作业人员借助带电作业车的车斗或绝缘梯接近带电体,人体各部分穿戴绝缘防护用具直接作业的方法直接作业法也不应称为等电位作业法因为当戴绝缘手套作业时,人体与带电体并不是等电位在配电线路的带电作业中,无论是采用直接作业法还是间接作业法,若按作业人员的人体电位来划分,均属于中间电位作业法
4.3降低故障率的技术措施我国配电网建设的技术装备水平与配网承担的日益繁重、复杂的供电任务是十分不相称的随着科技进步大量国内外先进配电设备的出现为配电网的建设改造提供了更多的选择,应从技术成熟可靠、经济技术指标优良、适合我国配电网实际的原则,谨慎选择适合的技术路线以下根据我们调研的实际情况提出一些值得关注和努力的方面1选择合理的中性点接地方式单相接地故障是配电最主要的故障类型占配电网所有故障类型的60%以上,我国配电网66kV及以下中性点为不接地系统,规程规定允许2小时的带故障运行,但是随着负荷密度的增加,电缆被大量采用,电容电流大,单相接地故障,电弧不易熄灭而引起过电压,必须采取消弧措施抑制电弧重燃产生的过电压,防止事故的扩大,现在大多改为消弧线圈接地的方式附叫J-们47η叫l目前配电网中性点经消弧线圈接地主要有预调式和随调式两种方式.预调式就是根据电网最大可能产生的电容电流选择消弧线圈容量,中性点经消弧线圈接地当瞬时性单相接地故障发生时,利用消弧线圈实现快速补偿,使故障电流小于一定值而自动灭弧,从而使系统继续正常运行而不停止供电随调式就是实时测试系统运行状态调解消弧线圈处于适当位置,当发生瞬时性单相接地故障时,投入消弧线圈对电容电流进行补偿从实践看:随调试补偿度好,但相应速度稍慢,预调式具有补偿迅速,可靠的特点在电力系统应用广泛在电容电流变化不大的地方应优先采用预调式,在网络复杂电容电流变化较大的考虑采用随调式2提高配电网绝缘水平随着城市绿化水平的提高线、树矛盾突出,城市的空气高氮氧化物、高粉尘环境使得近年因树木碰线和污闪事故明显因此加强配电网电气设备的绝缘,提高线路绝缘化率,显得很有必要首先应考虑增加线路绝缘水平,俄罗斯俄1999年制定的6-1150kV电网雷电和内过电压防护导则》提出的架空线路实施25年不检修的运行周期的规定是适应减人增效发展的要求,过去零值绝缘子的检测和更换工作量很大,以后实施在绝缘子串中增加零值储备,保证在25年运行周期内不检测和更换零值绝缘子绝缘于数目比我国现行的DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定的多1-3片,这种思路有值得借鉴的地方其次,应大力推广架空绝缘电缆的使用,相对于电缆线路的造价,架空绝缘电缆成为一种经济合理的选择特别是随着各种防止绝缘电缆断线事故研究的深入阴阳,这一长期困扰架空绝缘线路的问题得到了解决从实际调研的情况看提高线路绝缘化率将极大的提高配电网的供电可靠率3防止外力破坏导致的停电事故外力破坏是来自电力系统外的影响,主要由车辆破坏、施工、偷盗破坏引起针对车辆破坏事故,尽量减少在路口布杆,遇到不得不在路口设轩的情况,则应该在电杆或路旁易撞杆的地方采用钢杆并加装车挡等拉线要加上醒目的标示,尽可能减少车辆撞轩、撞拉线的机会,必要时设置保护栏网针对施工引起挖断电缆、倒轩事故,应在电缆敷设的地方设置标志,同时对加强和建设施工单位的沟通,必要时要派专人到现场协调针对偷盗破坏所造成的停电事故,加强电力设施保护条例的宣传普及教育,提高供用电设施的安全保护意识通过法律途径加大打击力度盗割电力线路、设备的行为,力争杜绝此类现象针对鸟害、异物造成的相|同短路,在接点和转角杆处将联络线更换为绝缘线,可以有效迦免鸟类和异物造成的故障,耗资不大却节约了大量的人力、物力4建立配网综合自动化系统现代配电网网络复杂供电要求高,传统的配网设备和管理技术不足以满足要求选择制定符合实际配电网综合自动化系统方案,升级改造现有配电网,实现配网自动化,一旦发生故障,自动化系统可以将故障区段自动隔离,完好段自动恢复供电,可使故障寻找时间缩短到儿乎是零,受故障影响的客户数压缩到一个区闷如果配置机械化的抢修队伍,故障停电的时间可大大降低、同时,自动化系统还可为预安排检修和市场开放提供决策依据,使网络运行的灵活性大为增加,使资源利用率进一步提高配网自动化的综合经济效益是多方面的我国目前对配电网自动化技术进行了长期的跟踪和研究nol-[511,取得了一些成果积累了经验,比较常见的有数据采集与监控系统SCADA、地理信息系统GIS、变电站自动化SA、馈线自动化FA、设备管理FM、负荷管理LM,但功能都比较单一信息不能共享有必要整合上述资源形成-个完整的配电网综合自动化系统
4.4改进和完善供电指标评价体系随着电力企业现代化管理工作的不断发展和深化,供电可靠性指标在生产管理工作中所占位置越来越重要由于我国的可靠性统计指标都是在历史统计数据的基础上经过简单计算得到,也就是对系统输配电设备以及各电压等级用户的历史可靠性状况进行分析和评价,因而有必要制定预测规划系统可靠性水平的规范化方法和指标目前,配电网可靠性管理,只统计到中压用户,即统计的范围为10kV配电变压器,每台配变为-户,未涉及低压用户事实上,作为以户为统计单位的供电可靠性管理,若只统计到中压用户是不完整的,不能全面反映各类用户实际的供电可靠性随着市场经济的发展和电网商业化运营步伐的加快,新颁布的《供电营业规则》规定在全国范围内实行一户一表、抄表到户的管理体制因此,由供电企业直接管理服务、直接承担供电责任的低压用户数量将迅速增加作为以户为统计单位的可靠性管理若继续只统计中压用户将是不完整的,不能全面反映各类用户实际的供电可靠性无助于我们发现和改进低压配网中存在的问题,影响我们进一步提高供电可靠性提高经济效益同时,在国际上多数发达国家的可靠性统计也是统计到低压用户的因此,改进和完善供电可靠性指标体系,是供电企业自身发展、提高广大用户供电质量以及逐步实现与国际接轨的必要条件首先,推广概率可靠性评估方法为了较全面地预测出各种威胁电力设备和电网安全稳定运行的隐患,提高电网投资的经济效益,应该着手研究和推广概率可靠性指标及其评估体系概率可靠性评价方法及评估体系在国外许多电力公司已经得到广泛应用,而在我国实际供电系统可靠性评估中应用不够广泛目前,北美电力可靠性协会正在着手制定新的可靠性标准,其中的一个重大变革就是大力推广概率可靠性指标及其评估体系我国在这方面比较落后,需要大力研究和推广概率可靠性指标及其评估体系其次,将可靠性指标统计由中压用户向低压用户扩延就是将可靠性统计的范围扩延到由供电企业直接管理的低压用户低压用户点多面广、数量众多,是可靠性统计的基本单位,常规的中压用户可靠性统计方法难以实现对低压用户可靠性的统计实施低压用户可靠性统计,对用户停电时间的采集和采集后的信息处理是低压可靠性统计的两个关键围绕这两个关键问题,进行系统的设计、开发、研制,依托可靠的通信手段和现代计算机技术,采用先进的管理手段,自动采集低压用户停电时间并进行处理是统计低压用户供电可靠性的主要任务我国在这方面己进行了一些探索,在浙江等一些地方进行了试点技术装备、管理手段上都取得了一些积极的成果再有,开展对统计数据的深层次挖掘工作目前我国城市电网配电系统可靠性方面已经建立了比较完善的统计办法、指标体系和上报制度经过多年的积累,供电企业已经掌握了大量的可靠性原始数据,但可靠性统计数据的真实性、准确性有待进一步提高还要大力开展对现有可靠性统计数据的深层次挖掘和应用工作,加强对这些资料深层次的分析,挖掘其中的潜在规律,找出影响供电可靠性的主要因素,并反馈到电力部门指导其规划、运行和设备管理
4.5加强配网管理工作提高可靠性水平除了上述几个方面外供电企业H常的基础管理工作也是十分重要的,课题组在河南、湖南等地供电企业调研时均发现,由于员工技术水平不高、责任心不够、领导重视不足等原因供电企业很多地方基础工作存在不足须从以下几方面改进:
一、建立完善的供电可靠性管理体系建立专门的配电网供电可靠性管理机构,配备专门人员,执行统一口径,彻底改变过去那种多部门管、都不管责任不明确,统计口径不统一不同部门为了不通目的对数据进行重复统计建立企业统一的信息数据平台实现可靠性数据的共享保证统计数据,有用性、准确性、及时性实行目标管理根据企业自身实际情况提出可行的预期可靠性目标,组织指标的层层分解细化,落实具体保证目标实现的措施,并严格进行考核形成有效激励机制促进供电可靠性提高
二、加强配电网管理的基础工作从课题组调研的情况看大多数企业对企业很多基础工作重视不够,普遍存在设备台帐不健全不完善或者是与实际情况不符,对运行设备的技术状态不了解这一现象在农村配电网尤为突出,部分企业对设备应该进行的基本巡视、测试工作都不能保证缺乏对设备的保养维护各供电台区普遍存在设备锈蚀、集污、漏油:接地电阻超标:接地线断裂:安全距离不足、40%的台区存在各种安全隐患在低压配电网也普遍存在接线不规范、私拉乱接、存在大量不合格产品等等这些都严重威胁客户和电网安全对供电可靠性造成极大的影响企业只有从关系电网安全稳定运行的没个细节入手,扎实做好每件小事,才能给供电工作提供最基本的保障,也只有扎实的基础管理工作才能提供准确的基础资料,找到影响配电网供电可靠性的主要原因和改进措施[S
24.6本章小结本章根据第三章对影响配电网供电可靠性的几大因素的分析,结合配电网的实际状况和自身特点提出了一些技术和管理方面的措施z科学的配电网规划和优化的网络改造方案是提高配电网可靠性最基础的一环,只有充分考虑配电网近、中、远期发展的实际情况给配电网提供充足的电源点支撑,在考虑经济约束的条件下尽可能的选用供电可靠性高的接线方式改变原来计划检修的方式,实行状态检修避免检修不足和检修过度两种倾向加强对设备状态的监测,根据设备状况综合考虑负荷、检修资源、计划停电等因素合理的安排检修:推广在压配电网中带电作业,积极探索更安全的带电作业方式尽量减少停电时间通过选择合适的中性点接线方式,加强线路绝缘、积极防止外力破坏,努力实现配电网综合自动化等措施有效降低设备故障率科学完善的供电可靠性评价指标体系、健全的供电可靠性管理机制和扎实的基础管理工作是提高供电可靠性工作必要的管理措施线路雁峰石鼓珠晖蒸湘总计总长度千米总条数条主干线长度千米电缆总长度千米架空线路总长度千米绝缘线总长度千米
245.
69174.
64205.
19189.
52815.
043638223713382.
6190.
3977.
0665.
14315.
2147.
6863.
6115.
9692.
18219.
43198.
01111.
03189.
2297.
34595.
6152.
1324.
24932.
62223.
09132.095线路绝缘百分比
21.21%
13.91%
15.89%
12.18%
16.21%故障率次/年故障恢复时间小时/次母线
0.
0312.38断路器
0.
0076.3主变
0.00315线路
0.029次/km年
5.62接线方式SAIFISAIDIAISI投资系数单电源辐射
3.
501215.
0399.851环式
2.
83678.
81299.
9241.15分段联络
2.
55227.
23899.
9731.2N-ll.
53216.
67199.
9961.5不接地谐振接地低阻接地单相接地电流最小100-1000A非故障相电压最高J3uφ在iUl
0.8-J3U4弧光接地过电压δ-叫U啕
2.
50.φ以-F
2.8U4以下操作过电压4-
4.5U,φ不大于4U4无数据第一次故障跳闸不跳闸不跳闸跳闸重复故障可能性大无与继电保护配合困难差好供电连续性能力较好最好差综合费用低中高年份变压器断路器架空线路电缆线路
20000.
8506.
11218.
12611.
11920010.
5112.
8528.
9324.
74420020.
6403.
0779.
6744.
44720030.
4852.
2378.
3434.
05920040.
4682.
5359.
4084.
41820050.
5622.
679.
614.27类别次数停电时户数所占比例用户平均停电时间施工破坏
221898.
646.8085%
11.53偷盗破坏
6980.
512.7660%
6.12车辆破坏
10721.
721.2766%
5.21小动物进入
3236.
96.3830%
1.67其他
6343.
212.7660%
1.8年份02次数55239占总次数%
62.89影响户数441055停电时户数1131307占总时户数%
21.
47035781050.
797360733741239.
646.
39046270940.
797733733908124.
132.
810512135360.
6517681781018785157.
910613326866.
431707696929277675.
350735593160.
3230775427147590569.04年份00Xo
99.889x
11295319.44X
23987363.
050199.
8971036255.
554346225.
7320.
277.
234.
950299.
9071131370360758222.
717.
264.
310399.
866862626.
93741239.
625.
517.
734.
210499.
821214274.
983908124.
128.
057.
794.
240599.
76625207231018785131.
97.
463.96年份x对x2x3x4Xf
00011.
000080.
8000001.
0900001.
2496920.
9525690.
850515021.
000180.
8734290.
9047541.
4001230.
9565220.
74055030.
999770.
6659570.
9382741.
572751.
0184450.
723368040.
9993090.
9374330.
9801271.
7293461.
026350.
728522050.
9987691.
9460242.
5550341.
9667080.
9828720.680412年份ðlå2å3ð4L\s
0010.
200080090.
08991990.
2496120.
047510.
14956020.
1267508630.
09542640.
3999430.
043660.
25963030.
3338128590.
06149560.
572980.
0186760.
2764040.
0618763940.
01918180.
7300370.
0270410.
27079050.
9472555851.
55626600.
9679390.
01590.
31836010.
7954637040.
896411950.
7571270.
942455920.
8387787020.
8599258280.
890761440.
6605120.
946874040.
74981738030.
6997939740.
926758560.
575920.
976562030.
73789203040.
9263384530.
975942060.
5159450.
966415680.
74184217050.
4509900140.
333333330.
4456480.
979980050.70965858。