基于配电网网架结构对供电可靠性影响研究

基于配电网网架结构对供电可靠性影响研究

摘要：标根据实际需要，可以将配电系统可靠性评价指分为两大类，共二十三个指标，其中配电网网架结构对供电可靠性的影响最深。配电系统供电可靠性是衡量配电系统供电能力的重要指标，是配电系统可靠性管理的基础。本文就基于配电网网架结构对供电可靠性影响进行深入研究。

关键词：配电网；网架结构；指标；可靠性影响

0. 引言

配电自动化系统主要负责实时监控配电网运行安全，提高配电网运行的可靠性。目前，配电网的线路开关自动化及智能化程度较低，系统性能完全依赖主站与通信，但是配电网范围较广，因而建设配电网自动化、提高供电可靠性具有一定难度。配电系统供电可靠性统计能够直接衡量配电系统对用户的供电能力，因而成为加强配电系统可靠性管理的基础，并且成为电力工业可靠性管理工作的重要组成部分，配电系统供电统计对象是以对用户是否停电为标准。

1. 供电可靠性指标

配电系统供电可靠性是指配电系统对用户连续供电的水平。配电网可靠性作为衡量供电质量的基本指标，其可靠性是指元件、电力设备或系统在预定时间及条件下实现持续供电的性能。衡量可靠性的指标又被叫做可靠度（可靠率），可靠度可以表示设备、系统成功的概率或其工作成功的比值。由于城市配网直接与用户联接，因此配电网一般以闭环设计开环运行模式为主。据调查数据分析，由于配电网故障而造成的停电事故占总停电故障的

百分之八十，所以在城市配网规划中，配电网的可靠性评估是影响决策最终方案的重要因素。

1.1可靠性指标

可靠性指标可以分为以下几种：供电平均可靠率；系统与用户的停电平均频率；均供电的不可靠率；系统及用户停电平均持续时间。在这几个指标中，供电平均可靠率是一种综合性指标，能够衡量电力部门停电管理水平及电力设备的完好率，影响城市配电网规划方案的制定。可靠性指标与网架结构、设备可靠性、线路长度、线路负载等因素密切相关。可靠性一方面能够用于评估分析配电系统结构的可靠性，另一方面还能够用于衡量可靠性的相对水平，从而为某种特定可靠性水平提供所需费用、制定出可靠性的方针及策略。

1.2量化可靠性方法

一般利用统计配电网故障率数据的方法来量化可靠性，一般可以将供电故障区域分为三各部分来降低故障的影响：隔离操作时间的故障区域指通过备用电源来恢复供电的区域；正常区域指通过开关正确动作而持续供电的区域；隔离操作加联络切换操作时间的故障区域指没有其他供电电源可恢复供电且故障时间为元件修复时间的区域。要想确定故障后的停电时间，需要综合分析各区域的停电类型、运行管理及检修水平，通常发生故障的情况下，正常区域的停电时间只能有六分钟，隔离操作时间的故障区域只有十二分钟，隔离操作和联络开关切换操作时间的故障区域则为三个小时。

1.3配电网

中低压配电网由架空线、架空及电缆混合线路、电缆线路几个部分构成，配电网设备

则主要包括以下几个部分：开闭所、配电所、电缆分接箱、配电自动化装置、户外环网柜、柱上开关、柱上变压器、计量装置及接户线等等。中压配电网接线方式的选择必须要建立在保障供电可靠性的基础上，以不同供电区域的情况为参考依据，要能够以简便为原则，从而有助于实现配网自动化，需要注意的是，同一城市的中压配网接线方式不得过多。城市10kV配电网对于城市电网供电水平有着重要影响，为了提高配电网运行的安全性、经济性及可靠性，必须要结合110kV/10kV变电所的容量及负荷密度，来研究配电网网架，从而使接线方式满足标准化及统一化的要求。

配电网直接面向用户，因此在分析工作中，需要将配电网分成若干区域，各区域必须包括110kV电站、10kV线路及其他设备；各区域的设计都必须以区域变配电站为中心、以供电距离为半径来设定供电区域，以此来分析供电可靠性。供电可靠性的分析需要综合考虑以下几类数据：各元件的平均年故障率、各元件发生故障时所影响的用户数目及平均修复时间、负荷转移的情况，在分析此类数据的基础上计算出用电有效度的平均值，再通过该指标来评估方案的可靠性程度。

2. 配电网网架结构对供电可靠性的影响

2.1单电源辐射接线

单电源辐射接线的特征是：配电线路短、投资成本少，连接比较方便。虽然经济性较高，但是故障持续时间长、影响范围广、供电可靠性低。单电源辐射接线模式没有考虑到线路的备用容量，各主干线都是满载运行，一旦发生故障，负荷无法顺利转移，尤其是母发生故障时，全线用户都会受到不良影响。在正常运行过程中，断路器发生跳闸故障的频率较低，需要跳闸时断路器拒动故障率较高，通常情况下一般不考虑配电变压器故障。

2.2分段联络接线

使用分段联络接线方式来提高供电可靠性的具体步骤如下：在干线上配置分段开关，线路连接则使用联络线。一旦发生故障，不会对其他段线路造成影响，能够有效缩小故障的波及范围。与环网结构相比，分段联络接线有助于提高馈线的利用率，但是由于线路投资较高，所以需要留有一定备用容量。

2.3不同环式接线

不同环式接线方式由同一变电所的两段母线或不同变电所构成。该方式需要配置两个电源，因而使用开环运行方式，不但运行灵活，而且供电可靠性较高。在运行过程中，各线路留有一半的裕量。但因为自动化水平低，一旦线路或设备发生故障，必须要安排人员到现场进行操作，所以停电时间较长。

2.4“N-1 ”主备接线

该接线方式将线路连成环网，在正常运行中，备用线路空载运行、主线路则满载运行。一旦某段线路发生故障，备用线路会自行切换并投入运行。N值直接决定接线运行的可靠性及平均负载率。“3-1”与“4-1”模式最为常见，其总利用率为66%与75%。该接线模式的优点是线路的理论利用率及供电可靠性较高。

在负荷容量及用户数相同的条件下，可以使用网络等值法来分析使用以上典型供配电网架结构时，配电网的可靠性及系统可靠性指标。据调查研究数据分析，配电网网架结构的可靠性由低到高分别为单辐射接线、环式接线、分段联络接线及N-1接线模式，图一用相邻柱状图来代表不同方案的可靠性指标负荷密度曲线，用于表示不同配电网接线模式下

可靠性指标的具体情况。

在一定的变电站容量下，如果使用同一种接线方式，那么供电区域负荷密度与配电网的可靠性呈正比关系。如果变电站容量与负荷密度保持不变，那么架空线组成配电网的可靠性从高到底分别为分段三联络网架结构、分段两联络网架结构、手拉手网架结构及单辐射网架结构。由电缆线组成的配电网的可靠性由高到低为分段两联络网架结构、N-1网架结构、手拉手网架结构和单辐射网架结构。

图一：各种接线模式的可靠性指标--负荷密度曲线

3. 结束语

综上所述，随着用电需求的提高，配电网在分配电能方面的作用更为突出，直接关系到电力系统的运行效率。配电网网架结构与供电可靠性密切相关，网络结构的不同使得电网的负荷密度、变配电站及主站的保护方式等存在差异。因此，必须要结合实际情况来优化配电网网架结构，从而提高配电网运行的安全可靠性，将配电网及用户的损失降到最低并提高供电可靠性。

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