引言

配電終端配置數(shù)量的多少,與供電可靠性指標密切相關(guān),配電自動化技術(shù)已經(jīng)成為提升供電可靠性的關(guān)鍵指標,越來越多的專家學(xué)者對其進行了相關(guān)研究。配電自動化技術(shù)通過在開關(guān)上裝設(shè)具有"二遙"或者"三遙"功能的配電終端,從而實現(xiàn)故障的快速定位、隔離以及故障區(qū)用電恢復(fù)。雖然裝設(shè)配電終端能提升供電可靠性,但若架空線路開關(guān)均配置配電自動化終端,會產(chǎn)生巨額的投資成本。

文獻針對配電網(wǎng)規(guī)劃提出了一種基于混合整數(shù)和非線性規(guī)劃的配電自動化終端配置優(yōu)化方法:文獻構(gòu)建了以一次開關(guān)設(shè)備和配電終端的投資、運行費用及故障停電損失費用和最小值為目標的優(yōu)化模型,進行配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的自動化配置:文獻從投入產(chǎn)出角度和供電可靠性角度對終端配置數(shù)量進行了研究。

配電自動化終端數(shù)量的選取依然需要進一步研究,本文主要從供電可靠性的角度出發(fā),說明供電可靠性指標與配電終端數(shù)量之間的聯(lián)系,分析配電終端模塊的模式(包括"二遙"和"三遙"終端模塊）對供電可靠性的影響,以便更加合理和全面地進行配電自動化規(guī)劃,從而為今后配電自動化工程的實施提供一定的參考。

1配電自動化終端配置原則

配電自動化建設(shè)應(yīng)結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平、企業(yè)的可靠性需求等因素考慮,而不是盲目開展自動化配置建設(shè)。自動化建設(shè)應(yīng)結(jié)合供電區(qū)具體的情況,有計劃地分階段實施,一般情況下,供電可靠性在電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃中是必須滿足的指標。

根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)指導(dǎo)原則,不同供電區(qū)域在不同發(fā)展階段中,對供電可靠性的需求不一。因此,配電自動化終端配置應(yīng)該滿足不同供電區(qū)對供電可靠性的不同需求。

2配電終端供電可靠率的計算

配電終端供電可靠率與架空線路故障類型以及終端模塊配置方式有很大的關(guān)系,下面分別對架空線路主干線故障、分支線故障、分支線影響主干線運行這三種故障狀態(tài)進行分析,并考慮在環(huán)網(wǎng)柜配置"三遙"終端模塊、"二遙"終端模塊以及"二遙"和"三遙"終端模塊相混合的模式這三種情況,對架空線終端供電可靠率進行計算。

假設(shè)分段開關(guān)個數(shù)為K,總用戶數(shù)為n,每條饋線均勻分段,負荷均勻分布,饋線的故障率為F(次/年）,各分段故障概率相同。

故障處理時間主要由兩部分組成,即:

式中:T_e為故障隔離時間(具備"三遙"保護的分段線路故障隔離時間為0）:T_r為故障區(qū)域修復(fù)時間,包括故障區(qū)域內(nèi)具體故障位置確認時間和開始修復(fù)故障點直至恢復(fù)供電的時間。

2.1分段開關(guān)全部配置"二遙"終端模塊的模式

2.1.1主干線故障

在全部安裝"二遙"的10kV架空配電網(wǎng)絡(luò)中,故障處理時間可表示為式(1）,假設(shè)分段線路每段的故障率為/i,由于各分段故障概率相同,所以系統(tǒng)用戶平均故障停電時間SAIDI₂可表示為:

2.1.2分支線故障

分支線故障時分支斷路器自動跳閘,具有自身切除故障的能力,不影響主干線和其他分支線的正常工作。假設(shè)分支線故障時停電用戶數(shù)僅為分支線自身所帶用戶數(shù)ni',停電時間為故障修復(fù)時間T_r,分支線路發(fā)生故障的概率為f_i',系統(tǒng)中用戶平均故障停電時間SAIDI'可表示為:

2.1.3分支線故障影響主干線運行

分支線故障導(dǎo)致主干線停電時,可等效為該分支線上級分段線路故障,與主干線上分段線路故障時分析結(jié)果一致,只是將分段線路故障概率f_i替換成分支線路故障影響主干線運行的概率f_j,系統(tǒng)中用戶平均故障停電時間SAIDI_j可表示為:

式中:F₁為分支線路故障影響主干線運行的總的概率。

2.1.4只計及故障因素停電的供電可用率α

綜合考慮以上3種情況,根據(jù)供電可用率定義,可以推導(dǎo)得到在分段開關(guān)處安裝K個"二遙"終端模塊的饋線的供電可用率α2可表示為:

將式(2）(3）(4）代入式(5）得:

2.2分段開關(guān)全部配置"三遙"終端模塊的模式

2.2.2主干線故障

對于全部安裝"三遙"終端模塊的情形,可近似認為T_e=0,即:

系統(tǒng)中的戶均故障停電時間9AIDI3可表示為:

2.2.2分支線故障

分段開關(guān)安裝"三遙"終端后,當分支線故障時,既不能縮小停電范圍,也不能減少停電時間,所以分支線故障時的用戶平均故障停電時間仍為SAIDI',公式如式(3）所示。

2.2.3分支線故障影響主干線運行

由2.2章節(jié)的分析可知:

2.2.4只計及故障因素停電的供電可用率α

考慮以上3種情況,可知:

將式(3）(8）和(9）代入式(10）得:

2.3分段開關(guān)混合配置"二遙"和"三遙"終端模塊的模式

2.3.2主干線故障

在"三遙"和"二遙"自動化配置終端混合使用的情況下,假設(shè)饋線中分段開關(guān)的"三遙"和"二遙"終端模塊總和為K,那么"三遙"終端模塊的數(shù)量則為K₁,若"二遙"自動化終端均勻分布在各個"三遙"切割的區(qū)域中,那么每個區(qū)域則有R臺"二遙"終端模塊。計算公式為:

因此,系統(tǒng)中戶均故障停電時間SAIDI₂₃可表示為:

2.3.2分支線故障

根據(jù)上述分析,分段開關(guān)無論安裝"三遙"還是"二遙"終端后,分支線故障時的用戶平均故障停電時間皆為SAIDI',公式如式(3）所示。

2.3.3分支線故障影響主干線運行

根據(jù)以上分析,系統(tǒng)中戶均故障停電時間SAIDI_j可表示為:

2.3.4只計及故障因素停電的供電可用率α

綜合考慮以上3種情況,供電可用率α23可表示為:

3算例分析

對某地區(qū)年各供電分區(qū)架空線路配電自動化終端參數(shù)進行調(diào)研,各供電分區(qū)主干線長度、故障率、支線影響主干線概率、故障時間、分支線故障率參數(shù)如表2所示。

根據(jù)本文第2章提出的架空線配電自動化終端配置的計算方法,得到某地區(qū)各供電分區(qū)各分段開關(guān)數(shù)量下的供電可靠性如表2所示。

根據(jù)某地區(qū)架空線配電終端供電可靠性指標的要求,表2的計算結(jié)果灰色部分不滿足可靠性要求,其余部分均滿足可靠性要求。

對于A類供電區(qū)域,兩分段接線結(jié)構(gòu)即使全部安裝"三遙"終端,其供電可靠性仍不滿足要求,而三分段接線結(jié)構(gòu)只有全部安裝"三遙"終端才可滿足供電可靠性要求,四分段接線結(jié)構(gòu)則只需安裝一個"三遙"終端即可滿足供電可靠性要求。

對于B類供電區(qū)域,兩分段接線結(jié)構(gòu)即使全部安裝"三遙"終端,其供電可靠性仍不滿足要求,而三分段接線結(jié)構(gòu)只需安裝一個"三遙"終端即可滿足供電可靠性要求,四分段接線結(jié)構(gòu)不需要安裝"三遙"終端也可滿足供電可靠性要求。

對于C類供電區(qū)域,兩分段接線結(jié)構(gòu)只需安裝一個"三遙"終端即可滿足供電可靠性要求,三分段和四分段接線結(jié)構(gòu)不需要安裝"三遙"終端也可滿足供電可靠性要求。

對于D類供電區(qū)域,任何接線結(jié)構(gòu)都無須安裝"三遙"終端,均可滿足供電可靠性要求。

4結(jié)論

本文分析了不同供電區(qū)域如何進行架空線配電自動化終端配置,得出如下結(jié)論:

（1）本文對架空線終端供電可靠率的計算分析具有一定的通用性和精確性,有很好的借鑒意義。

（2）從供電可靠性角度,每個分段開關(guān)所需配置"二遙""三遙"配電終端的數(shù)量取決于要求達到的供電可靠性指標,包括人工故障區(qū)域隔離時間、故障修復(fù)時間和故障率。

（3）對于架空網(wǎng),為滿足供電可靠性要求,應(yīng)根據(jù)不同的區(qū)域合理分段,并選擇所配置的終端數(shù)量。