投资净效益率在馈线自动化方案选择中的应用

熊　文, 王　莉, 肖　健, 伊　洋, 蔡燕春

(广州供电局有限公司， 广东 广州 510620)



投资净效益率在馈线自动化方案选择中的应用

熊文, 王莉, 肖健, 伊洋, 蔡燕春

(广州供电局有限公司， 广东 广州 510620)

摘要：通过分析不同馈线自动化方案对供电可靠性的影响,从工程实用角度阐述了利用投资净效益率分析评价馈线自动化方案的具体方法.对我国H市的馈线自动化方案进行了分析计算,利用改进的产电比法计算各馈线自动化减少的停电损失,分析比较H市各供电分区采用不同馈线自动化类型的经济性,给出了各供电分区经济性最优的馈线自动化方案,研究结果对配电网规划具有一定的借鉴意义.

关键词：馈线自动化；供电可靠性；投资净效益率

一直以来,关于配电网经济性与可靠性问题的研究得到了广泛关注.文献[1]利用可靠性成本/效益分析方法分析电网供电可靠性与电网建设经济性两者之间的关系；文献[2]提出了可靠性成本/效益精益化分析方法,将传统的可靠性边际成本曲线按照不同优化措施进行了分解；文献[3]提出以成本与效益的比值作为判据来分析比较几种方案,取比值最小者为最优方案；文献[4]利用最小单位负荷年费用法分析不同配电网接线模式的经济性和可靠性.关于配电网经济性的研究方法很多,但是对于馈线自动化经济性与供电可靠性的研究相对较少,而且在制定馈线自动化方案时,大多未考虑供电区域的实际情况,包括负荷密度,供电可靠性要求高低、建设馈线自动化的难易程度等.

本文结合供电区域的实际情况,利用投资净效益率计算方法,通过对H市的馈线自动化方案进行分析,比较该市各供电分区采用不同馈线自动化方案的经济性,并得出一些规律性的结论,为电网的规划、运行提供有益的参考.

1馈线自动化

馈线自动化(Feeder Automation, FA)是提高供电可靠性的关键技术之一,其提高供电可靠性主要体现在故障处理和遥控操作两个方面.在正常状态下,实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况,实现线路开关的远方或就地合闸与分闸操作；在故障时,获得故障记录并能自动判断和隔离馈线故障区段,迅速恢复非故障区域供电,提高供电可靠性[5].

国内外的馈线自动化大致可分为基于自动化开关型的馈线自动化、集中式馈线自动化和分布式智能馈线自动化三类.

1.1基于自动化开关的馈线自动化

基于自动化开关的馈线自动化所需设备主要有重合器和分段器,不需要与配电自动化主站通信,设备投资成本低.在故障发生时,能够通过线路开关间的逻辑配合,实现故障定位、故障隔离和恢复非故障区域供电,其配置如图1所示.

图1　电缆环网基于自动化开关的馈线自动化

1.2集中式馈线自动化

集中式馈线自动化由变电站出线断路器、柱上开关或环网柜、馈线监控终端(FTU)、通信网络、配电主站等组成,其配置如图2所示.馈线监控终端与配电主站通信,可以将采集到的开关的运行信息传给配电主站,也可以接受主站下达的命令进行相应的远方倒闸操作.在故障发生时,可以实现故障的快速定位、隔离与供电恢复,提高供电可靠性.根据是否有遥控功能,可以分为集中型全自动化型FA和集中型半自动化型FA[6].

图2　电缆环网集中式馈线自动化

1.3分布式智能型馈线自动化

分布式智能型馈线自动化是在重合器方式馈线自动化的基础上,增加局部光纤通信网,使得环网内的各FTU互相交互信息,其配置如图3所示.系统中的每一个FTU根据本地测量信息、相邻开关处FTU送来测量信息,进行故障定位、隔离与恢复供电.无需主站或子站的介入,也不需要知道整个网络的拓扑结构.

分布式智能型馈线自动化隔离故障速度快、准确性高.多级串联开关可以实现无级差配合,能够在故障后0.3s内直接跳开离故障点最近的两侧开关,而变电站出线开关不需要跳闸,使得停电区域最小.在保护通道故障时,可自动转为重合器方式的就地式馈线自动化工作模式,供电可靠性非常高[7].

图3　电缆环网分布式智能型馈线自动化

2馈线自动化方案选择的分析方法

由于不同供电区域的网架基础不同,即使采用相同的馈线自动化方案,所需的投资费用以及收益回报，也会有所不同.所以在进行馈线自动化方案选择时,不仅要考虑馈线自动化的投资费用、收益回报还要综合考虑不同区域的负荷密度、供电可靠性要求高低、一次网架结构、实施馈线自动化的难易程度等因素.

馈线自动化的投资费用包括设备投资费用和运行维护费用,其计算相对容易.实施馈线自动化后带来的收益回报一般用实施馈线自动化后减少的停电损失来评价,但是其计算相对困难,这里利用改进的产电比法来估算.产电比是指某一时期、某一地区内国内生产总值(GDP)与消耗电能量之比.本文在考虑各馈线自动化类型对供电可靠性的不同影响的基础上,估算各类供电分区采用各种馈线自动化方案时减少的平均停电时间,结合产电比法和供电分区的负荷功率值来计算各馈线自动化方案带来的收益回报.

2.1投资净效益率计算方法

在实际情况下选择馈线自动化实施方案时,这里引入“投资净效益”和“投资净效益率”概念,分析计算不同区域建设馈线自动化的投资与效益的关系.

具体计算步骤如下：

1)根据负荷密度的不同,将供电区域分为不同的供电分区.

2)利用货币时值转换公式,将目标供电分区内各馈线自动化方案的投资费用和运行维护费用转化为等年值.

3)将目标供电分区内实施各馈线自动化方案后减少的停电损失费用减去投资和运行维护费用的等年值,得到投资净效益.

4)分析投资净效益,当投资净效益大于零时,说明效益大于成本,该方案可选, 当投资净效益小于零时,说明效益小于成本,该方案不可选.

5)分别计算可选的馈线自动化方案的投资净效益率,取投资净效益率最大的馈线自动化方案为最优方案.

2.2数学模型

计算中引用的主要计算公式如下：

投资净效益：

C=C(l)-C(i)-C(m)

(1)

且有：

C(l)=ω×tl×α

(2)

(3)

(4)

其中：C(l)为实施馈线自动化后减少的停电损失；C(i)为实施馈线自动化的设备投资年费用；C(m)为设备维修年费用；ω为供电分区内的负荷功率；tl为馈线自动化减少的平均停电时间；t1为产电比；r为电力工业投资回收率(一般取0.1%)；n为馈线自动化的折旧年限(取25年)；C'(i)、C'(m)分别为馈线自动化投资费用和运行维护费用.

当C>0时,说明效益大于成本,该方案可选；

当C<0时,说明成本大于效益,该方案不可选.

当有多个可选方案时,计算其投资净效益率：

(5)

取投资净效益率最大的馈线自动化方案为最优方案.

2.3供电分区的划分

根据南方电网公司最新公司企业标准《配电网规划设计导则》,规定南方电网区域划分情况见表1.

表1供电区分类对照表

地区级别A类B类C类D类E类特级中心区或σ≥30一般市区或20<σ<30市区或10<σ<20城镇或5<σ<10城镇或1<σ<5一级σ≥30市中心区或20<σ<30一般市区或10<σ<205<σ<10的郊区及城镇城镇或1<σ<5

注：σ为供电区负荷密度,单位为MW/km2.特级地区指国际大城市；一级地区指省会及其它主要城市.

3算例分析

以我国某城市H市为例进行分析.根据负荷密度的不同,该市可分为:A、B、C、D、E 五个供电分区,划分标准对照表1.

首先对A类供电分区进行分析计算,且假定所有的设备都100%可靠.截止到2013年底,H市A类供电区的GDP为503.97亿元,供电量为50.13亿kWh,产电比为10.053 元/kWh,负荷功率为109万kW.

A类供电分区网架基础好,进行馈线自动化改造时相对容易,所需的投资相对少.据统计，A类供电分区采用集中型全自动化型馈线自动化的投资为50万元,采用集中型半自动化型馈线自动化的投资为32万元.采用分布式智能型馈线自动化的投资为35万元,采用基于自动化开关的馈线自动化的投资为17万元.

馈线自动化能够减少倒闸操作时间和故障处理时间。集中式全自动化型馈线自动化和分布式智能型馈线自动化带有遥控操作功能，能够减少人工去现场进行倒闸操作的时间，根据A类供电分区现场实际情况，遥控操作比人工操作每次大约节省0.4h.而集中式半自动化型馈线自动化和重合器—分段器配合型馈线自动化不具有遥控功能，其减少的停电时间仅包括减少的故障处理时间.

除了倒闸操作时间上的差距外，不同的馈线馈线自动化类型处理故障的速度不同.据H市馈线自动化前期试点建设的统计数据，H市A类地区采用集中式全自动化型馈线自动化减少的平均停电时间约为0.6h.在A类地区采用集中式全自动化采用集中式半自动化型馈线自动化、分布式智能型馈线自动化、重合器.分段器配合型馈线自动化减少的平均停电时间分别约为0.3h、0.5h、0.1h.利用投资净效益率分析方法计算A类供电分区采用各类馈线自动化的投资净效益率情况见表2.

表2A类供电分区采用各种馈线自动化方案时投资净效益率分析表

A类供电分区初始投资/万元减少停电小时数/h减少停电损失/万元投资净效益投资净效益率/%集中式全自动化FA500.6657.48>012.15集中式半自动化FA320.3328.74>09.27分布式智能FA350.5547.9>013.65基于开关的FA170.1109.58>05.45

由表2可知,A类供电分区,采用4种馈线自动化时,带来的效益都大于投资成本.关于投资净效益率,集中型全自动化型FA和分布式智能型FA的投资净效益率高,且由于A类地区对供电可靠性的要求高,网架基础好,建设集中型全自动化型FA和分布式智能型FA相对容易,所以建议H市A类供电分区采用集中型全自动化型FA和分布式智能型FA，且建议该分区内对供电可靠性尤其高的区域优先考虑采用分布式智能型FA.

B类、C类、D类、E类供电分区的投资效益分析方法与A类供电分区类似.

H市各供电分区采用各种馈线自动化方案时的投资净效益以及投资净效益率情况汇总见表3、表4.

表3H市各供电分区采用不同馈线自动化方案时投资净效益分析表

供电分区集中式全自动化FA集中式半自动化FA分布式智能FA基于开关的FAA类>0>0>0>0B类>0>0>0>0C类>0>0>0>0D类>0>0>0>0E类<0<0<0>0

表4H市各供电分区采用各种馈线自动化方案时的投资净效益率分析表

供电分区集中式全自动化FA集中式半自动化FA分布式智能FA基于开关的FAA类12.159.2713.655.45B类3.296.693.231.5C类3.155.572.901.26D类1.180.230.932.81E类-0.21-0.55-0.273.79

经过以上分析,得到H市各供电分区的可以采用的馈线自动化方案见表5.

表5H市各供电分区的馈线自动化方案

供电分区建设方案备注A类集中型全自动型FA分布式智能型FA对该分区内对供电可靠性要求较高的部分区域,优先考虑采用分布式智能型FAB类集中型半自动型FA无C类集中型半自动型FA无D类基于自动化开关的FA无E类基于自动化开关的FA无

4结束语

本文提出的利用投资净效益率指标分析评价馈线自动化方案的方法，能够根据不同供电分区的实际情况，具体分析馈线自动化的经济投入，提高供电可靠性带来的经济效益的关系，为各供电分区最优馈线自动化方案的选择提供依据.

参考文献：

[1]杨超楠,卜凡坤.电网规划中的可靠性成本与效益分析[J].科技创新导报,2013(22):4-5.

[2]李子韵,陈楷,龙禹,等. 可靠性成本/效益精益化方法在配电网规划中的应用[J]. 电力系统自动化,2012(11):97-101.

[3]邱生,张焰,孙建生,等.提高中压配电网供电可靠性的措施及其成本-效益分析研究 [J].继电器,2005(13):34-38，49.

[4]王成山,王赛一,葛少云,等.中压配电网不同接线模式经济性和可靠性分析[J].电力系统自动化,2002(24):37-42.

[5]刘健,倪建立,邓永辉．配电自动化系统[M]．北京:中国水利水电出版社,2002.

[6]刘海涛,沐连顺,苏剑.馈线自动化系统的集中智能控制模式[J].电网技术,2007(23):17-21.

[7]刘健,赵树仁,贠保记,等. 分布智能型馈线自动化系统快速自愈技术及可靠性保障措施[J]. 电力系统自动化,2011(17):67-71.

(编辑：刘宝江)

Application of net profit rate of investment in the selection of feeder automation scheme

XIONG Wen, WANG Li, XIAO Jian, YI Yang, CAI Yan-chun

(Guangzhou Power Supply Company Limited, Guangzhou 510620, China)

Abstract:The effect of all different kinds of feeder automation on power supply reliability is analyzed. Specific method of evaluating feeder automation scheme using net profit rate of investment is expounded from the view of practical engineering in this paper. The feeder automation scheme of the city of H is analyzed and calculated. The improved method of production and electricity ratio is used to calculate the loss of outage reduced by implementing feeder automation. The economy of different types of feeder automation in different power supply sections is analyzed and compared, and the optimal feeder automation schemes in different power supply sections are given. The results of the studies are of certain reference significance for the distribution network plan.

Key words: :feeder automation; power supply reliability; net profit rate of investment

中图分类号：TM773

文献标志码：A

文章编号：1672-6197(2016)04-0062-04

作者简介：熊文, 男, dqxw66@sina.com

基金项目：南方电网公司中介项目(ZJF130088)

收稿日期：2015-04-27