中压配电网典型接线理论供电可靠性研究

2019-11-23张建

云南电力技术 2019年5期

张建

（云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南楚雄 675000）

0 前言

中压供电可靠性是衡量一个供电企业综合电网规划和运维水平的重要指标，而随着输电网和高压配电网结构的日益完善，带电作业项目的不断增加，预安排停电对供电可靠性造成的影响不断减小，但中压配电网故障停电对可靠性的影响却在不断上升，中压配电网作为连接发输电系统与广大用电客户的关键，其运维水平和接线方式直接决定着中压供电可靠的高低。本文针对中压配电网常见典型接线方式，以馈线为对象将线路和负荷块进行等值，等值后采用故障模式后果分析法计算供电可靠性，这种定量分析中压配电网典型接线理论供电可靠性，为提高中压供电可靠性提供理论基础。

1 中压配电网运维水平

由于中压配电网设备种类多，反映中压配电网运维水平的指标体系较为庞大，为更好研究典型接线故障情况下的理论供电可靠性，本文针对性选取中压配电网中数量最多的架空线路、电缆线路、变压器三类设备的故障相关指标，作为中压配电网运维水平的体现，具体指标如下：

1.1 主要设备的故障率指标

1.2 故障处理相关指标

2 中压配电网典型接线方式

根据110 千伏及以下配电网规划技术指导原则，目前用于10 kV 中压配电网的典型常见接线方式主要有六种，而按电源的数量来分则又可将其分为单电源和多电源两类。

图1 单辐射接线方式

2.1 单电源供电方式

单电源是指只有一个电源点的供电方式，主要包括单辐射接线方式，如图1 所示。

这种接线方式比较简单，农村地区此接线运用比较多，主要特点是电源单一，结构简单。其优点是投资省，线路利用率高，维护方便。但缺点也是显而易见的，故障时无法满足法转供电需求，可靠性低。

2.2 多电源供电方式

多电源是指有两个或以上电源点的供电方式，主要包括有“n-1”单环网、n 供一备、双环网、N 分段n 联络等接线方式。

1）图2 为单环网接线方式，城市配电网中比较常见，主要特点是由两个电源供电，一般开环运行。其优点是接线简单，运行方便，可满足N-1 安全准则。缺点是投资高，线路利用率较低，仅为50%，运维有一定工作量。

2）图3 为单环接线方式，图4 为单环网接线方式，这两种接线方式是目前城市配电网主要推广的接线方式，主要特点由多个电源供电，一般开环运行。其优点是供电可靠性高，线路利用率最高可达(n-1)/n，可满足N-1 安全准则。缺点是为提高实际可转供能力，联络点一般需在负荷等分点，组网困难；实际可转供能力受负荷分布影响较大，实际线路利用率可能不高。

图2 单环网接线方式

图3 单环网接线方式

图4 单环网接线方式

图5 两供一备接线方式

3）图5 为两供一备接线方式，图6 为三供一备接线方式，主要特点是各负荷均由主供线路供电，另有一回线路作为备用。优点是供电可靠性高，满足N-1 安全准则，设备利用率较高，可达(n-1)/n。缺点是受地理位置及负荷分布等因素的影响较大，主供线路理论负载率高，故障影响范围较广；组网相对困难。

图6 三供一备接线方式

图7 双环网接线方式

4）图7 为双环网接线方式，主要特点是由两个单环网构成的双环网运行。优点是满足N-1安全准则，方便为沿线可靠性要求高的中小用户提供双电源。缺点是线路利用率较低，仅为50%，结构复杂，投资高。

5）图8 为N 分段n 联络（N ≤5，n ≤3）接线方式，优点是供电可靠性较高，可满足n-1的要求，组网较易。缺点：接线相对较复杂，故障转供方式较多，运行调度相对困难。

3 理论供电可靠性研究方法

3.1 假设条件

为了方便对中压配电网典型接线的供电可靠性研究分析，本文作了以下几点假设：

1）不考虑预安排停电和10 kV 母线及以上设备故障停电对供电可靠性造成的影响。随着电网结构的不断加强，绝大部分中高压电网均能满足n-1 安全准则的要求，带电作业项目的不断完善，加上临时转供电及应急发电等措施的保障，使得预安排停电和10 kV 母线及以上设备故障停电对供电可靠性的影响十分小，用户基本能维持正常用电，所以本文不考虑预安排停电和10 kV 母线及以上设备故障停电对供电可靠性造成的影响。

图8 N分段n联络（N≤5，n≤3）接线方式

2）只考虑n-1 故障停电情况下对供电可靠性造成的影响。由于电网超过n-1 故障停电的概率呈几何级数减少，因此电网超过n-1 故障停电对供电可靠性影响甚微，如果考虑电网超过n-1 故障停电的情况，不仅使研究分析复杂化，而且所得到的结果与只考虑n-1 故障停电情况下在同一量级水平，因此研究电网超过n-1故障停电对供电可靠性研究的意义不大，故本文只考虑n-1 故障停电情况下对供电可靠性造成的影响。

3）不考虑变压器发生故障时，对供电线路造成受累停电影响。由于中压变压器大多装有熔断装置，故变压器故障时均能有效熔断隔断故障，不致造成线损停电考虑。

4）不考虑某段线路发生故障时，与该条线路联络线路的容量约束。即联络线有足够的容量可供非故障段的负荷。

3.2 供电可靠性指标

供电可靠性涉及的指标有很多，根据研究需要，选取了最能反映系统停运严重程度的平均供电可靠率作为研究对象。

3.3 中压电网典型接线理论供电可靠性研究

为了研究方法的通用性，假设一条中压馈线分为N 段，总变压器数为n（即总用户数），每个分段的变压器数量为ni（也即用户数），线路（电缆）长度为Li，并将架空线路、电缆、变压器故障停电率用分别用Fl、Fc、Ft表示，故障定位平均时间和故障停电平均持续时间分别用Tf、Td表示。

3.3.1 单电源供电方式下理论供电可靠性研究

单电源供电方式主要是单辐射接线方式。该方式下，故障段线路将影响其后各段用户的供电，而通过查找故障点将故障隔离后，就可恢复其前各段线路的正常供电。

上式是针对线路为架空线形式，若线路为电缆，则用Fc代换Fl即可，下同。

3.3.2 多电源供电方式下理论供电可靠性研究

多电源供电方式主有“n-1”单环网、n 供一备、双环网、N 分段n 联络等四种接线方式，这些接线方式下，某段线路故障段，只需查找故障然后将其隔离，便可恢复所有非故障段的正常供电。

由公式可知，若只按假设条件考虑，具有基本物理结构相同（即分段数、各段线路长度、各段配压器数量均相同）的多电源接线方式理论供电可靠性都是一样的，这主要是由于假设条件2）、4）造成的。而实际情况下，随着电源和联络的增加，设备利用率将有所提升，供电可靠性也必将有一定提高。

对于每台变压器都有两路电源单独接入的双环网接线方式，因单一线路段故障不影响变压器正常供电，其理论供电可靠性仅受变压器故障停电率影响。

3.3.3 多条线路理论供电可靠性的研究

基于以上分析和结论，多条线路的理论供电可靠性只需逐一按单条线路的接线方式，对应选取（7）（8）（9）式计算停电时户数部分，分别求出各条线路的停电时户数然后进行加和，最后便可得出多条线路的理论供电可靠性。

式中线路总条数为m，m条线路的总用户数为n，第a条线路的段数为Na，变压器总数为na，第a条线路的第i段线路长度为Lai，变压器数为nai。

4 实例研究

以某一地区为例，架空线路故障停电率Fl=5.446，变压器故障停电率Ft=0.059，故障定位平均时间表Tf=1.11，故障停电平均持续时间Td=5.65，线路分为5 段，长度分别为4、4、6、6 公里，变压器分别为14、12、9、7 台，用（7）、（8）式计算不同供电接线方式下线路的理论供电可靠性。

1）单电源供电方式，即单辐射接线方式时ASAI=99.931% 通过加强运维和使用一定的技术手段，使架空线故障停电率和故障定位平均时间都降低一半即Fl=2.723、Tf=0.56，此时ASAI=99.954%。

2）多电源供电方式，即使用“n-1”单环网、n 供一备、双环网、N 分段n 联络等接线方式时ASAI=99.946% 通过加强运维和使用一定的技术手段，使架空线故障停电率和故障定位平均时间都降低一半即Fl=2.723、Tf=0.56，此时ASAI=99.962%。

3）多电源供电方式，若采用每台变压器均有两个独立电源供电的双环网接线方式时ASAI=99.989%这种接线方式下，通过加强运维和使用一定的技术手段，使架空线故障停电率和故障定位平均时间都降低一半时，对理论供电可靠性无贡献。