基于配网线路最大分段用户数的配电自动化开关布点方法

毕云川，陈晨，陈阳

（1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南 昆明 650000； 2.云南电网有限责任公司大理供电局，云南 大理 671000； 3.云南电网有限责任公司红河石屏供电局，云南 红河 662200）

0 前言

在现代化进程不断加快的大趋势下，各类行业建设和基础设施的发展以及人们对电力能源的需求持续增加。近年来电力企业越来越关注配网的发展，也提高了对配网的供电可靠性要求，同时也把配电自动化放在了配网发展的重要位置上[1]。其目的是为了提升配网线路的故障防御能力，缩小故障停电范围，减少故障停电影响时户数[2]。配电自动化规划设计中一个很重要的原则就是增强供电的可靠性、安全性和稳定性。但受限于指标完成情况的影响，配网配电自动化的建设规划与开关布点存在按部就班的情况，转供能力薄弱，导致系统的应用效果不佳[3]。有的地区采用主干线配置1~2台配电自动化成套设备，两台分段断路器之间的距离不宜超过2 km[4]的规划布点方式。然而一些配网线路主干线的长度可达20 km以上，显然这种分段方法只适用于主干线长度短，中低压用户数较少的配网线路中。

目前国网配电自动化开关规划布局的模型多数基于优化投资成本的前提下[5]，但国家电网和云南电网有较大差异，云南电网正处于配网可靠性提升三年攻坚行动中，配电自动化开关布局主要服从于提升配网供电可靠性其次考虑成本投入。另一方面，与南方电网范围内其他发达地区比较，云南与广东在地形地貌上存在差异，且配网网架稳定性上有一定差距，采用广东集中型配电自动化建设模式不能因地制宜发挥配电自动化在云南电网配网中的优势[6]。因此探索适合云南电网的配电自动化开关规划建设模式成为提高配网供电可靠性的关键环节。

本文基于供电可靠性指标，利用n+3年故障停电时户数预期降幅比例指标、n+3年预期故障停电时户数指标、n+3年预期平均停电户数指标、n+3年预期平均单次停电影响户数指标四个指标维度来计算线路最大分段用户数，研究了基于配网线路最大分段用户数的配电自动化开关规划布点方法。并使用该方法对XX供电局的10条10 kV高故障配网线路配电自动化开关规划布点方式进行了算例仿真，通过供电可靠性指标进一步验证了该布点方式的有效性和可行性，证明此配电自动化开关建设规划方法对减低故障停电时户数提高配网供电可靠性有显著作用。

1 线路最大分段用户数计算方法研究

目前配电自动化开关的规划布点仍然处于探索阶段，每个地区配网线路所处的自然环境和负荷分布各不相同，这也对配电自动化的规划提出了挑战。在配电自动化开关规划不合理的情况下，反而会加大故障点查找难度，增加停电时间和范围。因此本文提出了以线路最大分段用户数作为依据的配电自动化开关规划布点方法，以线路的故障情况来研究分析如何布点。该方法利用n+3年故障停电时户数预期降幅比例指标、n+3年预期故障停电时户数指标、n+3年预期平均停电户数指标、n+3年预期平均单次停电影响户数指标四个供电可靠性指标来计算线路最大分段用户数。并希望通过该规划布点方法发挥配电自动化的最大效能，保证供电可靠性。

其中，n+3年故障停电时户数预期降幅比例指标通过n+3年预期全局故障停电时户数与n年全局故障停电时户数的比值，反映出配电自动化的投入对降低故障停电时户数方面的作用，比值越小则说明配电自动化成效越明显。n+3年预期故障停电时户数指标运用n年每条高故障线路故障停电时户数与n+3年故障停电时户数预期降幅比例之积得到，反映出n+3年期望降到的故障停电时户数目标，该指标越小则表示配网供电可靠性越高。n+3年预期平均停电户数指标通过每条高故障线路预期故障停电时户数与n+3年预期停电抢修时间的比值来反映每条线路n+3年因故障停电所影响的用户数，该指标的大小反映出因故障停电所影响的用户数，指标值越小则表示受影响的用户数越少。n+3年预期平均单次停电影响户数指标利用n+3年预期平均停电户数与n+3年预期故障停电次数的比值来反映n+3年预期每次因故障停电所影响的用户数，该指标显示出配电自动化的实用化成效，以最少的故障后损失用户数为代价，保证配网的供电可靠性。

1.1 n年故障停电时户数计算方法

n年故障停电时户数可以直观反映出运行线路的故障情况以及线路运行单位对于供电可靠性管理工作取得的成效。故障停电时户数的管控是涉及生技、调度、规划、营销、带电作业等多部门多专业协调管理的结果。减少停电时户数的措施主要包括线路通道治理成效、预安排停电计划的合理性、配电自动化规划建设的合理性、客户故障出门的管控成效以及带电作业率的占比高低。

计算线路最大分段用户数时首先需要得出每条线路的故障停电时户数，方便以此衡量出n+3年需要达到的供电可靠性指标要求。

n年故障停电时户数的求解需运用负荷点故障率λ和平均正常运行概率A两个参数。如图1所示，负荷点的故障率由主干线和分支线上各元件的故障率之和得到。对于平均正常运行概率A的计算采用排列组合的方法求解为：该用户所属分支线正常运行概率的乘积与主干线正常运行概率之积的乘积。

图1 典型配网辐射馈线

则各负荷点的故障率和平均正常运行概率可表示为：

求得总的负荷点故障率和平均正常运行概率后，可计算负荷点的故障停电持续时间：

式中，Ui为平均停电时间。n年故障停电时户数采用网络等值法基于成功概率的配网可靠性计算方法[7]得出，利用典型配网辐射网络，由故障率λ（考虑各负荷点故障率为0.015）和平均正常运行概率A两个参数求解故障停电持续时间e。通过计算得出的故障停电持续时间e与实际线路中压用户数之积得出某供电局10条高故障线路n年故障停电时户数。

1.2 线路最大分段用户数计算方法

本文配电自动化开关规划布点的方法以线路最大分段用户数为依据，在满足系统供电可靠性指标要求的前提下，使每条线路两台配电自动化开关之间的分段用户数最大化，则线路最大分段用户数可表达为：

式（3）中，D为线路最大分段用户数，C为n+3年预期全局故障停电时户数，B为n年全局故障停电时户数，Hn为n年每条高故障线路故障停电时户数，T(n+3)表示n+3年预期停电抢修时间，N为n+3年预期故障停电次数。

其中，n+3年故障停电时户数预期降幅比例指标α，通过与n年故障停电时户数指标对比，反应配电自动化的实用化成效，其表达式如（4）所示：

n+3年每条高故障线路预期故障停电时户数指标H(n+3)，该指标反映n+3年期望达到的配网供电可靠性要求，即反映配电自动化对降低故障停电时户数方面的作用，其表达式如（5）所示：

式中，α为n+3年故障停电时户数预期降幅比例指标。

n+3年预期平均停电户数指标M，反映n+3年因故障停电所影响的用户数，其表达式如（6）所示。

n+3年预期平均单次停电影响户数指标D，即为配电自动化开关规划布局依据，线路最大分段用户数。该指标最大化发挥配电自动化故障的识别、隔离作用，以最少的故障后损失用户数为代价，保证配网的供电可靠性。其表达式如（7）所示。

如图2所示，给出了XX供电局10 kV线路最大分段用户数的算法流程图，结合上述4个配网供电可靠性指标维度来支撑此配电自动化开关规划布点方式。

图2 某供电局10 kV线路最大分段用户数算法流程图

2 算例仿真

2.1 n年故障停电时户数结果验证

通过1.1节中n年故障停电时户数的计算方法，运用式（1）和（1）计算出每条线路总的故障停电持续时间，通过计算得出的故障停电持续时间与实际用户数的乘积得出XX供电局10条高故障线路n年故障停电时户数，反映出n年每条线路因故障停电对用户的影响程度，结果如表1所示。

表1中10条配网线路，均是配电自动化开关覆盖的线路，但是n年的故障停电时户数仍然处于较高水平，说明配电自动化应用的成效较低，主要原因是由于线路上配电自动化开关的布点不合理或不足导致。当发生故障后，配电自动化开关之间由于用户数较多线路较长所以定位出来的故障区段较大，使得故障点人工查找难度增大、抢修时间增加从而使故障停电时户数增加，供电可靠性降低。因此需要根据线路最大分段用户数的计算结果来进行配电自动化开关改造布点，发挥配电自动化在故障定位、隔离方面的实用化成效。

表1 XX供电局10 kV高故障线路n年故障停电时户数

2.2 线路最大分段用户数结果验证

结合1.2中n+3年故障停电时户数预期降幅比例指标、n+3年预期故障停电时户数指标、n+3年预期平均停电户数指标、n+3年预期平均单次停电影响户数四个供电可靠性指标，由此计算出XX供电局10条10 kV高故障配网线路的最大分段用户数，结果如表2所示。

表2 XX供电局10 kV线路分段用户数计算结果

以10 kV线路10为例运用此计算方法对线路最大分段用户数计算过程进行阐述。通过该供电局给出的n+3年的配网供电可靠性指标要求，n+3年预期全局故障停电时户数将降至6562.733，则n+3年全局故障停电时户数的降幅比例为34.18%。因此10 kV线路10第n+3年的预期故障停电时户数将从n年的1183.074降至404.411。在维系n+3年预期停电抢修时间与有效故障停电次数和n年一致的情况下，计算出10 kV线路10第n+3年预期平均停电户数55.858户与n+3年预期平均单次停电影响户数5.078户。n+3年预期平均单次停电影响户数5户即为10 kV线路10配电自动化开关规划布点的依据线路最大分段用户数。

2.3 线路最大分段用户数规划布点方法分析

通过对10条高故障线路最大分段用户数的计算，明确了每条线路配电自动化开关的布点方法。以10 kV线路10为例对该规划方法优势进行分析，目前10 kV线路10在运变压器数量80台，在运7台配电自动化开关，分段用户数为12户。利用线路最大分段用户数的规划布点方法，使原来在运的7台配电自动化开关在n+3年数量增加一倍，让每台配电自动化开关之间的分段用户数减少至5户以此满足n+3年供电局的故障时户数降幅要求。

该配电自动化开关的规划布点方案以提升供电可靠性要求为目标导向，对高故障配网线路做到“一线一策”，寻找出适合每条线路的配电自动化开关布点方式，避免了“一刀切”的盲目布点。真正以配电自动化提升配网线路的故障防御能力、缩小故障停电范围、减少故障停电时户数的作用为抓手，最大程度发挥配电自动化的实用化成效。

2.4 10条10 kV高故障目标线路供电可靠性指标分析

为了验证以最大分段用户数作为配电自动化开关的布点依据能否满足n+3年供电可靠性指标要求，需要对10条目标线路改造后的故障时户数下降比例进行分析验证，其结果如表3所示。

表3 XX供电局10 kV线路改造后供电可靠性指标分析

由表2可知，在以2.2计算得出的各条线路最大分段用户数结果中，总的改造后故障时户数合计下降比例（验证结果）为65.96%。该指标已大于65.82%（1-“n+3年预期指标对比n年指标比例”），说明目前的规划布点方法已能满足n+3年预期的配网供电可靠性目标值，从而验证了该最大分段用户数计算方法的可行性与合理性。

如果出现供电可靠性指标分析验证结果小于该局预期供电可靠性指标的情况，此时可以对线路的最大分段用户数进行向下微调以满足指标要求。例如在本案例中如果验证结果小于指标要求的65.82%，则可以对10条10 kV线路中的个别线路最大分段用户数进行微调（如将10 kV线路1从原来的18户调整到16户），或是几条线路同时进行配合调整，这样验证结果的值将会升高，使最终的验证结果能满足供电可靠性要求。经过调整确定后的线路最大分段用户数将作为每条线路的配电自动化开关规划布点依据进行建设。

3 结束语

本文以配网供电可靠性指标为依据，利用n+3年故障停电时户数预期降幅比例指标、n+3年预期故障停电时户数指标、n+3年预期平均停电户数指标、n+3年预期平均单次停电影响户数指标4个指标维度来计算线路最大分段用户数，研究了基于配网线路最大分段用户数的配电自动化开关规划布点方法，证明此布点方式的可行性与合理性，并可以在一定程度上减少配网线路故障停电时户数，满足预期的供电可靠性要求。为了更好地提升配网的供电可靠性，减少因故障停电给用户带来的影响，还需与提升运维效率、提高设备可靠性等其他方面相互协同配合。