万凌云，王宏刚，朱光友，张 盈，王 艳，黄江晨

(1．国网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆401123；2.国家电网公司，北京 100031；3.国网重庆市电力公司璧山供电分公司，重庆 4000302；4.重庆师范大学，重庆 401331)



可靠性评估在配电网改造中的应用

万凌云1，王宏刚2，朱光友3，张 盈1，王 艳4，黄江晨1

(1．国网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆401123；2.国家电网公司，北京 100031；3.国网重庆市电力公司璧山供电分公司，重庆 4000302；4.重庆师范大学，重庆 401331)

针对配电网改造方案设计存在的问题，提出用可靠性评估来指导配电网改造的方法。通过定量分析，确保了实施改造后的系统供电可用率提升最高。在山东某县南部电网的配电网改造中应用此方法，得到了最优改造方案。

中压配电网；可靠性评估；配电网；改造方案

随着经济的发展，用户对电能的需求越来越高，供电企业向用户提供充足电能的同时还要提高供电可用率，尽可能减少停电的发生[1]。现有的配电网在规划设计之初，由于考虑不周而遗留了很多问题[2]，比如电网布局混乱、分段不合理、导线太细、绝缘水平低、自动化水平低以及设备落后等，导致系统的供电可用率无法满足负荷需求[3]。为了适应经济发展的需求，供电企业必须对配电网进行改造[4]，提高系统的可靠性。

配电网改造是供电企业的常规工作之一，提高供电可用率，主要从两个方面入手：一是减少故障停电，常用方法有更换老旧设备、采用新型装置、更换绝缘水平低的馈线和设施等；二是降低检修工作的停电影响，常用方法有增加分段开关、增加联络线和配电自动化改造等。但是传统的配电网改造方案设计由于缺乏可靠性量化分析环节，仅仅是依靠经验来设计，因此存在很多问题，如改造方案依据不充分、方案不科学等[5]，容易导致改造方案实施后不能达成可靠性目标或实现可靠性最优。因此，在配电网改造方案设计过程中引入可靠性评估[6-7]，通过可靠性评估找出配电网的薄弱环节，为制订针对性的改造措施提供依据，并在改造实施前对各种改造措施的实施效果进行评估，为优选改造措施提供依据。

本文以山东某县南部电网的配电网改造为例，详细介绍了可靠性评估指导配电网改造的方法及应用流程，并确定了最优改造方案。

1 配电网改造的方法

配电网改造的主要目的是提高电网带负载能力和提高供电可靠性，此外也有优化网架结构减小网损的目的[8-9]。

配电网由于早期规划时考虑不足，设计容量难以满足现在的负荷需求，改造时以扩容为主，常用的改造方法是：增加馈线、更换横截面积较小的输电线等。而后期以扩容为目的的改造较少，大部分配电网改造都是以提高系统供电可靠性为主。提高供电可靠性常用的改造方法主要是：更换老旧设备及绝缘性差的输电线以减少故障停电，增加分段开关以避免检修时上游用户停电，增加联络线以提高供电灵活性，实施配电自动化改造等。如何选择合适的改造方法以制订科学的改造方案是可靠性评估在电网改造中的具体应用。通过可靠性评估，以及量化各种改造方案的可靠性指标[10-11]，保证了改造方案的合理性，对配电网改造有着重要的指导意义。

2 可靠性评估在配电网改造中的应用方法

可靠性评估应用在配电网改造中，就是以提高供电可靠性为目标，以可靠性评估为核心，找出配电网系统中影响供电可靠性的环节，再针对性地提出改造方案；然后评估各个方案实施后的效果，根据评估结果选择最佳的改造方案。其应用流程如下。

确定评估对象：根据实际工作需要，选择所要评估的供电区域，评估对象可以选1条10 kV馈线、1个变电站所有的10 kV馈线或1个供电区域全部的10 kV馈线。

参数收集、处理及输入：从相关信息系统和文件资料中收集、处理得到可靠性评估所需的全部基础参数和可靠性参数，导入或输入可靠性评估软件，做好评估准备工作。

现状电网可靠性评估分析：对待改造区域的电网进行可靠性评估，通过评估找到电网的可靠性薄弱环节。

改造方案设计及比选：针对可靠性薄弱环节，进行改造方案设计，提出多个改造方案。通过可靠性评估进行方案比选，结合电网实际情况选定最优改造方案。

3 应用案例

3.1 确定评估对象

为了检验可靠性评估在配电网改造中的实际效果，以山东省某县南部地区的配电网为试点。所选区域为D类供电区，共有35 kV变电站2座，35 kV线路2条，10 kV馈线11条，10 kV联络线路6条，配电公用台区169个，专变用户251个，居民用户26 800个，年供电量7 100万kW·h。为了提升该区域内的供电可靠性水平，针对区域内的2个变电站所属的6条10 kV馈线进行改造，以提高其供电可靠性。

3.2 参数收集

3.2.1 基础参数

基础参数用于描述电网的结构及设备参数，包括电网拓扑结构、配电线路基础参数、配电变压器基础参数和负荷点数据。它主要来源于地理信息系统(GIS)、生产管理信息系统(PMS)、用电信息采集系统和变电站配电网调度自动化系统。本案例中从山东电网GIS系统获取评估区域电网的电气图，重新绘制到计算软件中，如图1所示。待改造的6条10 kV馈线的基本信息见表1。

图1 某县南部片区现状中压配电网地理接线图

表1 区域内10 kV馈线基本信息

3.2.2 可靠性参数

可靠性参数用于描述配电网停电情况，可分为设备故障参数及预安排停电参数。故障参数主要是各种设施的故障率、修复时间、故障定位、隔离时间等；预安排停电参数有平均预安排停电隔离时间、平均预安排停电线段上游恢复供电操作时间、平均预安排停电联络开关切换时间等。这些参数可以从电能质量在线监测系统、配网调度系统或年度生产计划中获取。本案例中所需的各类参数及其来源的详细情况见表2至表4。

3.3 现状电网可靠性评估

本案例的评估对象中，6条10 kV馈线全部为单辐射架空线路，无分段开关，运行方式缺乏灵活性，可靠性较低。根据前两步获得的数据在可靠性评估软件中计算出现状电网的可靠性指标，结果如表5所示。由评估结果可知，全系统含预安排停运的供电可靠率仅为99.634 4%，达不到《配电网规划设计技术导则》规定的D类供电区域电网供电可靠率不小于99.828%的要求。因此，需要对线路进行改造。

表2 设备故障率及修复时间

表3 故障定位隔离时间、开关操作时间类参数 h

根据现状电网可靠性评估计算结果，靳北线、杨和寺线、东坞线供电可靠性较低，属于电网的可靠性薄弱环节，需要优先改造。其中，杨和寺线、靳北线受地理条件限制，实施改造较为困难，因此，本案例选取实施条件较好的10 kV东坞线作为改造对象，见图1和图2。从图2可以看出，该线路较长，但基本按道路走向架设，适合近期进行改造。

表4 预安排停电相关参数

表5 现状电网供电可靠性评估指标一览表

图2 东坞线地理接线图

3.4 改造方案

针对本案例中东坞线的特点提出了以下4种改造方案。

方案1：加装2个分段开关。在现有的网络情况下，为提高供电可靠性，最简单实用的方法是加装分段开关，避免线路检修停运时造成上游用户停电，也为后期的联络线改造提供必要的条件。根据《配电网规划设计导则》的要求，采用均衡负载3分段方式，在图2所示的位置加装两个分段开关。第一个开关装设在大约1/3集中负荷区域；第二个开关装设在大约2/3集中负荷区域，两个大分支线的起始位置。分段开关选用负荷开关。

方案2：加装2个分段开关；在大分支线上加装6台熔断器。在方案1的基础上，在大分支线路首端装设6台熔断器。

方案3：加装2个分段开关；在大分支线上加装6台熔断器；改造线路，增加联络。为了进一步提高供电可靠率，可以考虑在方案2的基础上增加线路的联络以提高供电的灵活性。作为D类供电区域，不同变电站之间的10 kV馈线联络比较困难，但可以考虑同一变电站不同10 kV馈线间联络。为达到联络的目的，可以从尚堂站再引出一条新的馈线，将东坞线前端的部分负荷转供到新线路上，并将两条线进行中部联络，联络开关为负荷开关。

方案4：加装2个分段开关；在大分支线上加装6台熔断器；改造线路，增加联络；配电自动化改造。由于该县公司县城区域内配网已实现配网自动化(已建成配电自动化主站)，因而该线路具备自动化改造条件。在方案3的基础上，对联络开关和分段开关进行改造，实现配电自动化功能，线路供电可靠性可得到明显的提升。

以上4种方案实施后系统的可靠性指标如表6所示，根据评估结果可得以下结论。

表6 各方案可靠性计算结果对比

1)按系统供电可靠率由高到低排序：方案4、方案3、方案2和方案1。方案4系统平均供电可靠率最高，为99.908 7%，较现状网提高0.242 4个百分点；方案1系统平均供电可靠率最低，为99.77%，较现状网提高0.103 7个百分点。

2)方案1的系统平均故障停电时间比现状电网有所减少，但系统平均故障停电频率比现状电网有所增加，原因是增加的分段开关能够显著减少非故障线段上所接入用户的停电时间，但分段开关自身故障会造成系统故障次数增多。

3)增加分段开关和在大分支首端装设熔断器，对于降低系统平均停电时间的效果显著。在实施方案2后，区域供电可靠率可达到D类供电分区的可靠性要求(D类供电可靠率≥99.828%)。

4)对于方案3，在方案2的基础上新建1条馈线与东坞线建立联络，可在故障或检修工作时转供负荷，从而减少用户停电次数和时间，提高供电可靠性。

5)方案4是在方案3的基础上实施配电自动化，减少了故障定位隔离时间、故障停电联络开关切换时间和预安排停电隔离时间等，减小了系统平均停电时间期望值，对停电频率无影响。

综上所述，方案2在改造量相对较少的情况下，使区域供电可靠率显著提高并达到D类供电分区的可靠性要求。因此，宜采取方案2。

4 结论

配电网改造环节是可靠性评估技术的重要应用领域。在配电网改造方案设计过程中引入可靠性评估，能够为制订和优选电网改造措施提供定量的决策依据，提升改造措施的实施效果。在实际应用中可以根据评估结果并结合经济因素考虑，在满足经济性的条件下确定出最优改造方案。采用可靠性评估定量比较方案的优劣，减少了制订方案的盲目性，提高了改造方案的科学性，对电网改造具有十分重要的指导意义。

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A Study on the Application of the Reliability Assessment in the Renovation of the Distribution Network

WAN Lingyun1，WANG Honggang2，ZHU Guangyou3，ZHANG Ying1，WANG Yan4，HUANG Jiangchen1

(1．Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Company，Chongqing 401123，P.R.China；2．State Grid Corporation of China，Beijing 100031，P.R.China；3．State Grid Chongqing Bishan Power Supply Company，Chongqing 400030，P.R.China；4．Chongqing Normal University，Chongqing 401331，P.R.China)

Based on the problems in the design of the scheme of renovation of the distribution network，this paper introduces the application of the reliability assessment in its renovation．The quantitative analysis has proved that the availability ratio of power supply can be enhanced to the greatest degree．Its application in the renovation of the distribution network of the southern grid in a county of Shandong province has also proved it the optimal scheme．

medium-voltage distribution network；reliability assessment；distribution network；scheme of renovation

2016-04-29

万凌云(1983-)，高级工程师，主要研究方向为电力可靠性及配电网技术。

TM732

A

1008- 8032(2016)05- 0033- 05