10 kV架空线路配电自动化终端配置方案研究

引言

配电终端配置数量的多少,与供电可靠性指标密切相关,配电自动化技术已经成为提升供电可靠性的关键指标,越来越多的专家学者对其进行了相关研究。配电自动化技术通过在开关上装设具有"二遥"或者"三遥"功能的配电终端,从而实现故障的快速定位、隔离以及故障区用电恢复。虽然装设配电终端能提升供电可靠性,但若架空线路开关均配置配电自动化终端,会产生巨额的投资成本。

文献针对配电网规划提出了一种基于混合整数和非线性规划的配电自动化终端配置优化方法:文献构建了以一次开关设备和配电终端的投资、运行费用及故障停电损失费用和最小值为目标的优化模型,进行配电网规划建设的自动化配置:文献从投入产出角度和供电可靠性角度对终端配置数量进行了研究。

配电自动化终端数量的选取依然需要进一步研究,本文主要从供电可靠性的角度出发,说明供电可靠性指标与配电终端数量之间的联系,分析配电终端模块的模式(包括"二遥"和"三遥"终端模块）对供电可靠性的影响,以便更加合理和全面地进行配电自动化规划,从而为今后配电自动化工程的实施提供一定的参考。

1配电自动化终端配置原则

配电自动化建设应结合当地经济发展水平、企业的可靠性需求等因素考虑,而不是盲目开展自动化配置建设。自动化建设应结合供电区具体的情况,有计划地分阶段实施,一般情况下,供电可靠性在电网建设规划中是必须满足的指标。

根据电网规划技术指导原则,不同供电区域在不同发展阶段中,对供电可靠性的需求不一。因此,配电自动化终端配置应该满足不同供电区对供电可靠性的不同需求。

2配电终端供电可靠率的计算

配电终端供电可靠率与架空线路故障类型以及终端模块配置方式有很大的关系,下面分别对架空线路主干线故障、分支线故障、分支线影响主干线运行这三种故障状态进行分析,并考虑在环网柜配置"三遥"终端模块、"二遥"终端模块以及"二遥"和"三遥"终端模块相混合的模式这三种情况,对架空线终端供电可靠率进行计算。

假设分段开关个数为K,总用户数为n,每条馈线均匀分段,负荷均匀分布,馈线的故障率为F(次/年）,各分段故障概率相同。

故障处理时间主要由两部分组成,即:

式中:T_e为故障隔离时间(具备"三遥"保护的分段线路故障隔离时间为0）:T_r为故障区域修复时间,包括故障区域内具体故障位置确认时间和开始修复故障点直至恢复供电的时间。

2.1分段开关全部配置"二遥"终端模块的模式

2.1.1主干线故障

在全部安装"二遥"的10kV架空配电网络中,故障处理时间可表示为式(1）,假设分段线路每段的故障率为/i,由于各分段故障概率相同,所以系统用户平均故障停电时间SAIDI₂可表示为:

2.1.2分支线故障

分支线故障时分支断路器自动跳闸,具有自身切除故障的能力,不影响主干线和其他分支线的正常工作。假设分支线故障时停电用户数仅为分支线自身所带用户数ni',停电时间为故障修复时间T_r,分支线路发生故障的概率为f_i',系统中用户平均故障停电时间SAIDI'可表示为:

2.1.3分支线故障影响主干线运行

分支线故障导致主干线停电时,可等效为该分支线上级分段线路故障,与主干线上分段线路故障时分析结果一致,只是将分段线路故障概率f_i替换成分支线路故障影响主干线运行的概率f_j,系统中用户平均故障停电时间SAIDI_j可表示为:

式中:F₁为分支线路故障影响主干线运行的总的概率。

2.1.4只计及故障因素停电的供电可用率α

综合考虑以上3种情况,根据供电可用率定义,可以推导得到在分段开关处安装K个"二遥"终端模块的馈线的供电可用率α2可表示为:

将式(2）(3）(4）代入式(5）得:

2.2分段开关全部配置"三遥"终端模块的模式

2.2.2主干线故障

对于全部安装"三遥"终端模块的情形,可近似认为T_e=0,即:

系统中的户均故障停电时间9AIDI3可表示为:

2.2.2分支线故障

分段开关安装"三遥"终端后,当分支线故障时,既不能缩小停电范围,也不能减少停电时间,所以分支线故障时的用户平均故障停电时间仍为SAIDI',公式如式(3）所示。

2.2.3分支线故障影响主干线运行

由2.2章节的分析可知:

2.2.4只计及故障因素停电的供电可用率α

考虑以上3种情况,可知:

将式(3）(8）和(9）代入式(10）得:

2.3分段开关混合配置"二遥"和"三遥"终端模块的模式

2.3.2主干线故障

在"三遥"和"二遥"自动化配置终端混合使用的情况下,假设馈线中分段开关的"三遥"和"二遥"终端模块总和为K,那么"三遥"终端模块的数量则为K₁,若"二遥"自动化终端均匀分布在各个"三遥"切割的区域中,那么每个区域则有R台"二遥"终端模块。计算公式为:

因此,系统中户均故障停电时间SAIDI₂₃可表示为:

2.3.2分支线故障

根据上述分析,分段开关无论安装"三遥"还是"二遥"终端后,分支线故障时的用户平均故障停电时间皆为SAIDI',公式如式(3）所示。

2.3.3分支线故障影响主干线运行

根据以上分析,系统中户均故障停电时间SAIDI_j可表示为:

2.3.4只计及故障因素停电的供电可用率α

综合考虑以上3种情况,供电可用率α23可表示为:

3算例分析

对某地区年各供电分区架空线路配电自动化终端参数进行调研,各供电分区主干线长度、故障率、支线影响主干线概率、故障时间、分支线故障率参数如表2所示。

根据本文第2章提出的架空线配电自动化终端配置的计算方法,得到某地区各供电分区各分段开关数量下的供电可靠性如表2所示。

根据某地区架空线配电终端供电可靠性指标的要求,表2的计算结果灰色部分不满足可靠性要求,其余部分均满足可靠性要求。

对于A类供电区域,两分段接线结构即使全部安装"三遥"终端,其供电可靠性仍不满足要求,而三分段接线结构只有全部安装"三遥"终端才可满足供电可靠性要求,四分段接线结构则只需安装一个"三遥"终端即可满足供电可靠性要求。

对于B类供电区域,两分段接线结构即使全部安装"三遥"终端,其供电可靠性仍不满足要求,而三分段接线结构只需安装一个"三遥"终端即可满足供电可靠性要求,四分段接线结构不需要安装"三遥"终端也可满足供电可靠性要求。

对于C类供电区域,两分段接线结构只需安装一个"三遥"终端即可满足供电可靠性要求,三分段和四分段接线结构不需要安装"三遥"终端也可满足供电可靠性要求。

对于D类供电区域,任何接线结构都无须安装"三遥"终端,均可满足供电可靠性要求。

4结论

本文分析了不同供电区域如何进行架空线配电自动化终端配置,得出如下结论:

（1）本文对架空线终端供电可靠率的计算分析具有一定的通用性和精确性,有很好的借鉴意义。

（2）从供电可靠性角度,每个分段开关所需配置"二遥""三遥"配电终端的数量取决于要求达到的供电可靠性指标,包括人工故障区域隔离时间、故障修复时间和故障率。

（3）对于架空网,为满足供电可靠性要求,应根据不同的区域合理分段,并选择所配置的终端数量。