袁洪涛
（沙角C电厂，广东 东莞523936）
摘 要：供电可靠性每增加一个百分点，供电企业为改善供电可靠性而增加的费用将急剧增加。为此，引用了国外对配电系统可靠性的一些参考指标及工程计算方法，分别对配电自动化的主要手段——电缆故障指示器及配电管理系统对可靠性提高的影响进行分析，找出实施配电自动化系统的最佳切入点。指出只有当停电费用损失系数达到一个较高的数值时，投资配电管理系统才有适当的投资回报。
关键词：配电系统；配电系统自动化；可靠性；电缆故障指示器；配电管理系统
Effect of reconstruction and automation of distribution system on improvement of power supply reliability
YUAN Hongtao
(Shajiao C Power Plant, Dongguan, Guangdong 523936, China)
Abstract: A power supply enterprise has to increase considerably the costs for improving power supply reliability to enable even a slight rise in it. By use of some relevant reference indices and the engineering computation method abroad, two major means for distribution automation, cable fault indicator and distribut ion management system (DMS), are analyzed respectively in terms of their effect on improving power supply reliability, and the best way for distribution automat ion found. It is indicated that appropriate return on investment in DMS can be a chieved only when power outage loss coefficient is high enough.
Key words: distribution system; automation of distribution system; reliability; cable fa ultindicator; DMS
社会越来越依赖于电力的供应，几乎所有的用户都希望供电有100%的可靠性而不愿有哪怕是极短时间的停电。停电给用户造成的损失随着停电时间的延长而大幅增加。以法国为例，当停电持续时间为1 h，损失为18马克/kW，当停电持续时间为3 h，损失为85马克/kW［1］。
因此，在国外比较发达国家已广泛应用配电自动化技术以提高电力系统的可靠性，缩短停电时间。
另一方面，供电可靠性每增加一个百分点，供电企业为改善供电可靠性而增加的费用将急剧增加。所以追求100%的供电可靠性在经济上和技术上都是不现实的。作为供电企业，必须在用户用电可靠性要求及供电企业投资费用中寻找合适的平衡点，以达到经济技术比最优配置。转换到系统的规划、设计时，表现为根据不同的经济发展情况，以决定不同方式的配电系统的网络形式，一次设备的选型，配电自动化系统的实施等不同阶段，每一个阶段都应考虑配电系统完善、发展的可持续性。
1配电自动化技术的主要方式
配电自动化的含义是通过快速地清除故障和恢复供电，获得较好的系统性能，并提高向用户供电的可靠性。目前，主要有两种方式：
a) 电缆故障指示器
在传统的配电系统中，通过变电站保护继电器的动作识别有故障的中压馈线，难以准确地进行故障定位，只能通过人工寻找故障点，使掉电用户难以在短时间内恢复供电。在系统中引入能指示故障电流通过的设备，即电缆故障指示器，就能有效地协助确定故障位置和隔离故障段，大大地缩短停电时间。
b) 配电管理系统（distribution management system，DMS）
故障识别、故障隔离及恢复供电完全由计算机系统在极短的时间内完成。系统中由配电自动化终端（feeder terminal unit，FTU）代替电缆故障指示器。当配电网数据采集与监视控制（supervisory control and data acquisition，SCADA）系统发现某变电站的断路器跳闸，根据系统中FTU发出的线路电流信息或开关状态信息，便可逻辑判断故障点位置。故障所在位置识别清楚之后，通过网络重构，隔离故障段，重新恢复供电。
2供电可靠性及停电损失费用工程计算方法
在配电系统可靠性分析中，最重要的因素是故障率期望值和停电时间期望值及不同网络结构下给各用户造成的少供电力总和。这些因素决定于运行和检修策略，网络结构、网络元件的组合方式以及元件的可靠性。在网络结构、网络元件的组合方式以及网络元件不变的基础上，配电系统自动化的目的就是通过优化系统的运行、检修和故障排除方式，从而提高系统的可靠性。配电系统主要分为两种结线形式，辐射形和环网形。由于我国在环网系统中采用开环运行，因此，也可作为辐射形系统考虑。
定义给定元件i的平均故障率为λi，平均停电时间为γi；年故障持续时间为
其中假设各个元件的故障是相对独立的。对于给定负荷j的平均停电率或每年的停电次数由下式给出：
其中，λi是元件i每年故障率，I是造成给定负荷点j供电中断所有故障元件的集合。
年停电时间的期望值，由下式给出：
其中tij是由元件i的故障在给定负荷点j引起的供电中断时间。
平均停电持续时间由下式给出：
电力系统中所发生的各种停电可能引起的“少供电量”由下式给出：
其中Pj是负荷点j停电引起的少供电力。
少供电量的费用由下式给出：
其中aj(tij)和bj(tij)是当停电时间为tij时 ，对负荷点j少供电力和电量的单位费用值。其单位为元/kW和元/kWh［2］。
3配电自动化实施对提高系统可靠性分析
下面我们通过算例加以说明如何选择合适的时间和合适的方案。
3.1算例系统
大部分配电系统是辐射形系统，即使是网络结构的系统，也通过网络中设置的正常开环 点作为辐射形系统来运行。因此，下面的可靠性计算选择的算例网络为一个辐射形系统，如图1所示。
图1（a）所示的网络显示了一条从高压—中压变电站供电的中压馈线；图1（b）有来自邻近变电站的备用线路。如图所示这个系统被分成A，B，C3段。目的是计算不同分段上的用户及整个系统的年停电时间期望值和停电损失费用。做以下的假设：
a) 发生故障的风险大约与线路的长度成正比，故障率为0.1次/（km·a）；
b) 停电费用参数是a=1元/kW和b=20元/kWh（停电时间小于1 h）及b=60元/kWh（停电时间为3 h）；
c) 故障位置确定及开关倒闸时间是1 h，故障修复时间是3 h；
d) 备用电源能负担全部负荷。
3.2求解过程
可靠性指标可以用串联系统的原则来估计。年停电时间期望值U可根据式（3）计算，停电费用C可根据式（6）计算。对不同分段上发生故障所导致的每一分段上的U和C值分别进行计算。
3.2.1辐射系统
计算结果如表1所示。从表1可知，全部停电费用是22 680元/a。
3.2.2有备用连接（环网）
计算结果如表2所示。在这种情况下，负荷段A，B和C的可靠性指标被改善。与没有备用连接时的损失差为17 010元/a。
3.2.3有备用连接（环网）加电流故障指示器
计算结果如表3所示。在这种情况下，负荷段A，B和C的可靠性指标被改善。与没有电流故障指示器时的损失差为2 835元/a，但需增加投资3000元。
3.2.4有备用连接（环网）加DMS
计算结果如表4所示。在这种情况下，负荷段A，B和C的可靠性指标被改善。与有备用连接（环网）没有电流故障指示器时的损失差为5 103元/a，但需增加投资100 000元。
3.3综合效益分析
少供电量单位费用系数b与环网系统年损失费用Cr，带DMS系统年损失费用Cr,DMS以及这两种系统年损失费用之差ΔC的关系如表5所示。
假设所增加的投资在10年内收回，则每年需有10 000元回报。以b为横坐标，ΔC为纵坐标得图2。
从图2可知，只有当b约为40元/kWh［3］时，即对应于供电区域为重要的工业、商业、医疗、政府等部门时，实施配电自动化系统才有良好的投资收益比。
通过这个算例可以看出：
a) 把辐射形系统改为环网形系统，可以提高供电可靠性，把损失减少约75%。
b) 加装电流故障指示装置，又可以把损失减少50%，同时只需投资很少的费用。
c) 在系统环网的基础上，通过实施配电自动化系统，可以把损失减少90%，并提高企业的管理水平，但需要较大的投资。
4结论
从算例中知道，增加电缆故障指示器是一个投资少而效果显著的方法，应该推广应用。同时，DMS系统的规划必须与区域内经济发展水平相适应。DMS的实施，不仅要求有较好的一次系统设备作为基础，同时要求有较大的一次投资。只有当停电费用损失系数达到一个较高的数值，如b=40元/kWh或以上时，即意味着该区域有很高的生产力水平、生活水平或商业价值时，投资DMS系统才有适当的投资回报。对照国内的实际情况，就是应选择在某些高、新技术开发区，主要的工业区或商业区及高级住宅区域等先进行DMS项目的实施。
参考文献
［1］MARTEL P， WELLBOW W H. 供电质量问题［J］. 国际电力，1997，1（2）：20—24.
［2］ LAKERVI，HOLMES E J. 配电网规划与设计［M］. 范明天，张祖平，岳宗斌译. 第2版. 北京：中国电力出版社，1999. 7—8；49—53.
［3］刘洁，余熙. 配电网自动化工程综合效益分析［J］. 电力自动化设备, 2000，20（3）：56—58.
