配電線路的分段數(shù)量優(yōu)化計(jì)算的簡單說明
| 簡介： 配電自動(dòng)化中饋線自動(dòng)化提高供電可靠性的效果和在饋線上安裝的分段開關(guān)的數(shù)量有密切的關(guān)系，但是分段開關(guān)的數(shù)量以多少為比較恰當(dāng)，需要作研究和分析，因?yàn)榉侄伍_關(guān)的數(shù)量增加到一定的程度，提高可靠性的能力將下降，本文將通過簡單的計(jì)算作一個(gè)說明。 關(guān)鍵字：配電自動(dòng)化 饋線自動(dòng)化 分段開關(guān) 配電網(wǎng)自動(dòng)化中的饋線自動(dòng)化的動(dòng)作的綜合行為包含了變電站的備用電源自動(dòng)切換裝置的動(dòng)作行為、配電線路的自動(dòng)重合閘裝置的動(dòng)作行為、饋線的自動(dòng)化的動(dòng)作行為(架空線路和電纜)、供電電源線路的自動(dòng)恢復(fù)供電的功能、繼電保護(hù)的動(dòng)作行為等基礎(chǔ)技術(shù)的相互配合協(xié)同工作。它們相互動(dòng)作的行為對供電可靠性的影響、對進(jìn)一步提高供電可靠性的配電自動(dòng)化中的饋線自動(dòng)化動(dòng)作的作用效果做以下說明。 1、自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為在配電網(wǎng)絡(luò)中的作用 1． 1配電線路安裝的自動(dòng)重合閘裝置動(dòng)作的成功率一般達(dá)到40—50％的水平(按照全國的繼電保護(hù)統(tǒng)計(jì))，那么重合閘不成功的部分將希望由饋線自動(dòng)化來承擔(dān)。 1．2變電站備用電源自動(dòng)切換的動(dòng)作成功率一般達(dá)到97—98％的水平，它可以使變電站的停電的母線再一次得到電源，它已經(jīng)大大減少了外來電源對配電線路失去電源的影響和供電變壓器的停電影響。 1．3電源側(cè)的線路的自動(dòng)恢復(fù)供電的功能(包括上級線路的自動(dòng)重合閘和電源的自動(dòng)切換)，它們也在減少由外部的影響停電方面起了很大的作用。 1．4饋線自動(dòng)化的動(dòng)作行為是對上述三點(diǎn)的裝置供電連續(xù)性的補(bǔ)充，而最主要的是對配電線路本身永久性故障時(shí)的補(bǔ)允，它不能全部代替上面裝置全部的動(dòng)作行為。 那么作為配電線路的饋線自動(dòng)化的動(dòng)作行為，它是主要來補(bǔ)充對架空配電線路的自動(dòng)重合閘在永久性故障的時(shí)候起到彌補(bǔ)的作用。也就是說，它是對配電線路自動(dòng)重合閘不成功率50—60％的一種補(bǔ)充，同時(shí)它在有些線路沒有自動(dòng)合閘的情況下，也可以通過故障區(qū)段的隔離來達(dá)到使非故障區(qū)段繼續(xù)供電，它和電網(wǎng)的自動(dòng)裝置共同對電網(wǎng)的供電可靠性起提高的作用。 2、配電線路供電可靠性的基本情況 按照電力可靠性管理中心提供的電力可靠性管理簡報(bào)82期的統(tǒng)計(jì)來看： 平均供電可靠率(RS3) 99．81％； 扣除系統(tǒng)的電源不足的平均供電可靠率(RS3) 99．824％ 用戶的平均停電時(shí)間 16．623小時(shí)／年·戶； 用戶的平均停電次數(shù) 4．001次／戶·年； 用戶的平均故障停電次數(shù) 1．313次／年·戶； 用戶的平均預(yù)安排停電次數(shù) 2．688次／年·戶； 用戶平均故障停電的時(shí)間 4．126小時(shí)／年·戶； 用戶平均預(yù)安排停電時(shí)間 12．497小時(shí)／年·戶； 故障停電平均的持續(xù)時(shí)間 3．736小時(shí)／次； 預(yù)安排停電平均持續(xù)時(shí)間 4．851小時(shí)／次。 通過上面的數(shù)據(jù)可以得到下面的一組分析數(shù)據(jù)： 每戶故障的持續(xù)停電時(shí)間和預(yù)安排停電的持續(xù)時(shí)間比例 77．5％：100％ 每產(chǎn)的平均故障停電時(shí)間和預(yù)安排(計(jì)劃安排)停電時(shí)間比例 33．02％：100％, 每戶的平均故障停電持續(xù)的時(shí)間和總的停電持續(xù)的時(shí)間比例 13．5％：100％ 每戶的平均故障的停電時(shí)間和總的停電時(shí)間 (故障的停電時(shí)間和預(yù)安排的停電的時(shí)間和)的比例 24.82％：100％。 所以，配電自動(dòng)化中的饋線自動(dòng)化的目的和作用就是要對上面統(tǒng)計(jì)中分析得到的43．5％：100％(停電持續(xù)的時(shí)間比例)和24．82％：100％(停電時(shí)間的比例)來進(jìn)行縮短的工作。對于一個(gè)地區(qū)或者一個(gè)供電的單位，它有一定的特點(diǎn)，這個(gè)特點(diǎn)就是看它的架空線路和電纜的比例的大小，同時(shí)還要看它的配電線路的故障率的大小，同時(shí)還要分析故障率中的故障的性質(zhì)和各種故障類型的原因。從故障率的情況看， (82)期的資料中架空線路的故障率是平均為11.643次／年·百公里；電纜的故障率是平均為7．036次／年·百公里。對每個(gè)單位的情況都不一樣(上述數(shù)據(jù)是全國275個(gè)單位的平均數(shù))。 通過上面的數(shù)據(jù)分析表明，配電線路自動(dòng)化的目的效果是要看配電線路的自動(dòng)化的分段怎樣的數(shù)量為合理，因?yàn)榉侄蔚臄?shù)量多，停電的戶的數(shù)量少，分段的數(shù)量少，停電的戶的數(shù)量多，可靠性的水平將下降。 3、配電線路的分段數(shù)量的考慮 分段怎樣確定，這必然有不同的觀點(diǎn)和技術(shù)思路。但是應(yīng)當(dāng)看出，分段的數(shù)量以多少段為合理，這是需要進(jìn)行討論和分析，具體說明如下： 3．1 放射形網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)線路故障時(shí)，它產(chǎn)生的停電時(shí)戶數(shù)為時(shí)間和戶數(shù)量的積，如果發(fā)生兩次故障， (我們以時(shí)戶單位這代表，時(shí)戶是停電的小時(shí)和停電的戶數(shù)的積以符號“SH”代表)，如果配電線路發(fā)生兩次故障，并且假定兩次故障的恢復(fù)時(shí)間相同。 所以故障的時(shí)戶數(shù)為： SHl=T1 xHn+T2xHn=2T1H(設(shè)T1=T2) 上面的公式中：T1、T2代表停電的時(shí)間： 利用分段開關(guān)將線路分成兩段時(shí)，假定的情況同上，并且再認(rèn)為兩次故障平均分配在兩個(gè)線段上，在這樣的情況下，總的停電的時(shí)戶的數(shù)量是按下面計(jì)算： SH2=T1 xHn+T2x (Hn-0．5Hn) =T1X (Hn+0．5Hn) ＝1．5T1Hn 需要說明的是，在T1的故障時(shí)候，因?yàn)楣收系狞c(diǎn)在前面，所以采用Hn代表。 當(dāng)利用兩個(gè)分段開關(guān)將線路構(gòu)成三分段時(shí)的停電的時(shí)戶數(shù)量： SH3=T1 xHn+T2x(Hn-0．67Hn)+T3x(Hn-0．33Hn) =T1 x(Hn+0．33Hn+0．67Hn) =2T1Hn 通過對上面的簡單計(jì)算，可以比較明顯的看出如下的結(jié)果： (1)兩個(gè)分段的時(shí)候： SH2／SHl=1．5T1Hn／2T1Hn=0．75=75％ 由上面的計(jì)算得到當(dāng)線路分為兩個(gè)分段后故障停電的總時(shí)戶數(shù)量減少了25％； (2)三個(gè)分段的時(shí)候： SH3／SHl=2T1Hn／3T1Hn=0．67＝67％ 由上面的分析得三分段后，在同樣的三次故障情況下，停電的總時(shí)戶數(shù)減少了33％； 同樣在增加分段的情況下的效果如下： 四分段時(shí)：停電的時(shí)戶數(shù)減少了37．5％；五分段時(shí)：停電的時(shí)戶數(shù)減少了40％；十分段時(shí)：停電的時(shí)戶數(shù)減少了45％；二十分段時(shí)：停電的時(shí)戶數(shù)減少了47．5％。將上面的分析繪制成為下面的示意圖： 通過圖3的變化曲線，非常明顯的看出，在三個(gè)分段的時(shí)候減少的停電的時(shí)戶的數(shù)量的效果達(dá)到33．0％，而從四分段開始到10個(gè)分段的時(shí)候，所起到效果只有12．0％。 所以，對于放射形的配電線路網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化動(dòng)作分段開關(guān)的數(shù)量不應(yīng)當(dāng)過多，應(yīng)當(dāng)控制在兩到三個(gè)分段以內(nèi)為好，再多并沒有大的效果(上面的分析是指平均故障)。通過上面的計(jì)算，也可以得到最多(無限多的開關(guān))的分段所起的效果不大于50％，也可以說，分段再多(大于3分段)它的效果也只是得到33-50％之間的效果。因此，對于幅射型的架空線路的配電線，采用饋線自動(dòng)化的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)要注意分段開關(guān)的合理的數(shù)量。 3．2 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)： 當(dāng)采用聯(lián)絡(luò)開關(guān)將兩條線路聯(lián)絡(luò)，成為一個(gè)環(huán)路的時(shí)候。 簡單的計(jì)算如下： (1)當(dāng)兩條線路分為兩段：發(fā)生故障時(shí)，如果是4次故障，假定故障的數(shù)量是平均分布在各個(gè)分段上(并且停電恢復(fù)的時(shí)間相同)，如果分段開關(guān)不自動(dòng)，這時(shí)候相當(dāng)于放射形的網(wǎng)絡(luò)，所以，相互之間沒有聯(lián)系。 停電的總時(shí)戶數(shù)量為SH0=4T1xHn； (設(shè)備的故障恢復(fù)時(shí)間假設(shè)一樣)。 公式中的Hn代表一條線路上的用戶的數(shù)量； 當(dāng)采用分段開關(guān)后，并且采用自動(dòng)化后，他可以在發(fā)生故障的時(shí)候進(jìn)行切換，在這種情況下，停電的總時(shí)戶數(shù)量隨著開關(guān)改為自動(dòng)以后是否發(fā)生了變化，按下面的計(jì)算： 停電的總時(shí)戶數(shù)量為SHl=4T1xHn．它和SH0一樣。 (因?yàn)椴捎昧俗詣?dòng)以后，原來的線路沒有進(jìn)行再進(jìn)一步的分段，故障以后，還是一條線路全部跳閘，所以和不自動(dòng)的時(shí)候是一樣的)。 采用兩個(gè)分段開關(guān)使線路變成3個(gè)分段以后，同時(shí)假定事故是平均分布在線路的各個(gè)段上，如果六次事故，停電的時(shí)戶數(shù)量為SH3：4T1Hn，停電的時(shí)戶數(shù)量減少的數(shù)量為： SH3／SH0=66．7％； 100％-66．7％=33．3％ 由上面的計(jì)算可以看出：停電的時(shí)戶數(shù)量減少到原來的66．7％，就是減少的效果是33．3％； (2)當(dāng)線路的分段數(shù)量增加到是4個(gè)分段，發(fā)生4次故障，停電的時(shí)戶數(shù)量為sH4=2T1xHn，減少的效果為： SH4／SH0=50．0％ 所以4個(gè)分段的時(shí)候減少的停電的時(shí)戶數(shù)量的效果是50．0％ (3)如果采用5個(gè)分段開關(guān)使線路改成6分段，以發(fā)生6次故障計(jì)算，停電時(shí)戶數(shù)量SH5=2T1Hn； 所以減少的停電的時(shí)戶數(shù)量的效果為： SH5／SH0=2T1Hn／6T1Hn=33．3％ 100％-33．3％=66.7％ 通過上面的計(jì)算，可以看出如下的結(jié)果： 采用3個(gè)開關(guān)，將線路分成4個(gè)分段，減少到原來兩分段時(shí)停電總時(shí)戶數(shù)量的50％， 采用5個(gè)開關(guān)，將線路分為6個(gè)分段，減少到原來兩分段時(shí)停電總時(shí)戶數(shù)量的33．3％； 采用7個(gè)開關(guān)，將線路分為8個(gè)分段，減少到原來兩分段時(shí)停電總時(shí)戶數(shù)量的25．0％； 因此，可以看出，以原來的2分段的停電時(shí)戶數(shù)量作為100％； 當(dāng)改變?yōu)?分段時(shí)，減少的效果是50％； 再增加到6分段時(shí)比2分段時(shí)減少廠66．7％， 再增加到8分段的時(shí)候比2分段時(shí)減少了75％； 如果分為10個(gè)分段的時(shí)候，停電的時(shí)戶數(shù)量比2個(gè)分段減少了80％； 再增加下去，即使增加到20個(gè)分段，它的效果比兩個(gè)分段的時(shí)候減少了90％；它的效果就不明顯了。 經(jīng)過整理，下面是采用不同分段自動(dòng)化以后停電的時(shí)戶數(shù)量減少的情況，即減少到以2個(gè)分段為基礎(chǔ)的數(shù)量 (以2個(gè)分段為100％)： 2分段(不自動(dòng)) 100％ 2分段(自動(dòng)) 100％ 3分段 66．75％ 4分段 50％ 6分段 33．3％ 8分段 25％ 我們假如以一個(gè)分段開關(guān)的投資作為100％來簡單的計(jì)算時(shí)，停電時(shí)戶數(shù)量減少的效果，就可以得到下面的一組數(shù)據(jù)： 2個(gè)分段投資為100％ (1臺(tái)開關(guān)為100％) 停電的時(shí)戶數(shù)量為100％； 3個(gè)分段投資為200％ 停電的時(shí)戶數(shù)量為66．75％ 減少的效果33．25％： 4個(gè)分段投資為300％ 停電的時(shí)戶數(shù)量為50．0％ 減少的效果50％， 6個(gè)分段投資為500％ 停電的時(shí)戶數(shù)量為33．3％ 減少的效果66.7％； 8個(gè)分段投資為700％ 停電的時(shí)戶數(shù)量為25．0％ 減少的效果75％， 10個(gè)分段投資為900％ 停電的時(shí)戶數(shù)量為20．0％ 減少的效果80％： 20個(gè)分段投資為1900％ 停電的時(shí)戶數(shù)量為l0．0％ 減少的效果90％。 由上分析，分段的不斷增加，減少停電時(shí)戶數(shù)量的效果在不斷減少；從2個(gè)分段改變?yōu)?-6分段時(shí)，減少的效果達(dá)到50-66．7％；而從(汾段改變到10分段時(shí)，減少的效果為13．3％o，從10G。段增加到20分段時(shí)，減少的效果只有10％的水平，從6分段開始，提高可靠陛的效果已經(jīng)處于向飽和的階段發(fā)展。所以，在架空線路環(huán)路供電的方式下采用饋線自動(dòng)化的時(shí)候以4個(gè)分段為典型，至多不超過6分段為宜；否則，投資的增加對供電可靠性提高的效果將大幅度的減少(以投資數(shù)量和得到的效果比較)。 4、結(jié)論 4．1通過上面的分析，在饋線自動(dòng)化的饋線上面的分段 (自動(dòng)動(dòng)作的開關(guān))數(shù)量不能說越多越好，而是需要通過計(jì)算，在一般的情況下以3段或4段為合適(有些國家采用3分段4連接的方式是值得研究的)。但是，各個(gè)地區(qū)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合自’己電網(wǎng)的特點(diǎn)，進(jìn)行分析電網(wǎng)需要達(dá)到的水平，再確定采用分段的數(shù)量。 綜合而言，應(yīng)當(dāng)對本地區(qū)的電網(wǎng)的故障率、當(dāng)?shù)氐目煽啃运浆F(xiàn)狀和目標(biāo)達(dá)到的水平、當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)的年故障停電每次的戶數(shù)量、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)……等各個(gè)方面進(jìn)行考慮，提出自動(dòng)化的目的和目標(biāo)， |
