分析开关故障对配电网可靠性的影响

【摘要】本文分析了开关装置影响因素往往被忽略的原因，计算了开关装置影响后配电网的供电可靠性指标，通过数据分析，指出开关故障对系统可靠性指标造成的影响不容忽视。

【关键词】中压配电网；可靠性评估；开关装置

配电网可靠性技术是随着电力系统的发展而发展起来的，现代化的电力系统供电能力强大，而且涉及面非常地广泛，配电网系统的结构也是越复杂，规模越大，其发生事故的可能性也就越大，电力人员的误判和误操作也越来越多。这样如果某一个地方发生事故，就会引起大面积长时间的停电事故的发生，其后果不堪设想，带来的经济损失也不可预料。配电网可靠性评估及其开关优化配置工作，其本身就是一个不断积累和完善的过程，但现有多种评估方法均在某种程度上忽略了开关装置故障的影响因素。配电系统中开关故障对系统可靠性指标造成的影响不容忽略，否则其可靠性评估就不能真正反映配电系统的实际情况。

1 配电系统供电可靠性指标

为了反映系统停运的严重程度和重要性，常采用以下指标评估整个系统的可靠程度：系统年平均停电频率指标、系统年平均停电持续时间指标、平均供电可靠率指标、客户平均停电持续时间指标等。

系统年平均停电频率指标 SAIFI 为每个系统供电的客户在每单位时间以内的平均停电次数。系统年平均停电持续时间指标 SAIDI 为每个由系统供电的客户在一年以内经受的平均停电持续时间。平均供电可靠率指标 ASAI 为一年以内客户经受的不停电小时总数和客户要求的总供电小时数的比值。客户平均停电持续时间指标 CAIDI 为一年以内被停电的客户经受的平均停电持续时间。

2 忽略开关装置影响的原因

在可靠性算法研究和实际评估当中，常常忽略某些开关装置故障率或不可靠动作概率的影响，或者对其做某种近似处理，其原因主要有以下几点：

（1）影响配电网供电可靠性的主要因素是线路故障、配电变压器故障、计划检修、作业停电以及网络拓扑结构，相比而言开关装置故障和可靠动作概率对可靠性影响甚小。

（2）许多算法本身复杂而难以将开关装置影响全面考虑在内。

（3）随着网络规模的增大，全面计及开关装置影响因素将导致可靠性计算工作量巨大。

（4）计及众多开关因素后算法编程困难，计算机程序难以实现。

（5）认为随着开关装置制造水平的提高，其故障率较低、工作可靠度较高，可以忽略某些因素。

3 开关装置对可靠性指标的影响

本文以一简单配电网络为例，采用不做任何近似的可靠性精确评估算法——FMEA 法，分几种情况对系统可靠性指标进行评估，将分别计及各种开关因素影响的可靠性评估结果与完全不计开关因素影响的可靠性评估结果进行对比分析。配电网络中各元件可靠性参数如表1 所示。可靠性指标计算结果列于表 2～5 中。

5 种情况如下：不计任何开关装置影响的情况，计及断路器故障率影响，计及断路器可靠动作概率（Pb）影响，计及熔断器可靠动作概率 （Pf） 影响，计及手动分段开关故障率影响。

表 2～5中绝对误差和相对误差是各情况下可靠性指标计算结果和情况1下计算结果进行比较的误差值，其中相对误差均以情况 1为比较的基准。由表2～5可知，就SAIFI指标而言，情况3对其影响较大，情况4和2次之；就 SAIDI 指标而言，情况3和情况 4 对其影响较大，情况2影响次之，情况5对其影响很小。通过对比可知，断路器可靠动作概率因素对系统年平均停电频率指标影响最大，和不计开关影响情况下的指标相比，相对误差接近 2.6%。而计及断路器故障率和计及熔断器可靠动作概率时的系统，年平均停电频率指标分别与不计开关影响情况下指标相比，相对误差均不到1.5%。熔断器可靠动作概率因素对系统停电时间指标影响最大，相对不计熔断器可靠动作概率时可靠性指标而言，其相对误差超过 6.0%。由表 5 可看出，手动分段开关故障因素对各项可靠性指标的影响均较小，且明显要小于其他各开关故障因素对可靠性指标的影响，相比而言可忽略不计。

断路器可靠动作概率与熔断器可靠动作概率对系统供电可靠性影响较大，对其进行进一步分析可见，分别改变其可靠动作概率取值，计算系统可靠性指标，如表3、4 所示。对比分析可知，随着支路断路器可靠动作概率、熔断器可靠动作概率的提高，系统可靠性指标均有明显改善。由此可见，支路断路器可靠动作概率与熔断器可靠动作概率对系统的影响不容忽视。

4 结束语

综合以上分析，可知断路器和熔断器可靠动作率对配电网可靠性评估结果的影响比较大，手动分段开关故障率对配电网可靠性评估结果影响较小。在配电系统可靠性评估中，若断路器和熔断器数量较多，且设备因其结构复杂、设备老化等原因总存在一定的不可靠动作概率，为准确评估配电系统可靠性指标，应根据实际情况考虑开关故障和可靠动作概率因素。

参考文献：

[1]别朝红，王锡凡.配电系统的可靠性分析[J].中国电力，1997，30（5）.

[2]刘柏私，谢开贵，马春雷等.复杂中压配电网络可靠性评估分块算法[J].中国电机工程学报.2005，25（4）.

[3]万国成，任震，田翔.配电网可靠性评估的网络等值法模型研究[J].中国电机工程学报，2003，23（5）.