基于故障后果分析法的配电网可靠性研究

摘要：随着电力系统规模增大和系统事故导致停电将会造成很大的社会影响。如果发生大面积、长时间停电，不仅影响供电部门的经济效益，而且危及社会秩序，造成不良的社会影响。据不完全统计，配电系统故障引起的用户停电事件占总停电事件的80%以上，因此，提高配电网的可靠性对改善电能质量具有重要意义。

关键词：故障后果分析法；配电网；可靠性

中图分类号： U223 文献标识码： A

一、配电网可靠性管理的意义及任务

加强配电网可靠性管理的意义在于为配电网运行提供安全的线路运行环境，进一步提升供电可靠率，为客户提供优质的电力供应服务，建设坚强智能电网。提高配电网可靠性的任务有以下三个方面：

一是提高配电网施工和检修质量，符合设计标准的设备和施工工艺是保证电网运行可靠性和缩短停电时间的基础；二是预防外力及运行事故的发生，防止汽车撞杆、鸟巢、风雨雷电等外力事故和线路过负荷运行、配电设备缺陷是保证可靠性的重要组成部分；三是提高对配电网故障的发现和处置能力，通过掌握线路的运行状况，及时发现线路故障和缺陷，是提高配电网可靠性的重要保证。

二、影响可靠性因素

配电网可靠性衡量了电力系统是否向用户持续提供充足、合格的电量。影响中压配电网供电可靠性的主要因素主要有以下几个方面。

(一)线路故障率及故障修复时间

配电线路长期处于露天运行，发生跳闸事故的频率十分高，严重影响配电网供电可靠性。线路故障率和故障修复时间直接影响用户停电时间，如果故障率降至0.05 次/km・年，用户年平均停电时间可由3.4 小时/户降至2.7 小时/户，大大提高供电可靠性。

(二)网架结构不合理

配电网结构大多采用放射状辐射式结构，这种结构容易造成供电半径大，线路转供能力、可靠性差，特别是设备故障或线路故障导致停电时，往往影响面较大。

(三)非故障停电

非故障停电原因包括中压配电网上级电源的输变电线路或变电站改造、检修及配电网检修、改造等造成的停电。尤其是近些年的城农网改造，配电网非故障停电的次数增多，线路停电频繁，影响配电网供电可靠性。

三、配电网可靠性数据分析

可靠性数据主要由城市电网与农村电网的数据构成，具体有供电可靠率、用户平均时间、用户平均停电次数等7项主要考核指标构建起可靠性指标系统，通过采用多个指标从多个方面描述配电网可靠性水平，全面反映配电网运行状态。对可靠性数据指标分析，能够较为准确地总结归纳出配电网运行中供电可靠性较低的时间段及原因，为提高供电区域可靠性提供数据基础。

例如某区域当月供电可靠率与往年接近持平，但用户平均停电时间有所增加，同时用户平均预安排停电时间有所减少，对此可分析得出，虽然当月计划停电检修工作较往年有所减少，但因恶劣天气、外力破坏等外因造成的故障停电时间明显上升，需线路运行部门高度重视线路日常巡视工作，加强该区域灾害天气特巡和反外力宣传力度。

从故障停电指标完成情况，可以分析出影响指标的主要影响因素，如进入雨水季节，配电网及用户内部故障呈现逐步上升趋势，即可分析出大风、暴雨等恶劣天气时，是造成因故障停电时户数增加的原因，又如某区域施工外力破坏造成的停电日益增加，即可分析出该区域市政建设和房地产开发建设较多，应加强对电力电缆、电杆、配电变压器等供电设施的巡视看护力度。

四、可靠性分析的指标

(一)负荷点可靠性指标

负荷点可靠性指标通常由平均故障率λ、平均停电时间U和平均停运持续时间γ来描述各负荷点持续供电能力。负荷点经线路、断路器等电力元件与电源点串联，因此，串联系统中，任何一元件发生故障都无法满足负荷正常供电。负荷点可靠性指标计算式如下：

(1)平均故障率λ

平均故障率λ反应了负荷点停电频率，它的值越大，说明负荷点停电越频繁，可靠性不高。

(2)平均停运持续时间γ

当配电网负荷侧装设备用设备时，如果发生故障，负荷点的平均停运持续时间就是备用设备切换时间，大大缩短停运时间，保障配电网可靠性。

(3)平均停运时间U

平均停运时间U大小决定了负荷点故障排除时间，平均停运时间U值越大，故障排除时间越长。

式中：λ′―――故障停运率；

λ″―――故障检修停运率；

r′―――故障修复时间；

r″―――故障检修持续时间。

(二)系统的可靠性指标

通过以上分析，明确负荷点可靠性指标，但由于配电网结构复杂、元件众多，仅用负荷点可靠性指标不足以完全体现整个配电系统的可靠性。

(1)系统平均停电持续时间SAIDI

式中：Ui―――负荷点i的年平均停运时间；Ni―――负荷点i的用户数。

(2)系统平均停电频率SAIFI

式中：λi―――负荷点i的故障率；Ni―负荷点i的用户数。

(3)用户平均停电持续时间CAIDI

式中：Ui―――负荷点i的年平均停运时间；λi―――负荷点i的故障率；Ni―――负荷点i的用户数。

(4)平均供电可用率ASAI

式中：Ui―――负荷点i的年平均停运时间；Ni―――负荷点i的用户数。

(5)不可靠率ASUI

式中：Ui―――负荷点i的年平均停运时间；Ni―――负荷点i的用户数。

(6)电量不足指标ENS

式中：La（i）―――连接在每个负荷点i上的平均负荷。

(三)可靠性计算流程

配电网分区故障类型的分析可通过最小路的搜索得到。最小路搜索可采用深度优先搜索和广度优先搜索法。首先分析某一分区对各个负荷点分区的影响，判断该分区类型；然后根据开关分区对应信息，建立最小路矩阵列表。完整的可靠性评估算法的计算流程如下:

(1)进行配电网络化简，建立配电网络拓扑；

(2)DFS、BFS 搜索负荷点分区至电源点之间的最小路；

(3)重复步骤(2)，直至完成所有负荷点分区的最小路搜索；

(4)形成负荷点分区的最小路列表；

(5)最小路列表中搜索各分区对应的各类负荷点分区；

(6)任选一分区，依据负荷点分区类型，分别进行可靠性的贡献值计算；

(7)负荷点可靠性参数计算；

(8)系统可靠性指标计算。

五、配电网可靠性评估的改进FMEA法

分区故障类型分析是确定负荷点停运类型和计算可靠性指标的基础。传统的FMEA法是找出引起某一个负荷点全部停电或部分停电的故障类型或故障组合，然后形成故障列表，致使故障组合的搜索和分析比较复杂。本文以分区为核心，从分区故障对负荷点影响的角度来分析和计算负荷点的可靠性。当分区中设备故障时，根据所引起的负荷点停电时间的不同，将分区分成4类，设第i个分区的故障率、平均修复时间、年平均停电时间为λZi、rZi、UZi，则有

(1)零停电时间分区Z0，即该分区内部有设备故障时对负荷点无影响，负荷点停电时间为零。

(2)rd停电时间分区Zrd，即该分区内部有设备故障时负荷点停电时间为隔离开关操作时间rd，其对第j个负荷点分区可靠性参数的贡献值为：

(3) rd + rt停电时间分区Zrd + rt，即该分区内部有设备故障后，负荷点停电时间为隔离开关操作时间与切换操作时间之和，该分区对第j个负荷点分区可靠性参数的贡献值为：

(4)r停电时间分区Zr，即该分区内部有设备故障后，负荷点停电时间为设备故障的平均修复时间，其对第j个负荷点分区可靠性参数的贡献值为：

――分区Zi对负荷点分区Zj的故障率。

――分区Zi年平均停电时间。

――平均修复时间的贡献值。

结语

通过分析配电网在不同情况下的可靠性指标对比可知，双电源系统和自动化程度高的系统可靠性最高，停电次数最少，停电持续时间最短，然后对传统的FMEA 法进行了改进；为此，通过理顺影响用电可靠性的环节，运用现代管理和技术手段，以完善管理措施、提高配电网自动化水平、加强电网智能化建设等方式，减低配电网故障率，提高供电网络及设备的可靠性，充分发挥供电服务对地方乃至国家经济发展的支撑和保障作用。

参考文献

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