中壓配電網典型接線理論供電可靠性研究

張建

（云南電網有限責任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000）

0 前言

中壓供電可靠性是衡量一個供電企業綜合電網規劃和運維水平的重要指標，而隨著輸電網和高壓配電網結構的日益完善，帶電作業項目的不斷增加，預安排停電對供電可靠性造成的影響不斷減小，但中壓配電網故障停電對可靠性的影響卻在不斷上升，中壓配電網作為連接發輸電系統與廣大用電客戶的關鍵，其運維水平和接線方式直接決定著中壓供電可靠的高低。本文針對中壓配電網常見典型接線方式，以饋線為對象將線路和負荷塊進行等值，等值后采用故障模式后果分析法計算供電可靠性，這種定量分析中壓配電網典型接線理論供電可靠性，為提高中壓供電可靠性提供理論基礎。

1 中壓配電網運維水平

由于中壓配電網設備種類多，反映中壓配電網運維水平的指標體系較為龐大，為更好研究典型接線故障情況下的理論供電可靠性，本文針對性選取中壓配電網中數量最多的架空線路、電纜線路、變壓器三類設備的故障相關指標，作為中壓配電網運維水平的體現，具體指標如下：

1.1 主要設備的故障率指標

1.2 故障處理相關指標

2 中壓配電網典型接線方式

根據110 千伏及以下配電網規劃技術指導原則，目前用于10 kV 中壓配電網的典型常見接線方式主要有六種，而按電源的數量來分則又可將其分為單電源和多電源兩類。

圖1 單輻射接線方式

2.1 單電源供電方式

單電源是指只有一個電源點的供電方式，主要包括單輻射接線方式，如圖1 所示。

這種接線方式比較簡單，農村地區此接線運用比較多，主要特點是電源單一，結構簡單。其優點是投資省，線路利用率高，維護方便。但缺點也是顯而易見的，故障時無法滿足法轉供電需求，可靠性低。

2.2 多電源供電方式

多電源是指有兩個或以上電源點的供電方式，主要包括有“n-1”單環網、n 供一備、雙環網、N 分段n 聯絡等接線方式。

1）圖2 為單環網接線方式，城市配電網中比較常見，主要特點是由兩個電源供電，一般開環運行。其優點是接線簡單，運行方便，可滿足N-1 安全準則。缺點是投資高，線路利用率較低，僅為50%，運維有一定工作量。

2）圖3 為單環接線方式，圖4 為單環網接線方式，這兩種接線方式是目前城市配電網主要推廣的接線方式，主要特點由多個電源供電，一般開環運行。其優點是供電可靠性高，線路利用率最高可達(n-1)/n，可滿足N-1 安全準則。缺點是為提高實際可轉供能力，聯絡點一般需在負荷等分點，組網困難；實際可轉供能力受負荷分布影響較大，實際線路利用率可能不高。

圖2 單環網接線方式

圖3 單環網接線方式

圖4 單環網接線方式

圖5 兩供一備接線方式

3）圖5 為兩供一備接線方式，圖6 為三供一備接線方式，主要特點是各負荷均由主供線路供電，另有一回線路作為備用。優點是供電可靠性高，滿足N-1 安全準則，設備利用率較高，可達(n-1)/n。缺點是受地理位置及負荷分布等因素的影響較大，主供線路理論負載率高，故障影響范圍較廣；組網相對困難。

圖6 三供一備接線方式

圖7 雙環網接線方式

4）圖7 為雙環網接線方式，主要特點是由兩個單環網構成的雙環網運行。優點是滿足N-1安全準則，方便為沿線可靠性要求高的中小用戶提供雙電源。缺點是線路利用率較低，僅為50%，結構復雜，投資高。

5）圖8 為N 分 段n 聯 絡（N ≤5，n ≤3）接線方式，優點是供電可靠性較高，可滿足n-1的要求，組網較易。缺點：接線相對較復雜，故障轉供方式較多，運行調度相對困難。

3 理論供電可靠性研究方法

3.1 假設條件

為了方便對中壓配電網典型接線的供電可靠性研究分析，本文作了以下幾點假設：

1）不考慮預安排停電和10 kV 母線及以上設備故障停電對供電可靠性造成的影響。隨著電網結構的不斷加強，絕大部分中高壓電網均能滿足n-1 安全準則的要求，帶電作業項目的不斷完善，加上臨時轉供電及應急發電等措施的保障，使得預安排停電和10 kV 母線及以上設備故障停電對供電可靠性的影響十分小，用戶基本能維持正常用電，所以本文不考慮預安排停電和10 kV 母線及以上設備故障停電對供電可靠性造成的影響。

圖8 N分段n聯絡（N≤5，n≤3）接線方式

2）只考慮n-1 故障停電情況下對供電可靠性造成的影響。由于電網超過n-1 故障停電的概率呈幾何級數減少，因此電網超過n-1 故障停電對供電可靠性影響甚微，如果考慮電網超過n-1 故障停電的情況，不僅使研究分析復雜化，而且所得到的結果與只考慮n-1 故障停電情況下在同一量級水平，因此研究電網超過n-1故障停電對供電可靠性研究的意義不大，故本文只考慮n-1 故障停電情況下對供電可靠性造成的影響。

3）不考慮變壓器發生故障時，對供電線路造成受累停電影響。由于中壓變壓器大多裝有熔斷裝置，故變壓器故障時均能有效熔斷隔斷故障，不致造成線損停電考慮。

4）不考慮某段線路發生故障時，與該條線路聯絡線路的容量約束。即聯絡線有足夠的容量可供非故障段的負荷。

3.2 供電可靠性指標

供電可靠性涉及的指標有很多，根據研究需要，選取了最能反映系統停運嚴重程度的平均供電可靠率作為研究對象。

3.3 中壓電網典型接線理論供電可靠性研究

為了研究方法的通用性，假設一條中壓饋線分為N 段，總變壓器數為n（即總用戶數），每個分段的變壓器數量為ni（也即用戶數），線路（電纜）長度為Li，并將架空線路、電纜、變壓器故障停電率用分別用Fl、Fc、Ft表示，故障定位平均時間和故障停電平均持續時間分別用Tf、Td表示。

3.3.1 單電源供電方式下理論供電可靠性研究

單電源供電方式主要是單輻射接線方式。該方式下，故障段線路將影響其后各段用戶的供電，而通過查找故障點將故障隔離后，就可恢復其前各段線路的正常供電。

上式是針對線路為架空線形式，若線路為電纜，則用Fc代換Fl即可，下同。

3.3.2 多電源供電方式下理論供電可靠性研究

多電源供電方式主有“n-1”單環網、n 供一備、雙環網、N 分段n 聯絡等四種接線方式，這些接線方式下，某段線路故障段，只需查找故障然后將其隔離，便可恢復所有非故障段的正常供電。

由公式可知，若只按假設條件考慮，具有基本物理結構相同（即分段數、各段線路長度、各段配壓器數量均相同）的多電源接線方式理論供電可靠性都是一樣的，這主要是由于假設條件2）、4）造成的。而實際情況下，隨著電源和聯絡的增加，設備利用率將有所提升，供電可靠性也必將有一定提高。

對于每臺變壓器都有兩路電源單獨接入的雙環網接線方式，因單一線路段故障不影響變壓器正常供電，其理論供電可靠性僅受變壓器故障停電率影響。

3.3.3 多條線路理論供電可靠性的研究

基于以上分析和結論，多條線路的理論供電可靠性只需逐一按單條線路的接線方式，對應選?。?）（8）（9）式計算停電時戶數部分，分別求出各條線路的停電時戶數然后進行加和，最后便可得出多條線路的理論供電可靠性。

式中線路總條數為m，m條線路的總用戶數為n，第a條線路的段數為Na，變壓器總數為na，第a條線路的第i段線路長度為Lai，變壓器數為nai。

4 實例研究

以某一地區為例，架空線路故障停電率Fl=5.446，變壓器故障停電率Ft=0.059，故障定位平均時間表Tf=1.11，故障停電平均持續時間Td=5.65，線路分為5 段，長度分別為4、4、6、6 公里，變壓器分別為14、12、9、7 臺，用（7）、（8）式計算不同供電接線方式下線路的理論供電可靠性。

1）單電源供電方式，即單輻射接線方式時ASAI=99.931% 通過加強運維和使用一定的技術手段，使架空線故障停電率和故障定位平均時間都降低一半即Fl=2.723、Tf=0.56，此時ASAI=99.954%。

2）多電源供電方式，即使用“n-1”單環網、n 供一備、雙環網、N 分段n 聯絡等接線方式時ASAI=99.946% 通過加強運維和使用一定的技術手段，使架空線故障停電率和故障定位平均時間都降低一半即Fl=2.723、Tf=0.56，此時ASAI=99.962%。

3）多電源供電方式，若采用每臺變壓器均有兩個獨立電源供電的雙環網接線方式時ASAI=99.989%這種接線方式下，通過加強運維和使用一定的技術手段，使架空線故障停電率和故障定位平均時間都降低一半時，對理論供電可靠性無貢獻。

5 結束語

運用中壓配電網典型接線理論供電可靠性的研究結論，可以快速測算出實際情況下各線路的理論供電可靠性，同時也為提高供電可靠性提供一定的理論基礎。