大同地区10kV配电系统可靠性计算及分析
李建林　　张仲超（浙江大学电气学院　杭州　310027）
　　
1　引言　　
　　本文提出了一种配电系统可靠性评估模型，并开发了其软件。可靠性指标是：系统平均停电频率、系统平均停电持续时间、用户平均停电频率、用户平均停电持续时间、平均供电可用率、缺供电量、平均缺供电量。可靠性评估通过故障影响分析实现。这样，开发的软件既可评估全部失去连续性事件的可靠性，又可以评估部分失去连续性事件的可靠性。针对电力系统概率分析中蒙特卡罗仿真效率不高的问题，考虑到配电系统可靠性计算的特点，采用改进的离散事件系统仿真原理，综合考虑了配电开关的独立故障、电源不足限电等情况，建立了可靠性仿真数学模型。并对整个配电系统考虑了综合影响抽样结果准确性和计算速度、参数选定等诸多因素，并将评估范围由系统指标扩展到节点指标。所提算法严谨、实用，计算效果明显，具有良好的应用价值。该方法具有收敛可靠快速、估计精度高、数值条件好、量测适应性好和编程简单等优点，具有良好的应用前景。现已经应用VC高级语言编制了相应的计算程序，应用该程序对大同地区10kV配电系统可靠性进行了分析计算，取得了满意的结果。
2　数学模型
　　计算配电系统可靠性的计算机仿真系统属离散事件系统仿真，其数学模型众所周知，这里不在赘述。配电系统可靠性仿真模型主要由：实体的状态模型、仿真模型、可靠性判据模型、可靠性指标等组成。^［1］
2．1　实体的状态模型
　　实体状态模型有三种：断路器模型和发电机、变压器、母线模型。状态转移方式主要有单向转移，随机转移，条件转移等模型。
2．2　可靠性判据模型
　　采用电源到负荷的供电连续性作为配电系统的基本可靠性判据模型，模型依据研究系统的不同而有所不同，发电系统可靠性判据模型采用有效发电容量判据模型；输配电系统采用供电连续性作为基本可靠性判据模型。^［2］并且包括容量判据模型和回路判据模型。为了区分实体的相关故障和独立故障，对可靠性判据模型还在仿真过程进行动态修改、以实现模型的一致性。可靠性指标根据实际需要提供概率、频率、平均持续时间和期望值指标等。
2．3　仿真模型
　　仿真模型是根据数学模型的实际工作流程图用概率建模的方法建立。仿真模型包括三部分。一是为了表示系统的状态而建立的一个数集，这个数集反映了系统整个过程和时间的状态，系统是由实体组成，实体的状态构成系统的状态，本模型用状态描述字来描述实体状态。二是为描述系统的活动设计一个程序以产生离散事件，使系统状态发生改变。^［3］电力系统可靠性仿真系统属离散事件系统，每次仿真都要从这些公布中进行随机抽样、以便获得该次仿真的结果。设随机变量x服从参数kA6指数分布概率密度函数：

　　U为（0，i）均匀分布随机数，初始值X₀称为种子，A称为常数乘数，A＝16807，M＝2147483647。变换抽样法产生指数分布随机变量的公式：x＝－1λ为常数（故障率）。
　　为了不断更新仿真时间，必须确定仿真时钟的推进原则。电力系统可靠性评估仿真系统属动态仿真，采用纵向文件的仿真时钟推进原则记录各种事件的发生时间，进行时间统计。
3　计算实例
　　大同地区现有火电厂4座，220kV变电站6座，110kV变电站15座，10kV系统主要配电线路31条，根据10kV配电线路系统图，本文计算时主要考虑了城市配电网共模故障、相关故障、计划检修、电源不足限电及各种内外部因素影响情况。计算原始参数如下：
　　（1）配电线路参数
　　1）线路故障率　49．34（次／百公里年）
　　2）停电平均持续时间　1．97（时／次）
　　（2）断路器参数
　　1）联络断路器平均投入时间　0．5（时／次）
　　2）配电断路器故障停电率　127．91（次／百公里年）
　　3）配电断路器停电平均持续时间　1．48（时／次）
　　（3）考虑电源不足限电
　　1）限电次数／年　2．0（次／年）2）限电平均时间／次　2．5（小时／次）计算结果
　　本次对大同地区10kV系统的31条主干线路逐条进行了单独计算，在计算中分别考虑配电开关的独立故障、电源不足限电等情况，并对整个配电系统进行了综合分析，见表1。
4　结论
　　根据上述所得计算结果，可知：
　　（1）10kV配电系统31条线路中，不计系统电源不足限电情况下，其中糖机线、同力线、西路线可靠性较高，其平均可靠度均大于0．999。主要原因有的是具有双电源，有的是具有联络线，有的是线路较短，有的负荷较少。而可靠性较低线路有：齐家坡线、师专线、电碳线和西营线等4条线路，它们分别是：0．9984145，0．9987646，0．9985273，0．9989538。其主要原因有的是由于负荷过分集中，有的是由于线路处于严重污染地区以及线路老化等原因，其平均可靠度均低于0．998，平均故障频次均大于5（次／年）。
　　（2）10kV配电系统电源不足限电情况下，其中大十线、南水线可靠度较高。而南新线和振华线等2条线路可靠度较低，它们分别是：0．9986981，0．9987103，其主要原因是由于线路老化所致，平均故障频次均大于6（次／年）。
　　（3）造成可靠性低的主要原因：
　　1）10千伏配电网中，部分线路负荷过分集中，户都在10个以上，这样由于用户造成的各种故障使得整条干线故障几率增加，导致配电网可靠性水平下降。
　　2）部分用户对自己所用的线路缺乏认真的维护管理，设备陈旧老化，且得不到及时更换，因而使得该部分线路故障率增加，导致可靠性水平下降。
　　3）由于检修维护工作管理水平较低，检修维护工作人员业务素质水平较差，检修维护设备工艺水平不高等原因，导致可靠性水平下降。
　　4）变电站布点少，10千伏电缆出线串接用户多，供电可靠性较低。同时，这些用户内部设备运行年限长，隐患较多，急需改造。
　　5）配电网结构不完善，供电半径长，主变容量小，供电区域不合理且电源配置不合理。城市中低压线路不通畅，无统一规化，且供电没有明确的区域划分，存在严重的迂回交叉供电线路，既不经济也不合理。
　　6）线路老化，线径细，供电可靠性差。由于10kV配电变压器数量，容量在迅速增加，而供电主干线路则多仍是老线路、旧导线，细线路，旧设备，由于供电线路严重超载，短线故障次数明显增多，因而使得配电网可靠性大大降低。
5　建议采取措施
　　（1）增加配电网之间的互联线路，可适当增加配电变压器，以增加互联后的配电容量所需。
　　（2）增加10kV绝缘架空线路，提高配电网抵御自然灾害的能力。对污秽严重地区应增加对配电线路的维护检修次数，以提高其供电可靠性。
　　对配电线路开关应及时进行检修维护，对一些旧式开关应及时更换，如采用新型真空开关或者空气开关等等，以提高开关自身可靠性，从而使整个配电网可靠性提高。^［4］
　　（3）对运行时间长的配电线路应及时更新改造，更换上新电杆和输电线路。并且要不断更换新增配电变压器，增加容量。
　　（4）合理安排停电计划，减少停电时间，避免重复停电
　　（5）应进一步加强系统运行管理水平，不断提高管理人员，运行人员以及检修人员整体素质，努力降低人为造成的各种故障隐患及自然灾害造成的配电网可靠性降低。

6　参考文献
1　郭永基．电力系统可靠性原理和应用（下册）．北京：清华大学出版社，1986
2　韩富春．城市配电系统可靠性评估方法研究．中国电力，1996，29（2）：45～47
3　李红梅，厉古文．山东电网供电可靠性分析．中国电力，1996，29（2）：48～52
4　别朝红，王锡凡．配电系统可靠性分析．电力系统自动化，1997，30（5）：10～13