Rel_05_配电系统可靠性评估

第五章配电系统可靠性评估DistributionSystemReliabilityEvaluation5.1概述5.2配电系统可靠性指标计算5.3放射状配电系统可靠性估计5.4配电系统典型结构可靠性分析5.5考虑容量约束的配电系统可靠性评估5.6基于故障模式影响分析法的配电系统可靠性评估5.72001年全国主要城市供电可用率统计5.8电压骤降可靠性评估5.1概述指供电点到用户，包括配电变电所、高低压配电线路及接户线在内的整个配电系统及设备按可接受标准和期望数量满足用户电力和电能量需求之能力的度量。配电系统可靠性主要评估充裕度。评估原理1.故障模式影响分析法(failuremodeandeffectanalysis,FMEA)根据选定的可靠性准则，将配电系统划分为完好和故障两类状态，然后根据故障状态计算出相应的可靠性指标的分析方法。故障准则：供电连续性遭破坏(停电)为故障状态。具体做法：建立故障模式影响分析表，查清每个基本故障事件及其影响，然后加以综合分析，计算出可靠性指标。适用于放射状网络，可扩展并用于有转移设备的复杂网络的全面分析。复杂网络特点：各馈电线均有负荷点；馈点通过正常断开点彼此相连或与其他电源相连；负荷可以转移；故障将会引起局部或全部断电。5.1概述评估原理2.可靠度预测分析法以裕度为基础。引入联络率α和有效运行率η概念。α表示馈电各区段联络程度的指标，描述了故障时线路的倒送能力；α＝1表示该馈电线可以切换。η表示负荷有效切换的指标，是馈线发生故障时所有各区段是否都可切换的判据；η＝100％为临界值，η100％表示有裕度。5.1概述配电系统可靠性指标：1.用户平均停电频率指标：CAIFI，customeraverageinterruptionfrequencyindex2.用户平均停电持续时间指标：CAIDI，customeraverageinterruptiondurationindex3.系统平均停电频率指标：SAIFI，systemaverageinterruptionfrequencyindex4.系统平均停电持续时间指标：SAIDI，systemaverageinterruptiondurationindex5.平均供电可用率指标：ASAI，averageserviceavailabilityindex6.平均供电不可用率指标：ASUI，averageserviceunavailabilityindex7.期望缺供电能量：EENS，expectedenergynotserved5.1概述电力市场条件下对配电系统可靠性的新要求发展电力市场时，配电系统必须有规划和设计；提高需求预测的准确性；配电系统可靠性评估要考虑交易形式不同（合同交易和现货交易）带来的不确定因素；可靠性技术逐渐发展为实时系统；要求提出评估停电损失的理论模型和开发应用软件，用以分析可靠性投资和可靠性效益，确定合理的电价水平。5.2配电系统可靠性指标计算设某配电系统从六段母线引出六条主馈电线，共有55000个用户。每条馈线供电的用户数以及某年的用户停电数据如表5.1和5.2所示。母线馈电线供电用户数A5000B15000C10000D10000E7000F8000总计55000停电情况用户停电次数持续时间/h1A5000D1000*1.00.22C50002.03B40000.54D2000*1.75用户停电总数17000受停电影响用户数16000*表5.1配电系统数据表5.2用户停电数据*在停电情况1和4中，有些用户是通过母线D引出的馈线供电的。因此在停电情况4中加上1000个受停电影响的新用户，总停电次数为17000次，实际影响用户为16000个。5.2配电系统可靠性指标计算1.系统平均停电频率指标SAIFI：指每个由系统供电的用户在每个单位时间内的平均停电次数。SAIFI＝17000/55000＝0.31次/用户.a2.用户平均停电频率指标CAIFI：指每个受停电影响的用户在单位时间内经受的平均停电次数。CAIFI＝17000/16000＝1.06次/停电用户.a3.系统平均停电持续时间指标SAIDI：每个由系统供电的用户一年内经受的平均停电持续时间。Ttl＝5000×60＋1000×12＋5000×120＋4000×30＋2000×105＝1242000minSAIDI＝1242000/16000＝22.58min/用户.a5.2配电系统可靠性指标计算4.用户平均停电持续时间指标CAIDI：一年中被停电的用户平均停电持续时间。CAIFI＝1242000/16000＝77.63min/停电用户.a5.平均供电可用率指标ASAI：一年中用户经受不停电小时总数与用户要求的总供电小时数之比。ASAI＝1－1242000/(55000×8760×60)＝0.9999576.平均供电不可用率指标ASUI：一年中用户的累积停电小时总数与用户要求的总供电小时数之比。ASUI＝1242000/(55000×8760×60)＝0.000043即ASUI＝1－ASAI5.3放射状配电系统可靠性估计分析方法建立故障模式及后果分析表，即查清每个基本故障事件及其后果，然后加以综合。进行故障分析的3个指标：负荷点故障率：λ（次/a）；负荷点每次故障平均停电持续时间：r（h/次）；负荷点的年平均停电时间：U（h/a）对于n个串联可修复元件(5.4)(5.3)(5.2)1111niiiniiniiiniirUrr对于两个并联可修复元件(5.7)(5.6)/(5.5)21212121rUrrrrrrr5.3放射状配电系统可靠性估计典型放射状配电系统（（F1F2F3DS1DS2CB2km2km3km3km1km1kmABC图5.1放射状配电系统注：CB－配电干线断路器；F－熔断器DS－隔离开关；A，B，C－负荷点名称故障率λ(次/km.a)平均故障修复时间r/h供电干线0.13.0分支线0.251.0DS1，DS2操作时间/h0.5负荷点供电用户数A250B100C50表5.4元件的可靠性指标5.3放射状配电系统可靠性估计（（F1F2F3DS1DS2CB2km2km3km3km1km1kmABC元件负荷点A负荷点B负荷点Cλ/(次/a)r/hU(h/a)λ/(次/a)r/hU(h/a)λ/(次/a)r/hU(h/a)供电干线2km段0.23.00.60.23.00.60.23.00.63km段0.30.50.150.33.00.90.33.00.91km段0.10.50.050.10.50.050.13.00.3分支线3km段0.751.00.752km段0.51.00.51km段0.251.00.25总计1.351.151.551.11.862.050.852.412.05表5.5故障模式及后果分析名称故障率λ(次/km.a)平均故障修复时间r/h供电干线0.13.0分支线0.251.0DS1，DS2操作时间/h0.5负荷点供电的用户数A250B100C505.3放射状配电系统可靠性估计典型放射状配电系统根据表5.4和表5.5数据，可以计算出其他可靠性指标：年用户停电次数：ACI＝250×1.35＋100×1.1＋50×0.85＝490次/a用户停电持续时间：CID＝250×1.55＋100×2.05＋50×2.05＝695h/aSAIFI＝490/400＝1.225次/用户.aSAIDI＝695/400＝1.7375h/用户.aCAIDI＝695/490＝1.4184h/停电用户.aASUI＝695/(400×8760)＝0.000198ASAI＝1－ASUI＝0.9998025.4配电系统典型结构可靠性分析配电系统典型结构图5.5并联结构图(结构D)ABCDES1S2开关闭合开关断开CADBE图5.2单回路放射结构图(结构A)所有元件串联ECADB图5.3有备用电源的放射结构图(结构B)AS备用电源通过正常断开的隔离开关或断路器与主馈线连接BACDE图5.4环式结构图(结构C)F(开环点)两回电源同时工作，可以开环或闭环运行5.4配电系统典型结构可靠性分析配电系统典型结构可靠性分析计算参数：非操作设备主要考虑持续性强迫停运，用元件的故障率λ和修复时间r表示。线路长度均为3km，λ＝0.1次/km.a，r＝3h/次；负荷大小均为1000kW，每个负荷点用户数均为1个负荷；暂不考虑预安排停电。操作设备隔离开关操作时间：t＝0.5h；短路故障：λ＝0.01次/a，r＝5h/次；误分闸事故率：λFT＝0.01次/a；拒分闸概率：PS＝0.001；拒合闸概率：PC＝0.001；保护越级误分闸概率：P0＝0.01；手动切换开关操作时间：t1＝0.5h；自动切换开关操作时间：t2＝0.05h。在以上假设情况下，计算各种结构的可靠性指标见表5.6和表5.7。5.4配电系统典型结构可靠性分析表5.6各种结构用户可靠性指标各种结构节点A节点B节点C节点D节点Eλ次/aUh/aλ次/aUh/aλ次/aUh/aλ次/aUh/aλ次/aUh/a结构A：单回路放射式1.812.451.813.21.813.951.814.71.812.45结构B：手动切换0.5h1.811.851.812.001.812.151.812.301.812.45结构C：正常开环，手动切换0.5h0.3460.3970.6680.5120.3580.4030.6580.5530.9480.651结构C：正常开环，自动投入0.05h0.3460.2620.6680.2270.3580.2620.6590.2770.9480.241结构C：正常闭环0.0360.1970.0360.1950.0360.1970.0360.1970.0360.195结构D：双电源结构0.0460.2230.0450.2250.0460.2250.0460.1960.0360.196表5.7各种结构系统可靠性指标各种结构SAIFI次/用户.aSAIDIh/用户.aASAI%ENSkW.h/aAENSkW.h/用户.a结构A：单回路放射式1.813.9599.954917950.03950.00结构B：手动切换0.5h1.812.1599.975510750.02150.00结构B：自动投入0.05h1.810.89799.98985350.03891.67结构C：正常开环，手动切换0.5h0.5960.50399.99422516.02503.204结构C：正常开环，自动投入0.05h0.5860.25499.99711269.85253.97结构C：正常闭环0.0360.19699.9977981.64196.33结构D：双电源结构0.0420.21399.99751065.86213.1725.4配电系统典型结构可靠性分析配电系统典型结构可靠性分析结论：1)单电源供电的放射式配电系统，在元件可用率确定的条件下，系统串联的元件越多，失效的概率就越大，系统可用率就越低。2)有备用电源的放射状系统，不论备用电源的投入方式如何，其负荷点的故障率均与单回路放射式结构相同。但负荷点的每次故障平均停电持续时间及平均停电时间将会缩短，其缩短时间取决于备用电源倒闸操作的时间。自动投入方式会大大缩短用户停电时间。3)配电系统接入备用电源后，对改善干线某端用户的供电质量效果明显。其效果与备用电源的载荷能力有关。4)配电系统因限制短路电流和简化继电保护的需要，常为开环运行方式，负荷在某一时刻只能从一个电源获取电源。当开环的两个系统之一方式故障时，切除故障部分，并以此作为新的断开点恢复系统的运行。5)环网供电系统负荷的可用率，随着其与电源点的远近变化，位于两电源中心的负荷可用率最低。环网结构与双电源结构的可靠性相近，而投资较少，是一种较好的结构。5.5考虑容量约束的配电系统可靠性评估5.5.1原理和模型配电系统