张霖 刘建芳 姜风水
（国网山东省电力公司东营供电公司 山东东营 257091）
摘要：电能是人们日常生活所离不开的能源,对供电是否可靠这一问题也成为了人们关注的话题。在此种形势下,电能的配网自动化技术需要不断进行改进,使人们对供电可靠性达到满意程度。现有的配电网可靠性评估方法无法准确评估配网自动化技术对供电可靠性的影响。本文分析自动故障定位、变电站自动化、馈线自动化等技术对故障处理过程、可靠性指标的影响；在此基础上提出一种适用于配电网可靠性评估的分析计算方法，并采用该方法对IEEERBTSBus6系统进行可靠性评估，仿真结果验证了考虑配网自动化技术影响的可靠性评估方法的合理性。
关键词：配网；自动化技术；供电；可靠性；影响
配网自动化技术对配电网供电可靠性的提高主要体现在故障处理的各个环节中，缩短了相应的故障处理流程花费的时间，或者实现了某些故障处理过程的自动化。如自动故障定位技术缩短了故障定位的时间，开关设备的远程操作缩短了故障隔离、网络重构及复原的时间，馈线自动化技术实现了故障隔离、恢复供电过程的自动化等。配网自动化技术的运用不仅会影响长时停电事件，还可能使得故障处理过程中出现短时停电事件。
目前应用于配电系统可靠性评估的方法主要有MonteCarlo模拟法和解析法。解析法有故障模式影响分析法、网络等值法、最小路法和状态空间法等。现有评估方法将预想事故作为整体来看待，没有细分故障处理的流程，无法准确评估配网自动化技术对故障处理过程以及可靠性指标的影响。本文给出常见的配电网故障处理流程，重点分析自动故障定位、变电站自动化、馈线自动化等技术对故障处理各个环节的影响，以及不同配网自动化技术对相应可靠性指标的影响；在此基础上将详细的配电网故障处理过程纳入可靠性评估流程，给出考虑配网自动化技术的配电网可靠性评估方法；采用本文方法对IEEERBTSBus6系统进行可靠性评估，仿真结果将验证考虑配网自动化技术影响的可靠性评估方法的合理性。
一、配电网的可靠性指标概述
配电网的可靠性指标分为负荷点指标和系统指标。负荷点的可靠性指标包括负荷点平均故障率λ、负荷点平均停电时间U及负荷点每次故障平均停电持续时间r(r=U/λ)；系统的可靠性指标包括长时停电频率(SAIFI)、长时停电持续时间(SAIDI)、短时停电频率(MAIFI)、平均供电可用度(ASAI)、系统总电量不足(ENS)及系统平均电量不足(AENS)指标等。
现代社会广泛采用的数字化高科技设备对供电质量的要求相当严格，即使是短时停电也可能带来严重的经济损失。广泛运用配网自动化技术后，短时停电在用户停电事件中所占比重越来越高，成为影响供电可靠性的重要因素。无法计算短时停电指标是现有配电网可靠性评估方法的重要缺陷。
本文采用IEEE标准[1]中的定义，将持续时间大于等于5min的供电中断定义为长时停电，将持续时间小于5min的供电中断定义为短时停电。短时停电有明确的持续时间界定，因此，在可靠性评估时只关心短时停电的次数。
二、配网自动化技术对配电网供电可靠性的影响
运用配网自动化技术提高供电可靠性主要体现在配电网的故障处理过程中，常见的配电网故障处理流程为：①故障通告；②近似故障定位；③决策部署；④派遣维修组；⑤故障区域识别；⑥故障隔离/无故障区域恢复供电；⑦精确故障定位；⑧修复/替换故障元件；⑨网络复原/恢复供电。每项配网自动化技术都针对具体的故障处理过程，配网自动化技术的运用缩短了对应的故障处理流程的时间，或者实现了某些流程的自动化进行，进而提高了配电网的供电可靠性。如自动故障定位技术、变电站自动化、馈线自动化等，均可不同程度地改善了配电网的长时停电频率、长时停电持续时间、短时停电频率等。
2.1自动化故障定位
自动化故障定位系统由故障距离评估器、故障信息指示器和通信设备组成。在地区变电站中(110/20kV)装设距离评估器，选择适当的配电线路装设故障信息指示器。
当配电网中发生故障以后，故障距离评估器会计算出故障点到变电站的距离。若故障距离范围以内是单条馈线，则根据故障距离就可以确定故障点，实现故障定位；若故障距离范围内存在多条馈线，在得到故障距离后，借助于故障信息指示器提供的故障信息，就可以确定具体的故障线路及故障点。
故障距离评估器和故障信息指示器的使用，大大缩短了故障定位的时间，改善了SAIDI指标。和人工故障定位相比，自动化故障定位不需要反复进行试拉闸操作，使得SAIFI指标也有所改善。
2.2变电站自动化
变电站自动化技术包括地区变电站自动化和配电变电站自动化技术。
在地区变电站的重要部位装设智能设备，用于即时监测、采集和分析处理变电站内部各种元件和设备的运行参量，对各种元件和设备进行控制和协调。地区变电站自动化主要用于自动检测、隔离发生在地区变电站内部的故障，并实现快速恢复供电。地区变电站自动化使得地区变电站内部故障引起的长时停电变成了短时停电，因此系统的长时停电次数SAIFI有所减少，短时停电次数MAIFI有所增加。
为了对配电网进行更大范围的监测、控制，就得实现配电变电站的自动化升级。配电变电站连接馈线和用电负荷，考虑到经济因素和必要性，并不是所有的配电变电站都实现自动化。在实际操作中，只选择常开接点、馈线的中点、连接重要负荷等地位特殊的变电站进行自动化升级。实现配电变电站自动化以后，配合自动故障定位技术，可以进行远程故障隔离、远程网络重构及快速恢复供电。因此，配电变电站自动化主要改善系统的SAIDI指标。
2.3馈线自动化
地区变电站和配电变电站自动化实现了故障定位、故障隔离及恢复供电的远程操作，但该操作需要调度中心人工执行，某些工作还需配合现场的维修人员共同完成。而实现馈线自动化的配电网系统可以做到馈线级别的自动化故障定位、故障隔离以及恢复供电。
馈线自动化技术综合考虑自动开关类型、网架结构、中性点接地方式、负荷类型及继电保护原理等。中低压配电线路普遍采用谐振接地方式，该种接地方式可大体上补偿单相接地故障电流的电容分量，补偿后的故障电流被限制到可使空气中的故障电弧自行熄灭。在这种情况下，装设在配电变电站中的负荷开关可以切断单相接地短路电流。馈线自动化系统根据开关的状态、故障检测信息、网络拓扑分析，判断故障区段，下发遥控命令，隔离故障，重合变电站出线开关和闭合联络开关，恢复非故障线路的供电。
实现馈线自动化以后，系统自动进行故障隔离、恢复供电操作时不需要调度中心的人工干预，使得自动隔离故障以及恢复供电的时间远远小于规定的短时停电时间。因此，SAIFI和SAIDI指标有较大改善，相应的，MAIFI明显增多。
三、配网自动化技术的配电网可靠性评估流程
为定量评估配网自动化技术对配电网供电可靠性的影响，需在现有评估方法的基础上添加故障处理过程分析，将预想事故拆分为故障处理的各个环节，详细分析各类配网自动化技术对每个故障处理环节的影响。
四、算例分析
4.1算例系统及参数
本文以IEEERBTSBus6系统为基础，系统结构如图1所示，包括1条10kV母线和4条馈线出线(F1、F2、F3、F4)。馈线F1与F2线路末端设有常开联络开关，可以通过倒闸进行负荷转带。系统中主要元件的可靠性参数如表1所示。
表2给出了有无配网自动化技术条件下的故障处理过程及各步骤所需时间。
4.2仿真及结果分析
采用本文提出的智能配电网可靠性评估方法，分别在考虑配网自动化技术、不考虑配网自动化技术的条件下，在Matlab仿真平台上对IEEERBTSBus6系统进行可靠性评估，仿真结果如表3、4所示。
表3是系统的可靠性指标，从表中可以看出配网自动化技术的运用对可靠性指标有很大影响：
配网自动化技术的运用使得配电网的SAIFI指标和SAIDI指标都得到了大幅度的改善，分别减少了54.443%和32.88%；
2）本文方法在考虑配网自动化技术的影响后，计算出了系统的MAIFI指标。
仿真结果验证了前文的相关分析，配网自动化技术参与到故障处理的各个环节中，使得故障影响时间大大缩短。另外，智能配电网的某些故障处理过程实现了自动化，使得部分长时停电变成了短时停电。
表4给出了馈线出线F1—F4的可靠性指标，从中可看出：每条馈线的可靠性指标均有所改善，但改善程度不同，F1、F2长时停电指标的改善幅度远远大于F3、F4；F1、F2的MAIFI指标远远大于F3、F4。
究其原因，F1和F2通过常开开关联络，互为备用电源，故障发生后，故障后向区域可以快速恢复供电；而F3和F4没有备用电源，故障发生后故障区域和后向区域会大面积停电。
以上仿真结果表明，由于本文算法细分了故障处理流程，量化了配网自动化技术对可靠性的贡献，因此得到了更加合理的可靠性指标计算结果，配电网的SAIFI指标和SAIDI指标都得到了大幅度的改善；本文算法还可以计算MAIFI指标。另外，通过对比各馈线出线的可靠性可发现，只有合理的网架布局配合配网自动化技术，才能更大程度地提高可靠性。
结语
本文探究了自动故障定位技术、变电站自动化、馈线自动化等配网自动化技术对配电网供电可靠性的影响，提出了考虑配网自动化技术的可靠性评估方法，得出如下结论：
①现有的配电网可靠性评估方法把预想事故作为整体看待，无法准确评估配网自动化技术对供电可靠性的影响，也无法计算配电网的短时停电指标。②配网自动化技术对配电网供电可靠性的提高主要体现在故障处理的各个环节中，缩短了相应的故障处理流程花费的时间，或者实现了某些故障处理过程的自动化；在缩短故障影响时间的同时，出现了短时停电事件。③将详细的配电网故障处理过程纳入可靠性评估流程，给出了考虑配网自动化技术的配电网可靠性评估方法。采用本文方法在Matlab平台上对IEEERBTSBus6系统进行可靠性评估，仿真结果表明：配网自动化技术可以大大提高配电网的供电可靠性，采用本文算法计算得到的可靠性指标更加合理、准确。
参考文献
[1] IEEE Power & Energy．IEEE Std 1366—2012：IEEE guide forelectric power distribution reliability indices[S]．New York，USA：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，2012．
[21]盛成玉，孙振权．智能配电网技术方案的应用设计[J]．物联网技术，2012(10)．
[3]董旭柱，黄邵远．智能配电网自愈控制技术[J]．电力系统自动化，2012(18)．
作者简介
张霖（1969.12），男，单位：国网山东省电力公司东营供电公司，技师。
刘建芳（1970.03），女，单位：国网山东省电力公司东营供电公司，技师。
姜风水（1973.9.11），男，学历：大连理工大学电力系统及自动化，单位：国网山东省电力公司东营供电公司，研究方向：电网调度。
论文作者:张霖,刘建芳,姜风水
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/18
标签：故障论文; 可靠性论文; 变电站论文; 技术论文; 指标论文; 配电网论文; 故障处理论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;