g市配电网可靠性规划毕业设计(编辑修改稿)

g市配电网可靠性规划毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

计和处理、系统可靠性的定量评定、可靠性和经济性的协调等多方面 内容，是一门边缘学科，具有实用性、科学性和时间性三大特点。 可靠性在电力系统中的应用 电力系统可靠性问题的研究，目的是对整个电力系统进行可靠性评估。 但现代电力系统是由发电系统、输电系统、配电系统等组成的庞大复杂的大系统，目前只能是把发电系统、输电系统、配电系统人为地分割开来进行可靠性研究，所以有发电系统可靠性、输电系统可靠性、配电系统可靠性这样的称呼。 电力系统可靠性问题的研究有两个方面的目的：一是为电力系统的发展规划进行长期可靠性估计；二是为制定每天或每周运行计划而进行可靠性预测。 这两类问题研 究所需的数学模型和计算方法是不同，对短期可靠性的预测还处于探索阶段同的，目前关于长期可靠性问题的研究已达到实用阶段，因为短期可靠性的研究需要考虑电力系统稳定性等问题，而这些问题都还不是很成熟。 6 目前研究电力系统可靠性的方法有两种：一种是解析法，另一种是模拟法。 这是两种完全不同的方法，解析法是将元件或寿命的过程模型化，然后通过数学方法进行可靠性分析，计算出可靠性指标；模拟法也称为蒙特卡洛法或仿真法，它是采用计算机仿真的方法，模拟元件或系统的寿命过程，并经过规定的时间后进行统计，得出可靠性指标。 配电系统的特点 （ 1） 由于电力系统具有发供用的同时性，且配电系统处于电力系统的末端直接与用户设备相连接。 配电系统可靠性指标实际上是整个电力系统可靠性的综合反映。 因此，研究配电系统可靠性不仅要考虑配电系统机器设备自身的结构特性状况，而且必须要考虑发输变电等上级系统及设备以及用户设备的结构特性状况可能带来的影响。 （ 2） 配电系统是电力系统向用户供应电能和分配电能的最终环节，因此必须以改善和提高配电系统对用户供电的能力和质量为目的。 （ 3） 配电设备是构成配电系统的基础，配电系统的可靠性取决于配电设备的特性及其组合 的方式。 配电系统的结构形式和运行方式是多种多样的，有放射式结构、双回路结构和多回路结构、双电源结构、环形及网状结构等，因此不同结构方式下相同设备故障的影响有所不同，必须对配电设备的特性数据进行连续的统计。 （ 4） 配电系统多采用冗余配置，即通过手动切换和自动切换可以对用户提供不同的供电方式，不至于长时间停电。 配电系统的一个特点是以环形网络设计，以辐射状或以弱环网运行，这个特点在众多的配电系统软件中用到，在配电系统可靠性评估中也要用到这个特点。 （ 5） 配电系统的主干线上常装设有隔离刀闸，分支线的入口处常有熔断器。 系统故障后，这些元件虽然无法直接隔离故障，但是在上层断路器跳开后，可以通过转换隔离开关和熔断器对故障分支线的熔断而达到尽快地恢复故障以外地区供电的目的。 7 配电可靠性概述 配电系统包括配电变电站、高低压配电线路、馈线等网络和设备。 作为直接与用户相连的部分，配电系统可靠性直接影响着用户正常供电，其在安全、可靠以及经济供电方面发挥着重要作用。 随着经济结构调整、高新产业比重越来越大，用户对供电可靠性的要求越来越高。 我国配电系统的电压等级，根据《城市电力网规划设计导则》规定，380V、 220V 为低压配 电系统， 10kV， 6kV， 3kV 为中压配电系统， 35kV、63kV、 110kV 为高压配电系统， 220kV 及以上电压为输电系统。 随着主网架电压等级的升高，存在着部分 220kV 线路演化为高压配电主干的趋势。 配电系统可靠性是指供电点到变电站、高低压线路以及接户线在内的整个配电系统及级别按可接受标准及期望数量满足用户电力及电能需求能力的度量。 其实质就是研究直接向用户供给电能和分配电能的配电系统本身及其对用户供电能力的可靠性。 配电系统直接与用户相连接，具有特殊的运行方式。 一旦配电系统或设备发生故障或进行检修，试验等 ，往往会同时造成对用户供电的中断，直到故障排除或修复，系统和设备恢复到原来的完好状态再继续供电。 因此，在研究配电系统可靠性时，不仅要考虑设备的可靠性，还必须考虑系统排除故障的方式和恢复供电的能力。 配电网可靠性研究包括：配电系统可靠性指标、配电系统可靠性指标的统计和配电系统可靠性预测三个方面。 配电网可靠性评估理论 配电系统的可靠性评估，就是利用配电系统拓扑信息和配电系统可靠性参数，如元件故障率、平均修复时间、计划检修等，采用解析法或模拟法评估配电系统各项可靠性指标。 对配电系统所用线路设备的供电可靠 性做出评价，衡量电力系统的运行状况，判定配电网供电可靠性的优劣，可靠性评估不仅研究配网内的电力设备的可靠度，系统以何种运行方式供电可靠性最佳，并确定提高供电可靠性的技术措施和管理方法。 配电系统可靠性评估包括对配电系统中的元件和系统的可靠性计算。 配电系统由许多特有的元件组成，如架空线路、断路器、重合闸、变压器等，可靠性评估就是在了解这些 8 元件的可靠性参数的基础上对系统可靠性水平进行定量评估。 通过可靠性计算的分析，找到系统中可靠性薄弱环节，从而提出行之有效的改进措施 [9]。 供电可靠性评估指标 配电系 统可靠性评估指标是衡量系统可靠性的标准和依据。 配电系统的供电可靠性研究的是配电系统对用户连续供电能力的程度。 根据《供电系统用户供电可靠性评价规程》（ DH/T 83620xx）规定，供电系统用户供电可靠性统计评价指标，按不同电压等级分别计算，并分为主要指标和参考指标两大类。 其中， 可靠性主要指标主要包括供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数、系统停电等效小时数等，可靠性参考指标主要包括平均停电用户数、用户平均停电缺供电量、停电用户平均停电时间等。 （ 1） 系统平均停电频率指标 SAIFI 是指系统供电的每个 用户在单位时间内的平均停电次数（单位：次 /用户 年）。 用户总数用户停电总户次数SA IF I （ 2） 系统平均停电持续时间 SAIDI 是指由系统供电的每一个用户在一年中的平均持续停电时间（单位：小时 /用户 年） 用户总数用户停电的总时户数SA ID I (3)用户平均停电频率指标 CAIFI 是指每个被停电用户在一年中的平均停电次数（单位：次 /停电用户 年） 停电用户总数用户停电总户次数CA IF I (4)用户平均停电持续时间 CAIDI，表示至少经历一次停电的用户的停电平均持续时间。 用户停电总户次数用户停电的总时户数CA ID I (5)平均供电可用率指标 ASAI，为供电可用的总用户小时数除以在指标的计算期限内的总用户小时数。 9 100/87601  ）年（要求供电总时户数实际供电总时户数 hSA ID IA SA I (6)平均供电不可用率指标 ASUI A SA IA SU I  1用户要求供电总时户数 用户停电总时户数 上述系统可靠性 指标是国际生所采用的可靠性指标，在我国《供电系统用户供电可靠性评价规程》中已被包含在内。 为了反映系统停运的重要性以及严重程度，重点分析供电可靠率（ RS）、用户平均停电缺供电量（ AENS）两个关键指标对配网可靠性的影响。 供电可靠率：在统计期间内，对用户有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，记作 RS。 %100)1(  统计期间时间用户平均停电时间RS 用户平均停电缺供电量：在给定时间内，平均每一户用户因停电缺供的电量，记作 AENS。 总用户数 缺供电量一年内系统停电引起的A E NS 在收集配电网基础数据之前首先要统计配电网供电设施，即配电网变电站设备、线路设备和用户设备。 变电站设备主要包括从变电站母线侧出现道闸算起，到各连接点位置的所有中间设备，如断路器，隔离开关等。 线路设备则是指由变电站出线杆塔或出现电缆头搭头至用户用电配电变压器二次侧出现套管或用户高压设备引连线搭头为止所连接的中间设备。 配电网基础数据的手机可以是线路数据、用户供电情况、负荷数据、设备数据、停电数据以及计算数据。 也可以是按高、中、低压对配电网基本情况进行分类，统计供 电系统的停电状况，则按停电原因和停电设备分类。 通过收集这些数据，可以得到配电网的具体运行状况。 配电网供电可靠性评估方法 目前，有关配电系统可靠性预测评估的方法很多，有故障模式后果分析 10 法、可靠度预测分析法、状态空间图评估法、近似法及网络简化法等。 其中使用较为广泛，并且已经时间证明比较切合实际，能够反映配电系统结构和运行特性的，是以元件组合关系为基础的故障模式后果分析法。 此外，日本以裕度概念为基础的系统可靠度预测分析法也是一种行之有效的方法。 对于这些方法的选用，主要取决于所研究的系统的形式以及所要 求的分析深度。 故障模式后果分析法 （ FMEA） 首先列出系统全部可能的状态，以段作为负荷转移的最小单位，以每一个线路元件为对象，分析每一个基本故障事件及其后果 ,然后利用元件可靠性数据 ,如故障率、故障排除时间等 ,选择某些合适的故障判据对系统的所有状态进行分析 ,建立故障模式后果表 ,查清每个基本故障事件及其后果 ,然后加以综合 ,求出系统的可靠性指标 [10]。 供电可靠性评估软件 ETAP 简介 本 文 中对随机停电事件的可靠性预测评估采用美国 OTI 公司（ Operation Technology Inc.）开发的 商用软件 ——电力及电气系统综合分析计算仿真软件 ETAP。 ETAP 的可靠性分析程序采用解析法模型进行可靠性评估，算法中采用目前通用的故障模式与后果分析法（ FMEA），可计算负荷点和整个交流系统的可靠性指标。 一般用于衡量配电系统可靠性的基本稳定指标有三个：负荷点故障率 λ、负荷点年平均停电持续时间 U、负荷点每次故障平均停电持续时间 r。 ETAP用这三个基本指标和系统中每个负荷点所接用户的数量、平均负荷以及用户中断成本可计算扩展出以下两套指标。 一套是系统可靠性指标：系统平均中断频率（ SAIFI）、系统平均中断时间（ SAIDI）、用户平均中断时间（ CAIDI） 、系统平均供电可用率（ ASAI） 、系统平均供电不可用率（ ASUI）；这些指标可用于估计配电系统的整体性能。 另一套是可靠性成本指标有：电量不足期望值（ EENS）、停电损失期望值（ ECOST）、停电损失评价率（ IEAR）； EENS、 ECOST 和 IEAR 指标可以是每个负荷点的指标也可以是整个系统的指标。 将 ETAP 应用于规划网架可靠性评估的主要步骤为： （ 1） 根据配电网辐射状供电的特点，按分段和联络情况的不同，将基 11 本网络结构抽象为几种典型接线方式，并计算它们之间的 比例关系； （ 2） 分别确定各类设备的停电率、单次停电的平均时间； （ 3） 计算各种典型接线模式的供电可靠性指标； （ 4） 根据典型接线间的比例将上述供电可靠性指标加权平均形成总体指标。 软件 ETAP 可靠性分析中采用的基本假设和计算条件： （ 1） 只考虑交流系统； （ 2） 所有开关设备在必要时都正常运行； （ 3） 在隔离故障时，开关设备能够打开，使用相应的开关操作以转供负荷，电源容量满足负荷的供电要求； （ 4） 所有故障在统计上是独立的，不考虑共同模式故障。 提高供电可靠性的方法分析 元件的可靠性模型 根据配电系统中各元件的功能，将其划分为静态元件。 静态元件是指配电系统中将电能从一个节点传输到另一个节点的元件，或起调节和控制电压作用的元件。 如变压器、输电线路、母线、系统补偿器等都属于这类元件。 对于配网中的配电变压器、架空线路、电缆、隔离开关、熔断器等静态元件，采用三状态模型进行分析，如图 21 所示。 其中， M 为计划检修率； F 为故障率； M 为计划检修修复率； F 为故障修复率。 图 21 可靠性元件三状态空间图 正常运行状态 故障停运状态 计划检修停运状态 M F M F 12 图 21 中，故障率是由正常工作状态向故障状态的转移率；计划检修率是由正常工作状态向计划检修状态的转移率；故障修复率是元件由故障状态向正常运行状态转移的概率，它与故障修复时间互为倒数关系；计划检修修复率是元件由计划检修状态向正常运行状态转移的概率，它与计划检修的时间互为倒数关系。 在三状态模型中，如果将计划检修停运状态和故障停运状态合并成故障状态，即可简化得到元件的 二状态等效模型，见图 22。 图 22 二状态等效模型 图 22 中，  为故障率，  为修复率，简化的故障率与修复率的关系式为： MFFMFMFM 二状态模型是元件可靠性模型中最简单的模型，元件仅有故障和正常两种状态，适用于仅对系统作简单可靠性分析和着重研究可靠性评估算 法的情况。 提高配电网可靠性的措施 配电系统可靠性指的是供电点到用户在内的整个配电系统及设备按可接受标准及期望数量满足用户电力及电能量需求能力的量度。 因此，影响配网系统供电可靠性的因素可包括： （ 1） 气候因素的影响。 配电网都是处在不同的气候条件下运行的，其元件的故障率受外界气候条件的影响比较大。 随着所处气候条件的变化，配电网元件的故障率在大多数情况下也会发生变化。