配电线路的分段数量优化计算的简单说明

配电线路的分段数量优化计算的简单说明配电网自动化中的馈线自动化的动作的综合行为包含了变电站的备用电源自动切换装置的动作行为、配电线路的自动重合闸装置的动作行为、馈线的自动化的动作行为(架空线路和电缆线)、供电电源线路的自动恢复供电的功能、继电保护的动作行为等基础技术的相互配合协同工作。它们相互动作的行为对供电可靠性的影响、对进一步提高供电可靠性的配电自动化中的馈线自动化动作的作用效果做以下说明。

1、自动装置的动作行为在配电网络中的作用1．1配电线路安装的自动重合闸装置动作的成功率一般达到40—50％的水平(按照全国的继电保护统计)，那么重合闸不成功的部分将希望由馈线自动化来承担。1．2变电站备用电源自动切换的动作成功率一般达到97—98％的水平，它可以使变电站的停电的母线再一次得到电源，它已经大大减少了外来电源对配电线路失去电源的影响和供电变压器的停电影响。1．3电源侧的线路的自动恢复供电的功能(包括上级线路的自动重合闸和电源的自动切换)，它们也在减少由外部的影响停电方面起了很大的作用。1．4馈线自动化的动作行为是对上述三点的装置供电连续性的补充，而最主要的是对配电线路本身永久性故障时的补允，它不能全部代替上面装置全部的动作行为。那么作为配电线路的馈线自动化的动作行为，它是主要来补充对架空配电线路的自动重合闸在永久性故障的时候起到弥补的作用。也就是说，它是对配电线路自动重合闸不成功率50—60％的一种补充，同时它在有些线路没有自动合闸的情况下，也可以通过故障区段的隔离来达到使非故障区段继续供电，它和电网的自动装置共同对电网的供电可靠性起提高的作用。2、配电线路供电可靠性的基本情况按照电力可靠性管理中心提供的电力可靠性管理简报82期的统计来看：平均供电可靠率(RS3)99．81％；扣除系统的电源不足的平均供电可靠率(RS3)99．824％用户的平均停电时间16．623小时／年·户；用户的平均停电次数4．001次／户·年；用户的平均故障停电次数1．313次／年·户；用户的平均预安排停电次数2．688次／年·户；用户平均故障停电的时间4．126小时／年·户；用户平均预安排停电时间12．497小时／年·户；故障停电平均的持续时间3．736小时／次；预安排停电平均持续时间4．851小时／次。通过上面的数据可以得到下面的一组分析数据：每户故障的持续停电时间和预安排停电的持续时间比例77．5％：100％每产的平均故障停电时间和预安排(计划安排)停电时间比例33．02％：100％,每户的平均故障停电持续的时间和总的停电持续的时间比例13．5％：100％每户的平均故障的停电时间和总的停电时间(故障的停电时间和预安排的停电的时间和)的比例24.82％：100％。所以，配电自动化中的馈线自动化的目的和作用就是要对上面统计中分析得到的43．5％：100％(停电持续的时间比例)和24．82％：100％(停电时间的比例)来进行缩短的工作。对于一个地区或者一个供电的单位，它有一定的特点，这个特点就是看它的架空线路和电缆线的比例的大小，同时还要看它的配电线路的故障率的大小，同时还要分析故障率中的故障的性质和各种故障类型的原因。从故障率的情况看，(82)期的资料中架空线路的故障率是平均为11.643次／年·百公里；电缆线的故障率是平均为7．036次／年·百公里。对每个单位的情况都不一样(上述数据是全国275个单位的平均数)。通过上面的数据分析表明，配电线路自动化的目的效果是要看配电线路的自动化的分段怎样的数量为合理，因为分段的数量多，停电的户的数量少，分段的数量少，停电的户的数量多，可靠性的水平将下降。3、配电线路的分段数量的考虑分段怎样确定，这必然有不同的观点和技术思路。但是应当看出，分段的数量以多少段为合理，这是需要进行讨论和分析，具体说明如下：3．1放射形网络当线路故障时，它产生的停电时户数为时间和户数量的积，如果发生两次故障，(我们以时户单位这代表，时户是停电的小时和停电的户数的积以符号“SH”代表)，如果配电线路发生两次故障，并且假定两次故障的恢复时间相同。所以故障的时户数为：SHl=T1xHn+T2xHn=2T1H(设T1=T2)上面的公式中：T1、T2代表停电的时间：利用分段开关将线路分成两段时，假定的情况同上，并且再认为两次故障平均分配在两个线段上，在这样的情况下，总的停电的时户的数量是按下面计算：SH2=T1xHn+T2x(Hn-0．5Hn)=T1X(Hn+0．5Hn)＝1．5T1Hn需要说明的是，在T1的故障时候，因为故障的点在前面，所以采用Hn代表。当利用两个分段开关将线路构成三分段时的停电的时户数量：SH3=T1xHn+T2x(Hn-0．67Hn)+T3x(Hn-0．33Hn)=T1x(Hn+0．33Hn+0．67Hn)=2T1Hn通过对上面的简单计算，可以比较明显的看出如下的结果：(1)两个分段的时候：SH2／SHl=1．5T1Hn／2T1Hn=0．75=75％由上面的计算得到当线路分为两个分段后故障停电的总时户数量减少了25％；(2)三个分段的时候：SH3／SHl=2T1Hn／3T1Hn=0．67＝67％由上面的分析得三分段后，在同样的三次故障情况下，停电的总时户数减少了33％；同样在增加分段的情况下的效果如下：四分段时：停电的时户数减少了37．5％；五分段时：停电的时户数减少了40％；十分段时：停电的时户数减少了45％；二十分段时：停电的时户数减少了47．5％。将上面的分析绘制成为下面的示意图：通过图3的变化曲线，非常明显的看出，在三个分段的时候减少的停电的时户的数量的效果达到33．0％，而从四分段开始到10个分段的时候，所起到效果只有12．0％。所以，对于放射形的配电线路网络自动化动作分段开关的数量不应当过多，应当控制在两到三个分段以内为好，再多并没有大的效果(上面的分析是指平均故障)。通过上面的计算，也可以得到最多(无限多的开关)的分段所起的效果不大于50％，也可以说，分段再多(大于3分段)它的效果也只是得到33-50％之间的效果。因此，对于幅射型的架空线路的配电线，采用馈线自动化的时候，应当要注意分段开关的合理的数量。3．2环形网络：当采用联络开关将两条线路联络，成为一个环路的时候。简单的计算如下：(1)当两条线路分为两段：发生故障时，如果是4次故障，假定故障的数量是平均分布在各个分段上(并且停电恢复的时间相同)，如果分段开关不自动，这时候相当于放射形的网络，所以，相互之间没有联系。停电的总时户数量为SH0=4T1xHn；(设备的故障恢复时间假设一样)。公式中的Hn代表一条线路上的用户的数量；当采用分段开关后，并且采用自动化后，他可以在发生故障的时候进行切换，在这种情况下，停电的总时户数量随着开关改为自动以后是否发生了变化，按下面的计算：停电的总时户数量为SHl=4T1xHn．它和SH0一样。(因为采用了自动以后，原来的线路没有进行再进一步的分段，故障以后，还是一条线路全部跳闸，所以和不自动的时候是一样的)。采用两个分段开关使线路变成3个分段以后，同时假定事故是平均分布在线路的各个段上，如果六次事故，停电的时户数量为SH3：4T1Hn，停电的时户数量减少的数量为：SH3／SH0=66．7％；100％-66．7％=33．3％由上面的计算可以看出：停电的时户数量减少到原来的66．7％，就是减少的效果是33．3％；(2)当线路的分段数量增加到是4个分段，发生4次故障，停电的时户数量为sH4=2T1xHn，减少的效果为：SH4／SH0=50．0％所以4个分段的时候减少的停电的时户数量的效果是50．0％(3)如果采用5个分段开关使线路改成6分段，以发生6次故障计算，停电时户数量SH5=2T1Hn；所以减少的停电的时户数量的效果为：SH5／SH0=2T1Hn／6T1Hn=33．3％100％-33．3％=66.7％通过上面的计算，可以看出如下的结果：采用3个开关，将线路分成4个分段，减少到原来两分段时停电总时户数量的50％，采用5个开关，将线路分为6个分段，减少到原来两分段时停电总时户数量的33．3％；采用7个开关，将线路分为8个分段，减少到原来两分段时停电总时户数量的25．0％；因此，可以看出，以原来的2分段的停电时户数量作为100％；当改变为4分段时，减少的效果是50％；再增加到6分段时比2分段时减少厂66．7％，再增加到8分段的时候比2分段时减少了75％；如果分为10个分段的时候，停电的时户数量比2个分段减少了80％；再增加下去，即使增加到20个分段，它的效果比两个分段的时候减少了90％；它的效果就不明显了。经过整理，下面是采用不同分段自动化以后停电的时户数量减少的情况，即减少到以2个分段为基础的数量(以2个分段为100％)：2分段(不自动)100％2分段(自动)100％3分段66．75％4分段50％6分段33．3％8分段25％我们假如以一个分段开关的投资作为100％来简单的计算时，停电时户数量减少的效果，就可以得到下面的一组数据：2个分段投资为100％(1台开关为100％)停电的时户数量为100％；3个分段投资为200％停电的时户数量为66．75％减少的效果33．25％：4个分段投资为300％停电的时户数量为50．0％减少的效果50％，6个分段投资为500％停电的时户数量为33．3％减少的效果66.7％；8个分段投资为700％停电的时户数量为25．0％减少的效果75％，10个分段投资为900％停电的时户数量为20．0％减少的效果80％：20个分段投资为1900％停电的时户数量为l0．0％减少的效果90％。

由上分析，分段的不断增加，减少停电时户数量的效果在不断减少；从2个分段改变为4-6分段时，减少的效果达到50-66．7％；而从(汾段改变到10分段时，减少的效果为13．3％o，从10G。段增加到20分段时，减少的效果只有10％的水平，从6分段开始，提高可靠陛的效果已经处于向饱和的阶段发展。所以，在架空线路环路供电的方式下采用馈线自动化的时候以4个分段为典型，至多不超过6分段为宜；否则，投资的增加对供电可靠性提高的效果将大幅度的减少(以投资数量和得到的效果比较)。

4、结论4．1通过上面的分析，在馈线自动化的馈线上面的分段(自动动作的开关)数量不能说越多越好，而是需要通过计算，在一般的情况下以3段或4段为合适(有些国家采用3分段4连接的方式是值得研究的)。但是，各个地区，应当结合自’己电网的特点，进行分析电网需要达到的水平，再确定采用分段的数量。综合而言，应当对本地区的电网的故障率、当地的可靠性水平现状和目标达到的水平、当地的电网的年故障停电每次的户数量、电网的结构……等各个方面进行考虑，提出自动化的目的和目标，并对效果进行分析，就是说，增加的投资的数量曲线和效果取得的曲线有一个比较好的配合，我个人的建议是在不大于效果曲线的1：66．7—50的水平，使投资最有效。4．2关于采用配电网自动化以后的具体效果：采用配电自动化中的馈线自动化以后所起到的效果作下面的分析：在上面的分析中可以看出：采用环路的供电的方式，最大的极限效果达到减少故障的停电时户数量为90％，而一般的情况下达到下降50—66．7％的水平；当不采用环路的供电的方式，最大的极限效果是达到减少停电的时户数量为45％，而在一般的情况下，减少的效果为33％的水平。所以采用馈线自动化的基本条件是电网应当改造成为环路供电的方式，再加上自动化的措施来达到降低故障的停电时户数量达到66．7％的水平，那么也可以说，即使是改造成为环路的方式并且采用了自动化的方式，还有33．3％的停电的时户数量没有办法得到全部解决。因此对于馈线自动化加上自动重合闸以后，能够使它在发生故障的时候，可以使75-80％的停电时户数量得以减少，但是不可能达到100％的水平(因为总是有故障的区段需要被切除)，也就是很明显的看出，对于架空线路讲，馈线自动化的总体效果是使在发生故障的时候，是重新得电的机会从45—50％增加到75—80％的水平(对于重合闸成功率达到40％的时候)，如果重合闸成功率是50％的地区，那么他的效果是减少停电时户数量为75—83．3％的水平。同时还应当指出，馈线自动化的投资是很大的，而重合闸的投资是非常便宜的，他们不可能进行投资的比较。所以在考虑馈线自动化(配电自动化的一个重要的内容)的时候，必须对电网的结构改造放置在第一位，其次是正确理解馈线自动化的效果，再是选样合理的、简单的、实用的、经济的自动化系统，以花费最小的投资达到最大的效果(在上面的所有分析中，只是理论上面的分析，其中没有考虑在实际的工作过程中，还会出现一些不正确的动作的行为，所以实际的自动化动作以后的效果比上面的理论计算分析还要降低得多)。因此，馈线自动化的补充的真正效果对架空线路讲为30％左右的水平；对线路环路的方式，它的总的减少的效果是50—66．7％(前面已经分析)，可能的实际的效果为50—60％。4．3如果是电缆线的环路供电，支接的负荷没有，负荷的点是安排在母线上面，这样所有的线路故障都可以进行隔离，在这样的情况下分段的多少将不起决定的作用，而主要决定于母线和母线以后的设备的故障率的水平。所以电缆线的环路供电技术所得到的效果是比较好的，它的成功率可以达到85％以上或者在95％以下。4．4从总体的效果来看，架空线路的环路供电技术效果是减少故障停电时户数量为75％左右；对电缆线的环路供电技术，它的效果是减少停电时户数量达到85-95％的水平。

按照前面的可靠性的统计，故障停电小时每户年平均为4．126小时看，对于放射型架空线路来看，停电小时可以减少到3．09小时；对于环路的架空线路，停电小时可以减少到2．6—2．8小时水平，而对于电缆线回路采用环路的供电技术以后，可以将停电小时减少到0．4126—0．8252小时，如果加上母线的故障和支线的故障，那么停电小时将增加到0．8252—1．00小时的水平；这样，在只是计算故障的情况下，对架空线路讲，它的可靠性水平达到99．965％；对于环路的架空线路的供电可靠性可以达到99．968％；对于电缆线线路，它的可靠性水平达到99．99％的水平。如果再要提高，必须对线路的故障率减少一半，相应的可靠性水平将达到99．98—99．99％的水平，目前的架空线路的故障率为11．643／百公里．年；电缆线线路的故障率为7．036／百公里．年；目前只有78个供电单位达到上面的架空线路的故障率的一半的水平，所以应当慎重研究在配电自动化(馈线自动化)的实施效果的时候和配电网的网络的运行可靠性改造降低故障率和投资的关系是紧密有关的。