（电力系统及其自动化专业论文）郑州市郑东新区中压配电网接线模式研究.pdf

摘要 本文对国内外1 0 k v 配电网接线模式进行了深入研究，对其特点、适用条件进行 了分析和论述，在模拟和给定边界条件的情况下，对各种1 0 k v 配电网接线模式的可 靠性、潮流线损、电压降、投资经济性等进行定量的理论分析计算，得出郑东新区 不同区域应采用的1 0 k v 配电网接线模式。对各种接线模式的最优分段情况进行了具 体分析，提高了供电的可靠性，保证电网运行的经济性最好。提出了一种基于网络 拓扑分析和模式识别理论的城市中压配电网接线模式自动识别方法，可有效识别城 市中压配电网的典型接线模式，从而全面了解中压配网结构特征，发现其薄弱环 节，对下一步接线模式的简化和标准化也具有重要意义。 关键词：配电网，接线模式，最优分段，网络拓扑，模式识别 a b s i r a c i 。 t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e st h o r o u g h l yt h ec o n n e c t i o nm o d e so f1 0k vd i s t r i b u t i o ns y s t e m s i nt h ew o d d ，i nw h i c ht h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e i ra p p l i c a b l ec o n d i t i o n so fd i f f e r e n t c o n n e c t i o nm o d e sa r ea n a l y z e d u n d e rt h ec o n d i t i o n so fs i m u l a t i o na n dg i v e nb o u n d a r y ，t h e s u i t a b l em s d i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o n n e c t i o nm o d e sf o rd i f f e r e n tz o n e so fz h e n g d o n gn e w d i s t r i c ta r eg a i n e dt h r o u g hq u a n t i t a t i v et h e o r ya n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o n s t h e s ea n a l y s i sa n d c a l c u l a t i o n si n c l u d et h er e l i a b i l i t y , p o w e rf l o w ，l i n el o s s e s ，v o l t a g el o s s e s ，i n v e s t m e n t e c o n o m ya n ds oo n t h eo p t i m i z a t i o ns u b s e c t i o nf o rv a r i o u sn e t w o r kc o n n e c t i o nm o d e sa r e a n a l y z e d ，s ot h a ti tc a nb eu s e dt oe n h a n c et h ep o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t ya n dt oe n s u r et h e e c o n o m yo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r ko p e r a t i o n an e t w o r kt o p o l o g ya n dp a t t e r nr e c o g n i t i o nb a s e d a p p r o a c hf o ra u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o no i lc o n n e c t i o nm o d e so fu r b a nm vd i s t r i b u t i o ns y s t e m i sp r e s e n t e d s o ，i ti se f f i c i e n tt oa u t o m a t i c a l l yi d e n t i f yt h er e p r e s e n t a t i v ec o n n e c t i o nm o d e s o f u r b a nd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，a c c o r d i n g l yt ow h i c ht h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i cm vd i s t r i b u t i o n n e t w o r kc a nb ew h o l l yk n o w n ，t h ew e a kp o i n to fn e t w o r kc a nb ea l s of o u n d i naw o r d ，t h i s a p p r o a c h p r o p o s e di s v i t a l i m p o r t a n t t of u r t h e r s i m p l i f ya n ds t a n d a r d i z et h en e t w o r k c o n n e c t i o nm o d e s z h u y o n g ( p o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o l i ul i a n g u a n g k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o n s y s t e m ， c o n n e c t i o n m o d e s ， o p t i m i z a t i o n s u b s e c t i o n ，n e t w o r kt o p o l o g y ，p a t t e r nr e c o g n i t i o n 声明 y8 67 9 9 3 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文郑州市郑东新区中压配 电网接线模式研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师 指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和 致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 籀 日期：! ! ! 垒墨。 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名 日 期：垄翌：21 z d 导 日期： 华：u 力人学卜程硕士争业学位论文 1 1 研究背景 第一章引言 网架结构是城市电网规划与改造工作中的一个焦点。接线模式是网架结构的基 本反映，它不仅牵涉到电网建设的经济性和可靠性，而且对于整个电力j ：业发展具 有重要意义。 有关中压配电网的接线模式很多，在城市电网规划及改造方案的确定过程中， 究竟选择何种具体的供电方案常常是令电网方案制定者感到困惑的问题，也常常带 来很多争议。毫无疑问，接线模式的选择与很多因素密切相关，其中，除了技术上 的因素外也包括一些在经验基础上积累起来的个人偏爱。 目前，有关接线模式的优劣主要是定性的分析，还缺乏系统的基于科学计算的 量化分析比较，因此，对中压配电网的各种接线模式进行综合的定量经济技术比较 分析计算，从而得出一些规律性的结论是非常必要，也是很有意义的。 现有的或规划的中压网络采用了哪些典型接线模式，各种接线模式各占多少比 例同样是电力规划工作人员所关心的问题。考虑到实际的中压配电网网络结构复 杂，数据量非常大，要识别出网络的接线模式，人工方法不可取。基于此，本次研 究提出了一种基于网络拓扑分析和模式识别理论的城市中压配电网接线模式识别方 法，并利用此方法对郑东新区中压配网接线模式进行了识别。该方法结合了中压配 网的结构特点和各种典型接线模式的具体特征，可有效地自动识别城市中压配电网 的典型接线模式，从而对全面了解中压配网结构特征，发现其薄弱环节，对下一步 接线模式的简化和标准化具有重要意义。 为促进郑东新区配电网建设与发展，提高配电网规划设计质量，保证配电网安 全、可靠、经济运行，进行郑东新区1 0 k v 配电网接线模式的研究和计算分析工作。 1 2 郑东新区概况 郑东新区位于国务院批准的郑州城市总体规划的东部圃田组团，西起1 0 7 国 道、东至京珠高速公路、北起连霍高速公路、南至机场快速路。郑东新区总体规划 面积1 5 0 k m 2 ，目前三环以内的市区面积为1 3 3 k m 2 。 郑东新区进行高起点规划和高品位建设，在国际知名的6 家规划设计单位的规 划招标中，最后采用了日本黑川方案。陔方案将“新陈代谢”、“共生城市”及 “环形城市”的理念应用于郑东新区，体现了新颖的创意和独到的风格；构建了颇 具匠心的“西南一东北向历史文化牛态发展轴”，汇聚了整个城市的精华；并对原郑 华北电力大学1 ：群硕士专业学位论文 州市总体规划进行了合理修正，结合京广、陇海两大铁路干线，提出了城市工业布 局呈“v ”字形扩展的设想；规划的c b d ( 中央商务区) 及陇海特色鲜明，具有很强 的震撼力；规划的龙湖水域面积约6 6 k m 2 ，平均水深2 m ，利用东风渠引黄河水形成 龙湖。 郑东新区属于规划新区，现状土地利用有限，是郑州市近期发展的主要部分， 根据郑东新区概念规划，未来将建设成为集商贸、行政办公、居住、仓储、物流、 教育科研等多种城市功能于一体的综合城区，根据郑东新区的总体规划将其划分为四 个功能分区：龙湖地区、起步区( 龙湖南区、c b d 新城中心区、拓展区) 、东开发 区、龙子湖中心区。在四个功能分区中，仅起步区内的拓展区有部分土地用于村镇 建设用地和农、止用地，还有部分批发市场、工业和交通设施用地以及铁路沿线的大 型仓储用地，现状常住人口2 5 万人；新城中心区正在进行建设，其他区只有发展 规划，目前尚未进行建设。 1 3 主要研究内容 对国内外l o k v 接线模式的应用情况进行调查、收集资料，并就各种l o k v 接线 模式的特点、适用条件进行分析和论述。 在模拟和给定一定的边界条件的情况下，对各种l o k v 配电网接线模式的可靠 性、潮流线损、电压降、投资经济性等进行定量的理论分析计算，得出不同区域所 采用的1 0 k v 配电网接线模式。 提出一种识别城市中压配电网接线模式的方法。该方法通过网络拓扑分析建立 接线模式模型，凸现出分析对象；然后基于对中压配电网接线模式的分析与研究， 建立接线模式识别规则库，再利用特征匹配方法实现接线模式识别。利用该方法对 郑东新区远景中压配网接线模式进行识别，得到郑东新区变电站问的联络关系以及 所采用的各种接线模式所占比例情况。 华北电力大学f 程硕士专业学位论文 第二章1 0 k , 配电网接线模式综述 l o k v 配电网由高压变电站的l o k v 配电装置、开关站、配电房和架空线路或电 缆线路等部分组成，其功能是将电力安全、可靠、经济、合理地分配到客户。一般 城市的网络由架空线和电缆线混合组成，在研究一个特定的供电区域内的l o k v 配电 网的网络结构时，可采取架空线路和电缆线路分开进行分析研究的方法，这样也不 失一般性。 2 1 架空线路接线模式 在研究供电区域内架空线的接线模式时，考虑到实际可行性，分析了几种具有 代表性的接线模式：单电源线辐射接线、不同母线出线的环式接线、不同母线三回 馈线的环式接线和分段联络接线。 2 1 1 单电源线辐射接线 单电源线辐射接线( 以下简称单辐射接线) 适用于城市非重要负荷和郊区季节 性用户。它的优点就是比较经济，配电线路和高压开关柜数量少、投资小，新增负 荷也比较方便。但其缺点也很明显，主要是故障影响范围较大，供电可靠性较差。 当线路故障时，部分线路段或全线将停电；当电源故障时，将导致整条线路停电。 对于这种简单的接线模式，由于不存在线路故障后的负荷转移，可以不考虑线 路的备用容量，即每条出线( 主二f _ 线) 均可以满载运行。 图2 - 1 单电源线辐射接线模式( 架空线) 2 1 2 不同母线出线的环式接线 不同母线的环式接线模式( 又称手拉手接线) 有两个电源( 可以取自同一变电 站的不同母线段或不同变电站) 。它适用于负荷密度较大且供电可靠率要求高的城 区供电，运行方式一般采用开环。 华北电力大学| = 程硕+ 专业学位论文 这种接线的最大优点是可靠性比单电源线辐射接线模式大大提高，接线清晰、 运行比较灵活。线路故障或电源故障时，在线路负荷允许的条件f ，通过切换操作 可以使非救障段恢复供电。但由于考虑了线路的备用容量，线路投资将比单电源线 辐射接线有所增加。 在这种接线模式中，线路的备用容量为5 0 ，即正常运行时，每条线路最大负 荷只能达到该架空线允许载流量的1 2 。若系统中一条线路的电源出现故障时，可将 联络开关闭合，从另一条线路送电，使相应供电线路达到满载运行。 母线1 母线2 图2 - 2 不同母线出线的环式接线模式( 架空线) 2 1 3 不同母线三回馈线的环式接线 在实际应用中，还有一种接线方式，既不同母线三回馈线的环式接线模式，如 图23 所示。网络中有三个电源( 可以取自同一变电站的2 段母线和不同变电 站) 。正常运行时联络开关都是打开的，当线路1 出现故障时，联络开关1 闭合， 由线路2 送电；当线路2 出现故障时，或联络开关1 闭合由线路l 送电，或联络开 关2 闭合由线路3 送电；当线路3 出现故障时，联络开关2 闭合，由线路2 送电。 可见，在正常运行时，每条线路均应留有5 0 的裕量。所以，单从经济角度分析时， 这种接线模式和不同母线出线的环式接线是样的。 母线1 母线2 母线3 4 华北电力大学r 程硕十专业学位论文 图23 不同母线三回馈线的环式接线模式( 架空线) 2 1 4 分段联络接线 戳芦￥一 图2 4 两分段两联络接线模式( 架空线) 联络3联络2 图2 5 三分段三联络接线模式( 架空线) 2 2 电缆线路接线模式 在研究供电区域内的电缆线路的接线模式时，考虑到实际可行性，研究了若： 二 类具有代表性的接线模式，如单电源线辐射接线、不同母线出线的环式接线、双电 源双辐射接线、两联络双兀接线、不同母线出线连接开闭所接线、不同母线环网接 线( 三座开闭所) 和主备接线。 华北电力大学一i 程硕十专业学位论文 2 2 1 单电源线辐射接线 与架空线的单电源线辐射接线一样，电缆线路的单电源线辐射接线的优点就是 比较经济，配电线路较短，投资小，新增负荷时连接也比较方便。 缺点也很明显，主要是电缆故障多为永久性故障，故障影响时间长、范围较 大，供电可靠性较差。当线路故障时会导致全线停电；当电源故障时也将导致全线 瘫痪。 对于这种简单的接线模式，不需考虑线路的备用容量，即每条出线( 主干线) 均是满载运行。 母线 图2 - 6 单电源线辐射接线模式( 电缆) 2 2 2 不同母线出线的环式接线 与架空线的不同母线出线的环式接线一样，电缆线路的这一接线形式中有两个 电源( 可以取自同一变电站的两段母线或不同变电站) ，正常情况下，一般采用丌 环运行方式，其供电可靠性较高，运行比较灵活。 在实际应用中，f 常运行时，每条线路均留有5 0 的裕量。在供电可靠性要求 较高的地区均可采用。可以在双电源用户较多的地区采用双环网以提高供电可靠 性。 母线1 母线2 l 竺同圃匣i l 竺圃霁匣掣 图2 7 不同母线出线的环式接线模式( 电缆) 2 2 3 双电源双辐射接线 这种接线模式适于向对供电可靠性有较高要求的用户供电。该接线模式可以使 客户同时得到两个方向的电源，满足从上一级l o k v 线路到客户侧l o k v 配电变压器 的整个网络的nl 要求，供电可靠性很高。 6 华北电力：= 学一程硕士专业学位论文 该方式适用于对供电可靠性要求很高的供电区域，如城市核心区，重要负荷密 集区域等。 2 2 4 双兀接线 图2 - 8 双电源双辐射接线( 电缆) 这种接线即所谓的双环网，双环网中可以串接多个开闭所，图2 9 给出了双兀 接线的几种模式，其中，( 1 ) 中串接2 座开闭所，每条线路的最大负载率为5 0 ： ( 2 ) 中串接3 座开闭所，线路1 和线路4 最大负载率为6 7 ，线路2 和线路3 最大 负载率为3 3 ，线路负荷分配不均； ( 3 ) 中串接4 座开闭所，每条线路的最大负载 率为6 7 ，类似于架空线路的分段两联络接线模式，当其中一条线路故障时，整条 线路可以划分为若干部分被其余线路转供，供电可靠性较高，运行较为灵活。 它适用于城市核心区、繁华地区，以及负荷密度发展到相对较高水平的区域。 母线1 母线2 母线3 母线4 华北l u 力大学【一程硕士号业学位论文 母线1 母线2 母线1 母线2 母线3 坶线4 ( 3 ) 图2 - 9 双n 接线模式( 电缆) 2 2 5 不同母线出线连接开闭所接线 母线3 母线4 这种接线模式实际上就是从同一变电站的不同母线或不同变电站引出主干线连 接至开闭所，再从开闭所引出电缆线路带负荷( 一般从开闭所出线的电缆型号比主 干线电缆型号小一些) 。在这里每个开闭所具有两回进线，开闭所出线采用辐射状 接线方式供电。开闭所出线间也可以形成小环网，进一步提高可靠性。 为了满足n - 1 准则，当开闭所两回进线中的一回进线出现故障时，另一一回进线 应能带起全部负荷。这样正常运行时，每回进线应有5 0 的备用容量。开闭所的容量 可按一回进线的安全允许容量来选择。在开闭所出线为放射状时，所有出线均可满 载运行。 该种接线用于负荷中心距电源较远，或出线较多、线路走廊困难的情况。 8 华北电力大学| ：程硕十专业学位论文 母线1 母线2 图2 1 0 不同母线出线连接开闭所接线模式( 电缆) 2 2 6 不同母线环网接线( 三座开闭所) 这种接线形式是指来自同一变电站不同母线或不同变电站的三条主干线，分别 连接三个开闭所，每个开闭所之间均设有联络线。乖常运行时，开闭所的母联均断 开运行。 为提高可靠性，每条主干线应留有1 3 的备用容量。当一条主干线出现故障 时，将其所供开闭所的两个母联都闭合，使故障线路所带的负荷平均分配到另外两 条主干线。易知开闭所的容量为每条主干线容量的2 3 。开闭所出线可采用辐射状接 线或环网接线方式。 母线1 母线2 母线3 图2 - 1 1 不同母线环网接线( 三座开闭所) 模式( 电缆) 2 2 7 “n - - 1 ”主备接线模式 所谓“n 一1 ”主备接线模式，就是指n 条电缆线路连成电缆环网，其中有1 条线 路作为公共的备用线路正常时空载运行，其它线路都可以满载运行，若有菜1 条运 行线路出现故障，则可以通过线路切换把备用线路投入运行。 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 该种模式随着“k ”值的不同，其接线的运行灵活性、可靠性和线路的平均负载 率均有所不同。一般以“31 ”和“4 一l ”模式比较理想，总的线路利用率分别为6 7 和7 5 。“5 - l ”以上的模式接线比较复杂，操作也比较繁琐，同时联络线的长度较 长，投资较大，线路载流量的利用率提高已不明显。 “n l ，主备接线模式的优点是供电可靠性较高，线路的理论利用率也较高。该 方式适用于负荷发展已经饱和、网络按最终规模一次规划建成的地区。 主供线路1 母线1 母线2 母线3 图2 - 1 2 “3 - 1 ”主备接线模式( 电缆) 母线1 母线2 母线3 母线4 图2 1 3 “4 1 ”主备接线模式( 电缆) 实际应用中还有类似于“31 ”主各接线模式的末端“3 一l ”环网接线模式( 图 21 4 ) 和互为备用的主备接线模式( 图2 一1 5 ) 。 末端“3 - 1 ”环网接线模式正常运行时每条线路各承担2 3 线路负荷，并将3 条 线路中的l 条( 如线路2 ) 按负荷均匀地分为甲、乙两段，并与其余2 条线路在末端 进行环网，在各联络开关房分别设立环网开环点。 本接线的特点在于通过合理调整环网的网架，每条线路都无需走回头路进行环 网，而改在不同电源线路问进行末端环网，从而避免了较长的专用联络电缆。另 外，该方式避免了两条线路满载而一条线路空载的运行情况。 1 0 华北b 力人学i 一程硕士专业学位论文 该模式的缺点是故障时线路之间的负荷转移较复杂，并且只适合于“3 1 ”主备 模式，若条件具备，不失为一种较好的电缆配网接线模式。 母线1 母线2 母线3 i 警! 即卉! 竺矗i l 警女王芷再 图2 1 4 末端“3 一l ”环网接线模式( 电缆) 在互为备用的主备接线模式中，每一条馈线都在线路中间以及末端装设开关互 相连接。正常情况下，每条馈线的最高负荷可以控制在该电缆安全载流量的6 7 。该 模式相当于电缆线路的分段联络接线模式，比较适合于架空线路逐渐发展成电缆网 的情况。 母线1 母线2 母线3 图2 1 5 互为备用的主各接线模式( 电缆) 2 3 国外接线模式简介 国外的中压配电网也有许多各有特色的接线模式。下面简要介绍一下中围香港 地区、新加坡、日本、法国、英国和美国的典型配电网接线模式。 华北电力大学1 ：程硕十专业学位论文 母线i 母线2 母线3 图2 1 6 香港中华电力公司的典型闭环网( 电缆) ，+ + 一一、n c a a “”d d e et 6 0 6 0 t 2 h 2 e r k vs s b bo “ e l 。，6 6 门2w 纠8 一太6 6 一2 2k 、v ，_ 三卜，l 、c c ，奠= l ? ：，7 岛 。6 。1 n = 。vs l s ：p 一一彳。；潞8i 一一沁b 嚣b z zr n v 、0 、p 。一30 0 ，ik k i 、。、，8 n j ： - 、， 。， 、椿、 ? 一赢 6 6 7 2 2 ”5 7 8 图2 1 7 新加坡环式接线( 电缆) 型2 1 8 日本3 分段4 连接方式 1 2 华北电力大学：程硕十专业学位论文 图2 1 9 法国巴黎中压仿垂形电网接线 图2 2 0 英国伦敦中压网孔型接线 o 中压i 匠压堑电所 图2 2 l 美国纽约取回线接线 1 3 叫_|】 华北电力大学程硕二i ：专业学位论文 图2 2 2 美国“4 6 ”网络接线 1 4 华北电力人学工枵硕士孥业学位论文 第三章配电网接线模式分析基本思路 配电网位于电力系统的末端，商接与用户相连，整个电力系统对用户的供电能 力和供电质量最终都必须通过它来实现和保障。随着国民经济的高速发展和人民生 活水平的不断提高，用户对配电网的要求也越来越高；同时，电力市场的逐步形成 以及电价机制的完善，也对配电系统的经济性和可靠性提出了新的要求。这一切都 要求在进行配电网规划和建设时必须把提高配电网的经济效益及供电可靠性摆在十 分重要的地位。 l o k v 配电网作为城市中压电网中的主要部分，其地位十分重要。为实现电网的 安全、经济运行，并达到接线方式的标准化、统一化要求，有必要在不同的负荷密 度下，进行l o k v 网架研究，以便为电网的规划、运行人员提供有益的参考。 3 1 接线模式分析的基本假设 为了使研究更具有意义，在进行分析之前需要确定一些边界条件。对本次研究 有影响的一些计算条件如下： ( 1 ) 根据郑东新区远景高压电网规划可知，郑东新区中压配电网由1 l o k v 变电站供电，变电站主变采用5 0 m v a 容量，每座变电站配有2 台或3 台主变，其中 以3 5 0 m v a 容量为主。 ( 2 ) 变电站的负载率取为高负载率，即两台主变的变电站负载率取为6 5 ，三 台主变的变电站负载率取为8 7 。 ( 3 ) 功率因数统一取为0 9 。 ( 4 ) l o k v 电缆线路的线型统取为y j v 一3 x 4 0 0 ，导线载流量为4 5 2 a ；架空线 路的线型统一取为l c , i 一2 4 0 ，导线载流量为5 7 3 a 。 ( 5 ) 电压允许偏差范围为一3 + 7 。 ( 6 ) 各种接线模式均取其最高负载率，如单电源线辐射接线模式负载率取为 1 0 0 ，不同母线环式接线模式的负载率取为5 0 ，分段两联络接线模式的负载率取为 6 7 ，而分段三联络接线模式的负载率取为7 5 等。 由于配电网是直接面向用户的，所以在实际分析时，认为配i ：乜网是由若干小区 组成的，且每个小区都由1 1 0 k v 配电站、l o k v 线路、开关设备等构成。同时为了研 究方便，认为每个小区都是以l l o k v 配电站为中心、以配电站的供电半径为半径的 圆形供电区域，负荷点均匀分布在给定的区域内。 依据郑东新区负荷分布的具体情况和特点，其负荷镪度一般在1 0 1 2 0 0 ( 1 , t w k m 2 ) 之间。因此计算经济性和廿j 靠性时分别考虑了负荷密度为1 0 ，5 0 ， 】5 华北电力火学嘲鼙硕士专业学位论文 2 0 0 ，4 0 0 ，6 0 0 ，8 0 0 ，1 2 0 0 ( m w k m 2 ) 的情况，基本能够适应现状和未来儿年 内郑东新区的负荷发展。 3 2 配电网技术经济分析的总体思路 对l o k v 配电网的技术经济分析，主要比较经济性和司靠性两方面内容。经济性 的分析思路主要是，将1l o k v 配电站综合投资和l o k v 出线的投资按等年值法折算到 年值，再加上l o k v 出线的年线损，并且考虑由于供电可靠性的高低不同所造成的停 电损失，计算得出年总费用，然后比较不同方案的投资大小。可靠性的分析思路主 要是，对各个不同方案考虑每个元件出线的平均年故障率及其故障时受影响的用户 数和平均修复时间，同时考虑到某些方案可以转移负荷的情况，然后算出平均用电 有效度指标( a s a i ) 、系统平均断电频率指标( s a i f i ) 和系统平均断电持续时间指 标( s a i d i ) ，用这些指标来比较不同方案的可靠性高低。虽然是理想情况，但是由 于配电系统技术经济分析一般都具有统计性规律，因而由此得到的结论同样适用于 实际配电系统。 在具体进行技术经济分析时，电缆线路计算了单辐射接线模式、手拉手接线模 式、分段两联络接线模式、“3 - 1 ”接线模式、“4 - 1 ”接线模式和“5 - 1 ”接线模 式。架空线路计算了单辐射接线模式、手拉手接线模式、分段两联络接线模式和分 段三联络接线模式。对于电缆分段三联络接线模式， “n - 1 ”接线中n 大于5 的接线 模式以及架空线路四联络以上的接线模式，由于其在实际中应用较少而没有进行具 体的计算。 需要特别说明的是，在以下计算经济性和可靠性时，各接线模式已经取了其相 应情况下的最优分段情况进行计算。关于最优分段数计算模型的具体说明请见第六 蠢。 3 3 各种接线模式的供电方案图 在进行接线模式之问的分析比较时，结合第二章的各种接线模式介绍，以单辐 射接线、分段联络接线和主备接线为例，给出它们的供电方案图如下： 3 3 1 单辐射接线的供电方案 1 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 如图3 1 所示，供电区域由对称的6 根l o k v 出线( 架空线或电缆) 、一个 o k v 配电站和相应的开关设备等所构成。每根出线都平均带有该供电区域内总负荷 的l 6 ，并且正常时每根线路都是满载运行的。 图3 - 1 单辐射接线的供电方案 3 3 2 架空线分段联络接线的供电方案( 以三分段三联络为例) 如图3 - 2 所示，供电区域大致与第一种相同，只是每根线路都是三分段，且有 三条联络线。为了进一步提高可靠性，每条联络线都与不同的线路相连。实际运行 时，可以从本供电区域内的不同线路连接联络线，也可以从相邻供电区域的线路连 接联络线。正常运行时，每条出线都留有1 3 的备用容量，联络线的联络开关都是 断开的。 图3 - 2 兰分段三联络接线的供电方案( 架空线) 1 7 华北【u 力人学1 ：程硕士专业学位论文 3 3 3 电缆主备接线的供电方案( 以“3 - i ”接线为例) 如图3 3 所示，供电区域由对称的3 组l o k v 出线、一个1 l o k v 配电站和相应 的开关设备等所构成。每三条出线为一组，每一组的中间线路为备用线路，三条出 线的末端通过联络开关相连。正常运行时，带负荷线路的理沧负载率可以达到 1 0 0 ，联络线的联络开关也是断开的。 络开关 图3 - 3 “3 - 1 ”主备接线的供电方案( 电缆) 1 8 华：u 力人学工稃硕士专业学位论文 第四章配电网的可靠性评估 4 1 配电网可靠性评估的基本方法 可靠性是与供电质量有关的一项基本指标。评估供电可靠性的主要指标有停电 频率、每次停电的持续时间以及用户在停电时白行供电所付山的代价等。这些指标 与各种因素有关，例如不同设备的可靠性、线路的长度及负载情况、网络的结构、 配电自动化的水平、负荷曲线的形态及现有的负荷转供能力等等。可靠性分析用于 评估系统结构的可靠性，它小仅要比较可靠性的相对水平，而且还要评价提供某种 特定可靠性水平所需的费用。可靠性分析也可用于制定可靠性的方针和政策，例 如，确定提供给各类用户的可靠性水平或某一负衙水平所要求的可靠性水平。 在需要评估配电系统的可靠性时，还必须考虑另外几个问题。首先，尽管某个 增强性措施相对不是很贵，但是存这些系统中集中起来却要花费大量资金。其次 在评估电力系统各个组成部分( 发电、输电和配电) 的可靠性问题时，保证适当的 平衡是必要的。第三，为了达到可以接受的用户可靠性水平，配电工程技术人员可 采取各种方案，这包括：小同的增强性措施、备用的配置、维修策略的改进以及不 同的运行策略等。如不采用定量的可靠性评估，既不可能对这些方案的效益进行定 量比较，也不可能比较它们所花费的每单位投资所产生的效果。 许多配电系统是按学一的辐射形配电系统来设计和建造的。此外还有许多其它 的系统，它们虽按网形系统来建造，但又通过网形系统中的正常升路点，作为单一 的辐射形配电系统来运行。这些正常开路点的目的就足为了减少在任何单一的配电 同路中发生故障的设备的数量，以及为了保证在万一系统发生故障时或者在计划检 修期问，某个正常开路点可以闭合，而月外某一个点可以打开，以使失去电源的总 负荷为虽小。 辐射形系统是由一组串联元件，包括线路、分段开关、母线等所组成的。分析 计算时考虑了变压器、母线、断路器、分段开关和线路的影响，并认为一旦设备发 生故障就立刻退出运行，进行检修；一旦检修完毕，立刻投入运行。连接在系统任 负荷点的用户要求它和电源点之间的所有元件都运行，即若电源点至负荷点供电 连续则为可靠。并且，认为当一台主变压器故障停运时，在考虑一定的负荷转移 后，剩余变压器不过载，以及一条线路故障停运后，剩余线路不过载。基于此，平 均故障率7 咯、平均停运时f 日j s 和平均年停运时f s j “s 这三个可靠性参数分别为： 均故障率7 咯、平均停运时f 日j s 和平均年停运时f s j “s 这三个可靠性参数分别为： a s = 丑 ， 华北电力人学i ：群硕士专业学位论文 = l u ， 珞2 ， 蚀 丑i 丑 式中，7 h 为给定元件l 的平均故障率，i 为给定元件。的平均故障停运时间。 形成以上理论及有关公式的主要假设之一是各个元件的故障是相互独立的，元 件间彼此串联。进行可靠性计算时，最重要的是 、，和u 所使用的基本量纲必须 一致，一般情况下， 为次年，r 为小时次，u 为小时年。 应用经典的概念算出的可靠性指标是平均故障率、平均停运持续时间和平均年 停运时间这三个主要指标。 但是，它们并不总是能完全表示系统的特性和响应。例如，不管负荷点连接的 是1 个用户还是1 0 0 个用户，也不管负荷点的平均负荷是l o k w 还是i o o m w ，所要计 算的指标都是相同的。为了反映系统停运的严重程度和重要性，一般用系统平均用 电有效度( a s a i ) ，系统平均断电频率指标( s a i f i ) 和系统平均断电持续时间指标 ( s a i d i ) 来评估： 怂小器搿器= 等警 洲耻罱警= 谔 s a i d i = 型絮器堂= 以上三式中，“总为系统中总用户数，“，为故障时受影响的用户数，与平均年 停运时间“r 相对应；8 7 6 0 为一年的小时数。架空线和电缆的故障率大约与它们的长 度成正比。 对于永久性故障，由一个给定元件引起的停电时间包括等效开关操作时问或检 修时间。开关操作时间是隔离故障元件并对给定的负荷点恢复供电所需的时间。检 修时间则是从故障开始到故障元件被检修或被替换后恢复供电的时间。任何元件引 起的等效开关操作时间取决于故障的元件、负荷点、网络保护、当地控制或遥控的 分段开关、备用连接等相互之间的位置关系。 与瞬时性故障和检修停电有关的公式基本上与永久性故障时的情况一样，只是 采用不同的可靠性数据。 2 0 华北电力大学工程硕士专业学位论文 4 。2 各种接线模式的可靠性评估 本次研究采用配电网可靠性评估的传统方法一一故障模式后果分析法进行各种 接线模式的可靠性计算。由于供电区域内架空出线或电缆出线都是对称的，因此在 实际对各接线模式进行可靠性分析时只分析一条出线即可。在下面的分析中，每条 出线带有的负荷( 用户) 数用n 表示。 4 2 1 单辐射接线 单辐射接线在正常运行时是满载的，因此出现故障时，应注意到不能转移负 荷。一般情况下配电变压器的故障率很低，所以实际分析时也不予考虑。如果母线 出现故障，则受影响的用户数为n ，平均停运时间为母线的平均修复时间。断路器在 正常运行时一般不会出现跳闸等故障，最有可能出现的故障是在线路出现故障时断 路器出现拒动的故障，因此这种故障也应予以考虑。 当线路出现故障时，应该对不同的分段故障分开进行分析。由于故障时不能转 移负荷，因此( 假设线路分三段) 第一段出现故障时，受影响的用户数为n ，平均停 运时间粤矽线骂芦平均修复时间；同样，第二段、第三段故障时，受影响的用户数 分别为3和3，平均停运时间均为线路的平均修复时间。另外可以发现，不同的 分段情况对于线路的可靠性有一定的影响。分段数增多，则线路故障时受影响的用 户数减少，线路的可靠性得到了一定程度的提高。 设线路的分段数为”u m ，则线路的用户停电持续时间为： v j = 志胁羔 ( 州( 酬x t 其中，“线路的供电半径( k m ) ； l 线路的平均故障率( 次k m x 年) ； r 线路的平均修复时间( 小时次) ； z 线路的倒闸时间( 小时次) ； 在同时考虑变压器、母线、断路器以及架空或电缆线路等设备出现故障时的受 影响用户数和平均停电时间后，按照a s a i 、s a i f i 、s a i d i 的公式即可以算出相应的 可靠性指标的数值。 4 2 2 手拉手接线 对该种接线模式进行可靠性分析时，应该注意到该模式的出线f 常运行时留有 5 0 的裕量。当线路或负荷开关出现故障时，能通过联络丌关从另外的线路向故障线 华北电力人学【：槲坝士专业学位论文 路的负荷恢复供电，用户受影响的时州只是等效的开关操作时f l ( 即线路倒闸时 间) ，因此其可靠性比单辐射的情况育所提高。变电站母线出现故障时，由于联络 开关的作用，受影响的所有用j 的平均停运时问也只为联络开关的倒闸时问。 线路出现故障时，也厩摹对币同分段情况分别进行分析。假设线路为三分段， 心当第一段出现故障时，3 的用户的平均停运时间为线路的半均修复叫闻，而另外 3 的用户由于联络开关的作用，它的平均停运时间为联络开关的倒闸时间；对第 一二、三分段也可以进行同样的分析。因此，不同的分段情况对十线路的可靠性也有 一定影响。 设线路的分段数为歼姗，则线路的用户停电持续时间为： = 志x a x 点x n “v n xr + 【( 誉沪删州小2 其中各参数的意义同上。 在同时考虑变压器、母线、断路器以及架空或电缆线路等设备出现故障时的受 影响用户数和平均停电时州后，按照a s a i 、s a i f i 、s a i d i 的公式即可h 算出相应的 可靠性指标的数值。 4 2 3 分段联络接线 对该种接线模式进行可靠性分析时，也应该注意到该模式的线路或负荷开关出 现故障时，能通过联络线上的联络丌关从另外的线路向故障线路的负荷恢复供电， 用户受影响的时问只是等效的开关操作时f l ( 即线路倒闸时间) 。 与手拉手接线不同的尾，该接线模式的联络线数目较多，出现故障时每条线路 都能通过各自的联络线路恢复供电。这样使每条线路的故障范围缩小，即受影响的 用户数比手拉手接线要有所减少，因此它的可靠性相对比手拉手接线模式略有提 高。另外还需要指出的是，该接线模式f 常运行时的导线利用率比较高。分段三联 络接线的导线利用率为6 6 7 ，分段四联络接线的导线利用率为7 5 ，而分段五联络 接线的导线利刚牢则达到了8 0 。大幅度提高了导线的利用率是分段联络接线模式的 特点。 4 2 4 “n - 1 ”主备接线 这种接线模式中存在一条专用的备用线路，因此当线路出现故障时，也能通过 联络丌关从备用线路向故障线路的负荷恢复供电，用户受影响的时间只是线路倒闸 时间。线路的供电可靠性也比较高。 2 2 华北电力大学程硕十专业学位论文 但是应该注意的是，由于所有线路中只有一条线路是备用线路。因此当网络发 生多重故障时，很可能出现备用线路无法转带所有负荷的情况。n 越大，则这种情况 出现的概率越大。 考虑这些因素之后就可以通过公式计算出各个可靠性指标的数值了。 4 3 配电方案可靠性计算原始数据 在计算中使用的可靠性基础数据如表4 1 所示，表中参数为郑州电业局的统计 数据。 表4 - 1 网络部分设备的可靠性数据 泼餐j 一j ” ；：一浚貉故障攀； m j ； j ；j _ 乎均修复时阊( 小时次)l 母线o 0 3 ( 次台年) 2 架空线路00 2 9 6 1r 次k m 年) 59 8 电缆线路0 0 0 1 2 8 ( 次k m x 年1 6 8 9 断路器的拒动率取2 1 1 ，每次故障的平均等效开关操作时间( 倒闸时间) 取 1 5 小时。 通过线路的可靠性计算得到相应指标的数值以后就可以进行线路停电损失的具 体计算了。 4 4 可靠性计算结果分析 本文针对七种不同负荷密度( 1 0 ，5 0 ，2 0 0 ，4 0 0 ，6 0 0 ，8 0 0 ，1 2 0 0 ， 单位m w k m 2 ) 下的电缆和架空线路的几种接线模式的可靠性情况进行了计算，结果 见表4 2 、表4 - 3 ，并对计算结果进行了分析。在进行可靠性计算时，各种接线模式 都已经取了相应条件下的最优分段隋况。 表4 2 电缆线路的可靠性指标a s a i 随负荷密度变化的最大最小值数据 接线模式 i 须蔼密震曩黼z k m 。纛 。j a s a i 舞葡密度m w f k m 。i j f | a s a i 甲辐射 1 2 0 00 9 9 9 9 4 2 8 0 01o09 9 9 7 5 5 5 g 3 r 拉手 1 2 0 00 9 9 9 9 4 4 51 2lo09 9 9 8 5 5 3 7 5 舣接线( 1 )1 2 0 o 09 9 9 9 4 4 5 2 6 lo09 9 9 8 5 6 6 7 7 舣n 接线( 2 ) 1 2 0009 9 9 9 4 4 5 3 21009 9 9 8 5 8 3 7 5 舣兀接线( 3 ) ( 分段两戕络) 1 2 000 ，9 9 9 9 5 6 4 5 81009 9 9 8 6 8 4 6 , “3l ”接线1 2 0009 9 9 9 5 6 4 5 31 o09 9 9 8 6 8 x 7 3 4 一r 接线 1 2 0009 9 9 9 5 6 4 5 0lo09 9 9 8 6 8 6 6 l “51 ”接线l2 0009 9 9 9 5 6 4 4 81009 9 9 8 6 8 。3 6l 表13 架空线路的r ，j 靠惟指标a s a i 随负荷密度变化的塌人最小值数据 i接线模式负苟密度( m w k m 。) a s a i 负荷密度( l w k m “)a s f睁辐射1 2 9 ( )( ) 9 9 j ) 、 2i ：l0( ) 9 9 9 5 0 7 j ( ) 7 2 3 华北电力大学工释硕士专业学俜论文 手拉手 1 2 00 09 9 9 9 3 3 8 8 51 009 9 9 6 1 9 6 2 3 分段两联络 1 2 0009 9 9 9 4 7 3 2 3 100 9 9 9 6 3 4 3 4 4 分段三联络 1 2 00 09 9 9 9 5 1 8 0 2100 9 9 9 6 3 4 3 4 4 在计算结果基础上作出了典型变电站容量下的可靠性一一负荷密度曲线。可 性一一负荷密度曲线是指在一定的变电站容量下，配电系统的可靠性指标和负荷 度之间的关系图。以图4 - 1 所示为例，该图是在容量为2 x5 0 m v a 和3 5 0 m v a 混 的变电站供电的条件下，以负荷密度为横坐标，以可靠性指标( 平均用电有效度 标) 为纵坐标的柱状图。相同负荷密度下的相邻柱图代表不同的接线方案的可j 性。 图4 - 1 不同负荷密度下的电缆线路可靠性