城市配电网运行水平和供电能力评估体系分析

池丽钧，许伯强，花新乐，曹新宇，侯新叶

(1.华北电力大学，河北 保定 071003；2.河北省电力公司，石家庄 050021)

配电网是电力系统中规模最大、分布最广、最具多样性的一个子系统，遍布于人们生产和生活的每一个角落，其运行状态直接影响着用户的用电质量和供电企业的经济效益。因此对配电网的运行水平和供电能力进行准确的评估可以帮助电力企业找出配电网当前所处状态，找出与目标的差距和需要努力的方向，及时采取改进措施，使电网建设沿着正确的方向继续前进[1]。国内外对配电网的经济性、可靠性等方面已经做了大量的研究，但对其运行水平和供电能力的研究相对较少。同时，随着我国经济的高速发展，人民物质生活水平的不断提高，社会各个行业及人民的日常生活对城市配电网运行水平和供电能力的要求越来越高。因此，丞需构建一套全面有效的配电网运行水平和供电能力评估体系。以下分析配电网运行水平、供电能力的评估体系和评估案例。

1 配电网运行水平和供电能力评估体系介绍

目前，在城市配电网供电能力和运行水平评估方面的深入研究还较少，通常的做法是计算一些单独的技术指标，如线损率、电压合格率、线路平均负载率等来评价网络性能。但每一个指标仅能反映配电网某方面的性能，目前还缺乏一种全面反映配电网供电能力和运行水平的综合指标[2]。该评估体系包括28项评估指标，并根据各个评估指标对配电网影响的不同确定了其权重。配电网运行水平和供电能力评估体系由运行水平和供电能力两方面组成。运行水平分为综合指标、装备水平、设备运行状况三部分内容，包括供电可靠率、架空线路故障停电率、配电变压器故障停电率等20项评估指标。

供电能力分为负载能力和转供能力两部分内容，包括容载比、配电变压器重载比例、线路满足N-1比例等8项评估指标。供电能力和运行水平评估结果分为3类：强、较强和一般3级。得分率90%及以上的评估结果为强；得分率70%～90%的评估结果为较强；得分率70%以下的评估结果为一般。该评估体系指标设置较为复杂，以下只介绍对其运行水平和供电能力影响较大的指标。

1.1 运行水平评估指标

a. 架空线路故障停电率，次/(100 km·a)：全年内每100 km架空线路故障停电次数。

b. 电缆线路故障停电率，次/(100 km·a)：全年内每100 km电缆线路故障停电次数[3]。

c. 配电变压器故障停电率，次/(100台·a)：全年内每100台配电变压器故障停电次数。配电变压器包括柱上变压器、箱式变压器和配电室变压器[4]。

d. 开关设备故障停电率，次/(100台·a)：全年内每100台开关设备故障停电次数。开关包括柱上变压器、箱式变压器、配电室、开闭所、环网柜的断路器和负荷开关。

1.2 供电能力评估指标及权重

1.2.1 评估指标

a. 配电变压器重载比例(%)：重载配电变压器台数/配电变压器总台数。重载配电变压器指配电变压器年最大负载率达到或超过80%,且持续2 h以上。

b. 线路重载比例(%)：重载线路条数/线路总条数。重载线路指配电线路年最大负载率达到或超过70%且持续1 h以上。

c. 线路满足N-1比例(%)：线路满足N-1安全准则的条数比上线路总条数。根据电网稳定导则规定线路满足N-1是指正常运行方式下电力系统中该线路无故或因故断开后，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围[5]。

1.2.2 评估指标权重

由于各个指标对配电网运行水平和供电能力的影响不同，在查阅相关资料考虑各种不同因素后，组织了熟悉配电网建设改造理论和当地电网实际特点的多名专家，采取百分制对备选的指标进行问卷调查，然后对每个专家的打分进行加权平均，最终确定本评估体系所包含的28项评估指标，并根据各项指标得分高低赋予其不同的权重[1]。评估指标总体可分为3层，各项评估内容的权重见表1。

运行水平满分100分，其中综合指标20分，装备水平30分，设备运行状况50分。设备运行状况所占分数比重最大，而其中架空线路故障停电率、电缆线路故障停电率、配电变压器故障停电率、开关故障停电率的权重值最高均为0.08，可见这几项指标是影响配网运行水平的关键指标。供电能力满分100分，其中负载能力60分，转供能力40分。而负载能力中线路重载比例、配电变压器重载比例权重值最高为0.15，转供能力中线路满足N-1比例权重值最高为0.2，由此可知线路重载比例、配电变压器重载比例以及线路满足N-1比例是供电能力评估中的关键指标。

2 配电网运行水平及供电能力评估案例分析

运用此评估体系对某城市配电网运行水平进行了评估，该城市配电网运行水平总体得分44.87分，处于一般水平级。由于上述评估体系指标繁杂，为了更加清晰地论述，以下只分析对运行水平影响较大的架空线路、电缆线路、配电变压器故障停电率3项指标进行评估。

2.1 配电网运行水平评估案例

2.1.1 架空线路故障停电率

配电网架空线路故障停电率反映架空线路故障情况，见公式(1)。

(1)

表1 评估指标权重表

第1层分值第2层分值第3层评估指标权重运行水平100分综合指标20分装备水平30分设备运行状况50分1.供电可靠率RS3/% 0.052.D类电压合格率/% 0.053.综合线损率/%0.054.重复计划停电用户比例/% 0.055.运行超30年线路故障停电率/次·(100 km·a)-10.056.运行超20年配电变压器故障停电率/次·(100 km·a)-10.057.运行超20年开关故障停电率/次·(100 km·a)-10.058.线路绝缘化率/% 0.059.高损耗配电变压器比例/% 0.0310.开关无油化率/% 0.0311.配电变压器信息采集率/%0.0212.配电自动化终端覆盖率/% 0.0213.架空线路故障停电率/次·(100 km·a)-10.0814.电缆线路故障停电率/次·(100 km·a)-10.0815.配电变压器故障停电率/次·(100台·a)-10.0816.开关设备故障停电率/次·(100台·a)-10.0817.外力破坏造成故障停电比例/%0.0518.线路轻载比例/% 0.0519.配电变压器轻载比例/% 0.0520.理论线损偏高线路比例/% 0.03供电能力100分负载能力60分转供能力40分1.容载比0.12.线路重载比例/%0.153.配电变压器重载比例/%0.154.投运3年内配电变压器重载比例/%0.15.投运5年内线路重载比例/%0.16.线路满足N-1比例/%0.27.线路联络率/%0.18.不同变电站联络线路比例/%0.1

架空线路故障路停电率为10.57次/(100 km·a)。针对架空线路故障停电率较高的情况，需要加强巡视、进行消缺管理，充分利用改造、大修、用户工程等停电时间，做好消缺和伐树工作；还要进一步加强防外力破坏工作，减少外力破坏造成的架空线路故障停电；积极争取项目资金，进行架空线路入地改造。

根据统计数据，截止到2011年9月底，该地区有架空线路542.228 km，2011年1-9月发生故障停电43次。导致停电的主要故障设备分析见图1。

由图1可知导线是造成停电的主要设备，导线故障发生的原因有：大风、大雨、大雪等恶劣天气造成导线断线、短路；异物短路、断线；线路虚接；车辆挂线；产品质量。分析认为造成架空线路故障停电的主要原因为大风、大雨、大雪等恶劣天气和设备老化。造成大风、大雨、大雪恶劣天气故障停电有设备和管理两方面的原因。一方面，裸导线以及熔断器、隔离开关等的裸露部分，在大风、大雨、大雪恶劣天气的情况下，很可能就会引起短路、接地，从而发生故障停电；另一方面，由于管理的问题，如线下树木没及时清除，鸟窝等缺陷没及时消除，在大风、大雨、大雪恶劣天气的情况下，也会引起故障停电。

图1 故障设备分析

2.1.2 电缆线路故障停电率

本指标反映电缆线路故障情况，见公式(2)。根据统计数据，截止到2011年9月底，该地区有配电电缆线路503.65 km，2011年1-9月发生故障停电7次。按故障停电设备分类：电缆本体6次，电缆终端头1次。按故障停电原因分类：挖断电缆5次，设备老化1次，雷击1次。可见，挖断电缆是造成电缆线路故障的主要原因。

(2)

电缆线路故障停电率为1.85次/(100 km·a)，故障停电率低，其运行能力处于较高水平。应该注意的问题主要是应加强施工管理，减少施工挖断电缆的次数。

2.1.3 配电变压器故障停电率

该指标反映配电变压器故障情况，指标数值计算见公式(3)。根据统计数据，截至2011年9月底该地区有2 292台配电变压器，2011年1-9月发生故障58次。按故障停电设备分类：高压熔断器25次，低压熔断器21次，变压器本体10次，高压引线2次。按故障停电原因分类：过负荷27次，产品质量18次，设备老化12次，大风大雨大雪1次。因此造成配电变压器故障停电的主要原因是过负荷。

(3)

配电变压器故障停电率为3.37次/(100 km·a)，数值较高。针对配电变压器故障停电率高的情况，要合理安排配电变压器负荷，加强设备巡视管理，及时消除缺陷，减少配电变压器故障。

2.2 配电网供电能力评估案例

运用上述评估体系对该城市配电网供电能力进行了评估。供电能力总体得分80.44分，处于“较强”水平级。下面分析了对其影响较大的线路满足N-1比例、线路重载比例、配电变压器重载比例3项指标。

2.2.1 线路满足N-1比例

本指标是评价配电线路在单一故障条件下的供电安全性，重点考察线路的转供能力，见公式(4)。根据统计数据，截至2011年9月底该地区233条配电线路中有168条满足N-1安全准则，65条线路不满足N-1安全准则。

(4)

线路满足N-1比例为72.10%，指标数值较高。线路转供电能力处于较强水平。

2.2.2 线路重载比例

该指标重点考察配电网规划设计水平，指标数值计算见公式(5)。根据统计数据，根据统计数据，2011年1-9月评估区域内的233条配电线路中重载7条。

(5)

线路重载比例为3.00%，指标数值低。线路电网规划设计水平高，供电能力属于强水平级。

2.2.3 配电变压器重载比例

该指标重点考察配电网规划设计水平，见公式(6)。根据统计数据，2011年1-9月评估区域内有2 292台配电变压器重载225台，造成配电变压器重载的主要原因：随着生活水平的提高，老城区居民电表普遍更换为40 A或更高，居民用电负荷激增；路边店铺的大量出现，导致用电负荷增大；老城区地理位置所限，无法进行分变台工作。

(6)

配电变压器重载比例为9.82%指标数值较低，配电变压器电网规划水平较高，但为了更好的提高其供电水平应考虑老旧城区、用电负荷较大地区的分变台工作。

3 结束语

通过该评估体系对某城市配电网

进行供电能力和运行水平的评估，找出了该城市配电网存在的主要问题，从运行水平各项评估指标的分析来看，影响运行水平的主要因素有架空线路故障停电率较高，配电变压器故障停电率较高两方面。为解决这两方面的问题应该加强线路设备巡视，落实管理责任，尽早发现设备缺陷，并进行消除，减少故障停电的发生；科学论证的前提下，完善配电网网架，以减小过负荷配电变压器的供电范围，在必要的情况下可以增加配电变压器台数；积极争取项目资金，进行架空线路入地改造。从供电能力各项评估指标的分析来看，该地区配电网规划水平较高，供电能力和转供能力较强；但应重点加强老旧城区、用电负荷较大地区的分变台工作。建议用此评估体系对城市配电网进行定期评估，以发现电网薄弱环节，指导电网建设。

参考文献：

[1] 蓝毓俊.现代城市电网规划设计与建造[M]．北京：中国电力出版社，2004．

[2] 葛少云,董静媛,王晓东,等.基于模糊推理的城市中压配电网供电能力评估[J].电力系统及其自动化学报,2004,16(6):14-17.

[3] DL/T 836-2003,供电系统用户供电可靠性评价规程[S].

[4] Q/GDW 370-2009,城市配电网技术导则[S].

[5] Q/GDW 156-2006，城市电力网规划设计导则[S].