G市配电网可靠性规划毕业设计.doc

毕业设计题目：G市配电网可靠性规划中文摘要配电系统处于电力系统末端，是把输变电系统与用户设施链接起来，向用户分配电能和供给电能的重要环节，配电网可靠性研究对用户和供电企业均有重要意义。本文的目的就是根据可靠性理论去分析G市电网的可靠性，利用ETAP软件计算G市可靠性指标，对配电网供电可靠性现状进行统计分析，针对G市配网2015年规划做可靠性提升潜力评估。论文提出了一套比较科学和系统的可靠性规划方法，首先要求先对G市配电网现状以及G市配电网历史运行数据进行分析，并且在现状电网下进行可靠性分析，在可靠性现状评估的基础上对规划期的可靠性指标目标值进行细化，以确定较为合理的可靠性目标。然后，给出规划期可靠性指标的预测，将其与目标值进行比较，为各项改善措施的可靠性贡献定量研究提供目标依据。最后，通过对改进可靠性措施与现状电网可靠性之间进行比较，对两者进行成本-效益评估并提出改进意见。关键词：配电网 可靠性评估 成本效益分析 可靠性规划Distribution network planning reliability on G cityAbstractAt the end of the power system, power distribution system is the transmission system and user facility link, to the user an important link of the power supply and distribution of electrical energy, power distribution network reliability research of both user and power supply enterprises of great significance. The purpose of this article is based on reliability theory to analyze the reliability of G city power grid, ETAP software is used to calculate reliability index G city, carried out a statistical analysis about the present situation of distribution network power supply reliability, 2015 G city distribution network planning against doing reliability ascension potential evaluation. Paper puts forward a set of more scientific and systematic reliability planning method, First of all, claim on the basis of the status qualified of reliability evaluation for thinning planning phase of target reliability index, a reasonable to determine the reliability of the goal. Then, the planning phase of the reliability index of the prediction compared with the target, contributing to the measures improving the reliability of the quantitative research provides the basis of the goal. Finally, on the improved reliability measure and conparison between the status power distribution system reliability, cost-benefit analysis for assessment and put forward the improvement opinion.Keywords: Power Distribution System Reliable Assessment Cost-benefit analysis Reliability plan 目 录第一章 前言11.1 本课题的研究背景及意义11.2 国内外配电网可靠性发展状况及研究状况21.3 本论文主要内容3第二章 配电网可靠性理论基础52.1 电力系统可靠性概述52.1.1 可靠性概念52.1.2 可靠性在电力系统中的应用52.1.3 配电系统的特点62.1.4 配电可靠性概述72.2 配电网可靠性评估理论72.2.1 供电可靠性评估指标82.2.2 配电网供电可靠性评估方法92.2.3 供电可靠性评估软件ETAP简介102.3 提高供电可靠性的方法分析112.3.1元件的可靠性模型112.3.2提高配电网可靠性的措施12第三章 G市配电网可靠性现状及薄弱环节分析143.1 概况143.2 中压配电网现状分析143.2.1 中压配电网概况143.2.2 网络结构水平153.2.3 负荷供应能力173.2.4 装备技术水平203.2.5 重要用户供电情况243.2.6 中压配电网综合评价243.3 电网存在的薄弱环节273.3.1 网络结构水平273.3.2 负荷供应能力283.3.3 中压配电网装备技术水平283.3.4 重要用户供电293.3.5 农网存在问题293.3.6 其他问题29第四章 G市配电可靠性提升措施效果定量评估314.1 G市配电网可靠性评估314.1.1原始数据分析314.1.2 G市电网可靠性分析334.2 规划目标364.2.1 中压配电网规划目标364.2.2 相关规划指标374.2.3 2015年网架水平可靠性计算384.3提升可靠性的措施404.3.1提高线路可转供能力404.3.2合理设置分段数效果评估414.3 .3加强综合停电管理444.3.4采用智能开关的效果提升454.3.5采用故障指示器的效果提升474.3.6综合措施对提升可靠性的效果评估494.4本章小结50第五章 G市配电网成本-效益分析525.1 配电网可靠性成本与效益525.2 配电网可靠性投资成本估算535.2.1配电网可靠性投资成本535.2.2配电网可靠性效益估算545.3 G市电网投资成本估算565.3.1 G市电网成本投资估算565.3.2 G市配电网可靠性提升效益估算585.3.3 G市电网可靠性投资成本效益对比58第六章 总结606.1远景规划结论606.1.1 电量负荷预测606.1.2 中压建设规模606.1.3 投资估算606.2 尚需进一步研究的关键问题及下一步工作的建议606.3通过本论文的研究所得出的结论61参考文献63致谢64第一章 前言1.1 本课题的研究背景及意义配电系统可靠性分析是供电可靠性技术中的重要组成部分，提高配电系统可靠性水平是保证供电可靠性水平的重要手段之一。在1995年版电业生产事故调查规程中，10kV用户供电可靠率也被列入供电安全考核项目之中。随着电力企业管理工作的不断发展和深化，配电可靠性管理在生产管理工作中所占的位置也越来越重要。因此，进行配电系统可靠性研究已成为电力企业迫切需要解决的问题平1。“经济要发展，电力要先行”是我国经济建设中的一个重要经验。电力是一个地区经济、社会发展最重要的基础设施之一，因此，对大型电力系统进行可靠性评估，在电网设计和运行中保证电力系统的可靠性是十分有必要的2。配电网作为电力系统中直接与电力用户相连的环节，其可靠性是供电企业和电力用户非常关心的问题。在电力市场条件下，供电可靠性是影响供电公司竞争力的重要因素。同时居民生活水平的提高，对配电网可靠性提出了更高的要求3。输电系统和发电系统故障会给电力用户造成供电中断，但是在这些系统中发生的故障和配电系统中发生的故障相比，后者更可能影响到用户。因此有必要对供电可靠性进行科学合理的规划，以指导配电网可靠性水平的提高。提高配电网供电可靠性，不但可以减少停电损失，避免由于停电所引起的经济纠纷，还可以树立良好的供电企业形象4。配电网的供电可靠性指标将会由目前的现状发展成日益满足电网安全运行和优质服务的要求。在1995年版电业生产事故调查规程中，10kV用户供电可靠率也被列入供电安全考核项目之中。随着电力企业管理工作的不断发展和深化，配电可靠性管理在生产管理工作中所占的位置也越来越重要。因此，进行配电系统可靠性研究已成为电力企业迫切需要解决的问题。在1995年版电业生产事故调查规程中，10kV用户供电可靠率也被列入供电安全考核项目之中。随着电力企业管理工作的不断发展和深化，配电可靠性管理在生产管理工作中所占的位置也越来越重要5。因此，进行配电系统可靠性研究已成为电力企业迫切需要解决的问题。1.2 国内外配电网可靠性发展状况及研究状况有关配电网的供电可靠性研究，可以追溯到20世纪60年代，其起步晚于发电和输电系统可靠性的研究。现代的电力系统的供电能力强大并且涉及面积及其广泛，任何停电事故的发生都会造成巨大的经济损失和社会影响。由于缺乏对可靠性的研究和管理以及人们开始并未意识到配电网可靠性的重要性，一些国家的电力系统曾发生过过大面积的停电事故。1965年11月9日，美国东北部电力系统包括纽约市发生的大停电引起社会秩序的极大混乱。经过这次事件之后，各国都开始注意和重视电力系统的可靠性问题，并制定出相应的技术规范6。20世纪80年代以来，美国、加拿大、法国和日本等在可靠性工程方面作了大量工作，在电网规划、施工安装调试、生产运行、检修维护以及人员培训等各方面都开展了可靠性管理，使供电可靠性指标不断提高，达到较高水平。例如法国巴黎1993年用户年平均停电时间为58min，相当于供电可靠率为99.9975%，到2000年缩短为13.7min，相当于99.999%7。近年来，在可靠性评估方面又取得了很大进展。在元件建模方面，提出了元件的多状态模型，给出了元件更确切的表述。对于继电保护的影响，以往是将其影响等效到相应的变压器或断路器中。最近的研究对其进一步探讨，提出了显式的模型。在模拟法方面，提出了不同的网络分析模型，并逐步包括相关故障、共模故障、计划检修、拉闸限电及各种内外部因素影响的可靠性计算评估的数学模型函数法用于可靠性安全性评估，能有效地计及系统的安全性提出了基于元件持续时间抽样方法，将多重故障评估转化为单重故障评估，有效地计及了系统的多重故障。在60年代，人们开始研究电力系统可靠性时，主要侧重于发电系统可靠性或者以发电和输电组成的大电力系统可靠性。相比之下，配电系统的可靠性研究远未得到应有的重视。70年代以后，特别是近20年来，随着经济技术的发展和人民生活质量的不断提高，用户对供电可靠性的要求越来越高。因此迫切需要对城市电网进行合理的改造，配电系统的可靠性研究越来越为人们所重视。世界各国，特别是工业技术发展较快的先进国家都普遍开展了配电系统可靠性的研究和应用，并已取得了很大的成果。 我国从20世纪70年代末期，在电力部门和科研院校中着手研究电力可靠性问题，1983年成立中国电机工程学会可靠性专业委员会，聚集了科研院校和电力部门的力量，推动电力可靠性管理和理论研究工作。通过对国外电力可靠性管理先进技术和经验的引进、研究、以及在国内部分电力企业开展电力可靠性管理试点取得了较好效果，并在1985年1月成立电力可靠性管理中心，正式开始在全国范围内推动开展电力可靠性管理工作。我国的电力可靠性管理经过二十多年来的发展，已形成了一整套具有中国电力工业特点的电力可靠性管理的组织、制度、技术标准体系。建立了覆盖全电力行业的电力可靠性信息采集、分析、评价体系。电力可靠性技术在各电力企业的生产管理得到广泛使用。电力系统的各类可靠性指标得到全面的提高。特别是最近几年，在全国出现大范围供电紧张的情况下，电力可靠性管理通过提高设备和电网的可用率和安全性来满足社会对电力的需求。可靠性技术与可靠性管理方法已渗透到电力系统的规划、设计、运行和管理及设备制造等各个方面，对大电网、大机组、高电压的现代电力系统的安全运行和连续可靠的供电所起的作用日益显著。实践证明，可靠性管理是对设备、机组和电网全过程的质量管理和安全管理。可靠性技术的广泛应用和可靠性管理工作的深入开展，在为保证电力系统的安全可靠运行、促进企业的安全生产，为提高全电力行业的技术装备和管理水平，为提高企业的服务水平和经济效益，提高企业在市场环境中的竞争能力等方面发挥了积极而重要的作用。我国的电力可靠性管理经过二十多年来的发展，已形成了一整套具有中国电力工业特点的电力可靠性管理的组织、制度、技术标准体系；建立了覆盖全电力行业的电力可靠性信息采集、分析、评价体系;电力可靠性技术在各电力企业的生产管理得到广泛使用；电力系统的各类可靠性指标得到全面的提高。特别是最近几年，在全国出现大范围供电紧张的情况下，电力可靠性管理通过提高设备和电网的可用率和安全性来满足社会对电力的需求8。1.3 本论文主要内容本文是围绕“G市2015年度的规划网架”项目展开的城市配电网可靠性规划及其技术评估方法的研究。利用ETAP软件计算G市配电网可靠性指标，对相应可靠性提升措施的成本-效益分析。通过分析计算结果得到可行的G市电网可靠性提高的改进建议。规划设计技术原则是编制配电网发展规划的技术准绳。为了提高规划编制水平，保证规划成果能有效地指导配电网建设更新与改造，实现电网持续健康地发展，因此要对G市的经济与社会的发展和配电网实际情况进行了解然后对其进行规划和设计。论文提出了一套比较科学和系统的可靠性规划方法，方法首先要求先对G市配电网现状以及G市配电网历史运行数据进行分析，并且在现状电网下进行可靠性分析，在可靠性现状评估的基础上对规划期的可靠性指标目标值进行细化，以确定较为合理的可靠性目标。然后，给出规划期可靠性指标的预测，将其与目标值进行比较，为各项改善措施的可靠性贡献定量研究提供目标依据。最后，通过对改进可靠性措施与现状电网可靠性之间进行比较，对两者进行成本-效益评估并提出改进意见。本文主要研究内容有：（1）首先概述了配电系统可靠性研究的背景，必要性。然后叙述了配电系统可靠性评估研究的目的和意义，以及可靠性研究的现状和评估方法。（2）介绍了配电系统及配电系统可靠性的基本概念。（3）对G市配电网现状并且对薄弱环节进行分析。（4）对G市电网10kV配电系统进行了简要叙述并进行配电网络结构进行分析，全面分析G市配电线路的分段及联络情况，从而对配网结构有了一个整体把握。（5）对G市配电系统各种典型接线方案，进行可靠性评估计算和综合分析，从而定量得出各种接线方案的系统供电可靠性。配电系统可靠性指标既与故障元件有关，也与故障后隔离故障以及恢复供电的开关装置有关。网架结构对可靠性指标有着较大的影响，应根据实际情况，提高线路之间的联络率，提高供电转供率，对现状电网的分段数进行合理的优化，采用智能开关对故障修复时间进行优化并且通过加强停电管理措施减少预安排停电率以及预安排停电时间等措施，提高系统的可靠性水平。（6）通过对G市配电网现状的可靠性评估与改进措施后的结果进行对比，引入G市可靠性投资成本，与改进措施前进行成本-效益分析，通过对G市配电网改进前后的成本-效益进行对比，提出对G市配电网可靠性提升的改进意见。第二章 配电网可靠性理论基础2.1 电力系统可靠性概述2.1.1 可靠性概念可靠性理论的发展，可以追溯到第二次世界大战期间，当时德国为了对导弹的可靠性作出估计，提出了关于可靠性的一个重要理论：任一元件的故障可能导致系统（串联系统）故障，其可靠性等于各独立元件可靠性的乘积。由于独立元件的可靠性是小于1的，所以，系统的可靠性比系统中可靠性最差的一个元件还要低。 关于可靠性的概念，一般是这样认识的：可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性涉及元件失效数据的统计和处理、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。2.1.2 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。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。 2.1.3 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。2.1.4 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。2.2 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。2.2.1 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 836-2003）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）。（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）(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）(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。(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。(6)平均供电不可用率指标ASUI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。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。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。2.2.2 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。2.2.3 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 Techno-logy 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、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。2.3 提高供电可靠性的方法分析2.3.1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2-1所示。其中，为计划检修率；为故障率；为计划检修修复率；为故障修复率。计划检修停运状态正常运行状态故障停运状态图2-1可靠性元件三状态空间图图2-1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2-2。故障状态正常运行状态图2-2二状态等效模型图2-2中，为故障率，为修复率，简化的故障率与修复率的关系式为：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。2.3.2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。（2）系统网架结构的影响。由于历史原因，一些电网结构满足不了安全标准，即在系统内一段发生故障时，不能可靠地，快速地切除故障。此外，线路数量、线路平均长度、线路接线模式、线路供电半径、可转供电率、电缆化率、负载率、线路分段数等也影响着配电系统可靠率。（3）配电系统设备的状况。包括配变的基本状况（如容量、老化程度、绝缘性能等），架空线路、电缆、隔离开关、断路器、熔断器等元件的基本状况，以及带电作业车辆、发电车辆的配置情况等。（4）配网技术的因素。包括配网故障抢修的先进工器具、10kV带电作业情况、配网自动化建设情况、开关、电缆及其他设备的状态检测设备情况等等。（5）人为因素。人为过失会影响配电网的供电可靠性。人为过失可以分为工作人员过失和外部人员过失。工作人员过失主要是指运行和设备检修人员的人为过失导致误操作和设备维护不当引发的意外事故。可以通过培训，提高工作人员的技能来减少过失的发生。外部人员过失主要是指用户电缆被挖伤、乱堆杂物造成线路故障、车辆撞杆、气球挂线以及其它一些意外事故，可以通过采取预防护措施及相关知识的宣传工作可减少这类过失的发生11。基于配网供电可靠性影响因素，结合G市配电网规划情况，考虑配电网可靠性的改善措施如下：（1） 合理配置分段和分支开关；（2） 提高线路互供能力；（3） 网架结构改造；（4） 控制每一段线路上的用户数；（5） 引进先进的配电网技术以及设备。 第三章 G市配电网可靠性现状及薄弱环节分析3.1 概况G市供区面积1232平方公里，2011年供区内户籍人口30.24万人，常住人口为25.75万人。2011年，G市供电量为1.59亿kWh，售电量为1.45亿kWh，年最大供电负荷为3.58MW。供电可靠率（RS-3）为99.78%，110kV及以下综合线损率为9.02%，综合电压合格率95.25%。供电企业基本情况统计如表3-1所示。表3-1 2011年G市供电基本情况统计表项目数值供电面积(km)1232供电人口(万人)25.75售电量(亿kWh)1.45供电可靠率(RS-1)(%)99.78供电可靠率(RS-3)(%)99.78110kV及以下综合线损率（%）9.02综合电压合格率(%)95.253.2 中压配电网现状分析3.2.1 中压配电网概况截至2011年，G市中压配电网共有：10kV线路45回，其中公用线路34回，专用线路11回；10kV公用线路729.48km，其中电缆线路8.11km，架空线路721.37km；10kV公用线路装接配变1121台，配变容量106.86MVA；其中公用配变766，容量56.50MVA；专用配变355台，容量50.36MVA；10kV柱上开关111台，开关站2座、开关柜10面。现状中压配电网设备统计情况如表3-2所示。表3-2 现状中压配电网设备统计供电区分类公用馈线专用馈线（回）公用馈线(回)电缆(km)架空线(km)合计(km)开关柜(面)柱上开关(台)开关站(座)D 57.9135.7343.64103003F290.2685.64685.8408128合计348.11721.37729.4810111211注：（1）中压线路按照路径距离统计，均为线路全线长度；（2）10kV开关柜指变电站围墙之外的户内开关柜。开关柜按实际间隔进行统计，以面为单位，如2进2出开关站计为4面，仅统计公用开关站和配电站中的开关柜数量；（3）开关站为中压配电网中设有母线及其进出线设备、接受并分配电力、能开断负荷电流或短路电流的配电设施。开关站有户外开关站和户内开关站两种型式，户内开关站分为小型开关站和中心开关站。户外开关站由安装在户外环网开关柜组成（简称为户外开关站）；小型开关站由安装在户内的单组环网柜组成。（4）中压线路跨供电区分类的归属：按照装接配变容量所占比重来决定，线路归在装接配变容量所占比重较高的供电分区。3.2.2 网络结构水平1、主干线长度根据110千伏及以下配电网规划指导原则中对于线路长度的相关规定：“10kV配电线路的长度应满足末端电压质量的要求，各类供电区的线路长度宜控制在以下范围内：D类6km， F类15km”。因此，G市总计1回10kV线路长度不满足指导原则要求，占公用线路总条数的2.94%。G市10kV中压配电网线路主干长度分布情况如表3-3所示。表3-3 现状公用线路主干长度分布情况 供电区分类 项目DF合计主干线路平均长度（km）1.445.995.32超出供电分区线路长度标准的回路数（回）011屯占供电分区线路总数比例（%）03.452.94现状公用线路主干偏长线路的详细情况如表3-4所示。表3-4 现状公用线路主干偏长线路明细供电区分类变电站名称线路名称主干导线型号主干长度（km）线路总长度（km）F广青变大同线LGJX-70mm216.5149.92主干线路过长线路位于F类供电区，造成线路偏长主要原因有：（1）受地形和地势影响，一定程度上造成线路走廊曲折迂回，导致部分线路供电距离偏长；（2）受负荷分布影响，部分区域负荷密度较低，负荷点分散，在电源布点少的情况下，造成线路供电距离偏长。2、接线模式线路的接线模式直接影响着系统的供电可靠性与用户的用电水平，采用合理有效的接线模式既可以在很大程度上提高系统的供电质量，又能获得良好的社会与经济效益，因而接线模式在配电系统分析与规划过程中也是不可忽视的一个重要方面。2011年G市中压配电网接线模式以单辐射为主，共有单辐射线路37回，环网化率为26.47%，网络接线标准化率为97.06%，站间联络率为26.47%。可以看出，G市的10kV电网接线模式存在F类供电区环网化率低于导则要求，供电可靠性不高的问题，造成上述问题的原因包括：（1）在之前的电网建设中，缺乏合理的目标接线作为指导；（2）G市电网变电站出线间隔利用率高，且剩余出线间隔因变电站负载率高而不具备优化网络结构的条件；（3）G市电网缺乏1