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配电可靠性的设备完善策略

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《电气制造杂志》2014年第七期

1我国配电可靠性的现状分析

(1)我国配电可靠性的相关统计数据从文献[1]可知,我国2009年389个城市的平均停电次数为1.998次/(户•a),停电时间为9.1h/(户•a),统计的1206个县城的平均停电次数为5.857次/(户•a),停电时间为26.8h/(户•a)。在城市,由于入地电缆和架空线绝缘化的发展,停电次数和时间都较少,约为县城的1/3;但与欧美的停电时间相比,则还有10倍左右的差距,改善的空间还很大。另一方面,覆盖广大农村地区的县级电局,急需可以大幅改善供电可靠性且经济实用的技术方案。(2)主要配电设备的可靠性图4显示的是我国县级供电局主要设备的年故障率。这些故障的原因虽错综复杂,但就开关设备故障而言,我们认为主要是可靠性不高、自然劣化及维护不良等造成的。

2配电可靠性的改善方法(设备对策)

我们知道,配电可靠性的改善有“减少故障”和“缩短停电时间”两方面的对策,而它们又分别包含设备和运行两方面的措施。由于配电设备在运行和维护方面具有点多、面广且分散等特点,所以我们认为,为了提高我国配网供电的可靠性,首先应从提高“设备”的可靠性入手,下面分三方面进行讨论:设备免维护化设计的课题,接地保护的重要性和检测方法,一种高性价比配电自动化方案。

2.1设备免维护化设计的课题从前文可知,影响县级配电可靠性的主要因素就是断路器和各种开关设备的质量水平。日本安川电机和九州电力于1973年合作开发的系列SF6气体断路器,其故障率λ<1次/(10000台•a),该系列断路器现已由平高安川公司(合资)全套引进生产和销售(2003年至今国内投入运行已超过1万台套)。研发过程中,该系列断路器主要考虑了如表1所示的各种劣化因素,并利用表2所示的试验项目进行可靠性验证,使得该断路器真正达到了30年使用寿命内免维护的目标。

2.2接地保护的重要性和检测方法(1)接地保护的重要性。我国10kV配网的中性点大多采取非接地或经消弧线圈接地的方式(和日本情况类似),该方式的优缺点如表3所示。目前,由于我国现行的电力规程侧重于利用优点①和②,就造成了对接地故障保护的忽视;根据发达国家的统计,配电系统发生故障的比例是:接地故障占80%~90%,短路故障占10%~20%,但国内相关部门的统计却是:短路故障占60%~70%。我们有理由相信,就是该接地方式的缺点①导致了短路故障的大幅上升,从而大大影响了配电的可靠性。因此,接地故障的检测和保护十分重要。(2)接地故障检测方法接地故障可以通过变电站内配电柜中的接地变压器(GPT)容易地检测出,但故障点的定位(或称为小电流接地选线)却是个世界性难题,目前主要有如表4所示的两大类方法。

2.3一种高性价比配电自动化方案我们知道,配电系统根据自动化程度可以分为分散保护型(传统型)、集中保护型(高级型,如美国的SCADA系统等)和混合保护型三种。目前,由于我国各地方经济发展很不平衡,配网建设水平也参差不齐,所以根据发达国家(特别是日本)的经验,现介绍一种高性价比配电自动化方案(混合保护型),建议在基础较差的偏远地区先行实施,因为该方案能够直接升级为更高级的配电自动化系统。图7显示的是本方案的构成示例。安装在变电站出口、干线中间点、分支点的B#1、B#2、B#3……是带有接地/短路保护功能且具有无线(短信或GPRS)通信功能的断路器。干线、分支线路的L#1、L#2、L#3……是具有延时顺送功能的负荷开关。 联络开关BK#1、BK#2具有延时顺送和短路保护功能。在高压用户的入口处设置SOG型用户分界开关。当F点发生临时性故障时,通过B#2断路器的重合功能自动排除故障;当F点发生永久性故障时,B#2保护跳闸,B#2的上游不停电,之后依靠延时顺送系统功能,L#3下游通过联络开关BK#2反向送电,这样就自动隔离了故障区间(B#2~L#3间),并将其余健全区段恢复了供电。B#2断路器依靠无线通信,在开关动作时,把故障类型、电压和电流等信息传递到线路运行人员的手机和简易后台系统中。简易后台系统根据B#2的地址和动作地点来判断并标示出故障区间。故障排除后,依靠人工操作恢复原来的供电方式。(本方案在陕西杨凌城区等地取得了良好的效果。[2])总结上述应用效果分析如下。1)停电范围的最小化。故障点的上游不停电,下游的故障区间可通过联络开关自动恢复供电,所以可以大幅减少停电范围和时间。2)接地故障的直接保护。通过自动切除接地故障,可以防止发展为短路故障,故可大大减少短路故障引起的设备损坏和劣化,延长设备使用寿命。3)通过重合闸缩短停电时间及合理进行预防维护;由树木接触、鸟巢引起的瞬时故障时,在数秒的停电后可自动恢复送电,并且简易后台存有故障记录,可以对线路及设备进行合理的预防性维护。4)故障区间的自动标示。可以大幅缩短寻找故障点的时间,从而减少故障的停电时间。5)缩减后台及通信系统的建设成本。用普通台式计算机和简易的软件就可以构筑后台系统,通过租用公共通信网络就能实现即时通信,同时系统的扩展和升级十分灵活、方便。

3结束语

纵观世界各国配电现代化建设的历程,我们可以看到,只有认真地研究当前的状况和条件,借鉴相关成熟经验,才能提出可行的、性价比高的自动化建设方案;一直坚持下去,必定能切实地提高配网供电的可靠性。希望本文能给读者以参考,希望我国的配电现代化建设日益发展!

作者:曹胜利平海涛唐立文王静丽单位:平高集团有限公司

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