论现阶段10kV配电网线路分段的选择
【摘要】：本文通过成本—效益法分析计算对城市10kV配电网线路分段数进行技术、经济分析,计算投资成本与效益关系,确定城市10kV配电网线路分段数。
【关键词】：分段原则；开环网；效益分析；
根据《城市中低压配电网改造技术导则》,城市10kV线路一般按街道布置,采用环网结线、开环运行的结构。因此,将每条线路分为若干段,这样可以减少停电范围,减少用户每年的平均停电时间,从而提高配电网供电可靠性。但从投资上考虑,线路分段越多,分段开关的投资就越大,并且,线路上的分段开关越多,维护工作量就越大,发生设备故障的机率也就越大。因此,馈电线路的分段必须经过综合分析,才能确定线路的最佳分段。
1、成本—效益分析法
成本—效益分析法的依据是:
(1)增加线路分段开关数量,提高供电可靠性投资的全部收益必须满足负担形状设备的维护成本加上一定利润。
(2)每多供1kW.h电量所花费的设备投资相当于少供1kW.h电量的电能损失费。
通常,投资的预期使用期限相当长,如满足条件2也就可以满足条件1,所以可以只用条件2
来进行成本—效益分析。
成本—效益比V如下式:
V=(c+b-s)/E(1)
式中:c=c1i/(1+i),c1为主要成本,i表示贴现率;b为维修和其它与可行性投资有关的服务年费用;s为由于提高了效率及投资可靠性带来的相关的年费用节省额,E为可靠性投资带来的第一年内预计的损失电量的减少量。
对投资过程而言,s是一个有意义的量,但在初始评估时可以不考虑。因此,实际上可以使用简化的成本—效益比Vs进行分析,即:
Vs=(c+b)/E(2)
可见Vs的值越低,拟用的投资便越可行。
为决定是否可行,我们选择每多供1kW.h电量所得的平均效益Vt来替代式(2)中的Vs,若VtE乘积超过拟用的可靠性投资年度成本,则投资合理可行,就确定了馈电线的分段数。
2、简单常开环网的分段原则
城市10kV配电网大多采用开环运行的环网结线,只有在城郊才采用放射式结线。为分析馈电线分段的选择,以简单的开环网馈电线的情况进行分析,再将结论推广到较为复杂的配电网。
如图1所示的是一个在配电网中较为常见的典型的简单的常开环网结线。正常运行时,分段开关1,2,3,4,5中至少有一个分段开关处于断开状态(图l中的#3开关),一般称之为联络开关。开环网正常运行时联络开关的两侧都相当于一条馈电线的末端,当某侧失去电源时,可以通过自动或人工操作联络开关,向另一侧供电。为了维护方便,为避免因设备检修而造成全线停电,影响用户正常供电,各分段开关以及联络开关两侧都装上隔离开关,有利于提高供电可靠性。
表1设定了10kV配电网可靠性参数的符号及相应统计值。
图1简单常开环网示意图
表110kV线路可靠性参数符号及其统计值
假设馈电线的总负荷为P,线路的总长度为L,则当线路不分段时,一条线路就定义为一个区段,其损失电能由故障停电损失和计划检修停电损失的两部分组成,如式3所示:
S1=PLλ1(t1+tc)+PLt1λ0(3)
当将一条馈电线分为n段时,这条馈线由n个区段组成,且这n个区段同时有两个区段同时故障的概率几乎等于零,所以只考虑有一个区段发生故障的情况。假设这条馈线的负荷分布均匀,各个区段的负荷大小相同,区段长度相等,则分段后的馈电线的电能损失由故障巡查损失电能、故障检修损失电能和计划检修停电损失电能3部分组成。如式4所示:
S2=PLtc[λ1+λk(n-1)]+PLt1λ1/n+PLt1λ0/n(4)
假设分段开关的单价为U,多供电1kW.h电量所得的收益Vt,分段开关的年维护费用率为
a,a,一般为设备投资额的2%～5%,定义γ=i/1+i,则成本—效益比为:
Vs=(n一1)(γ+a)U/(S1-S2)(5)
因为:
S1-S2=PL[t1(λ1+λ0)十tcλk〗+PLtcλkn+PLt1(λ1+λ0)/n(6)
令A=PL[t1(λ1+λ0)+tcλk](7)
B=PLtcλk(8)
C=PLt1(λ1+λ0)(9)
D=(γ+a)U(10)
则式(5)可改写为:
Vt=D/(A+Bn+Cn-1)(11)
即:
(D+VtB)n2-(D+VtA)n+CVt=0
(12)
从表1的统计数据可以看出,开关的故障率是非常低的,它和线路的检修率相比要差2到3个数量级。在工程计算中,λk可忽略不计,则B=0,A=C,则式(12)可简化为:
Dn2-(D+VtA)n+AVt=0(13)
这就是一个一元二次方程
即:n=PLt1(λ1+λ0)Vt/(γ+a)U(14)
从式(14)可以看出,馈电线的分段数n与线路负荷和线路长度成正比,与分段开关单价成反比。上式n值可能不为整数,可以取值最近的整数作为线路分段数。
3、复杂的开环网结线分段原则
上述结论虽然是针对简单的开环网结线的分析计算所得到的,但对复杂的开环网结线仍然适用。
从图2中分段开关数量与线路分段数的关系可见,无论多么复杂的树枝环网,都可以以电源至所有联络开关之间线路总长作为线路长L,线路分段数为n,则分段开关数仍为n-1,而联络开关数则决定于独立的闭环数。因此,式(14)的结论对复杂的开环网仍然适用。
4、案例计算
假设线路长度L为6km,线路负荷4000kVA,每台分段开关的单价为3万元,每多供1kW.h电量的收益Vt为0.1元,贴现率i=0.1,设备维修率a=0.02。根据表1统计数据,线路故障率为0.05次/(年.km),线路检修率为1次/(年,km),线路平均维修时间的故障率为0.005次/(台.年),线路平均维修时间为5h,故障巡查时间为2h,由式(14)可得:n=3.78。n取整数为4,即该条线路分为4段,设3台分段开关。
5、结束语：
(1)10kV配电网中,每条线路的分段数与线路的总负荷和线路长度成正比,与每多供1kW.h电量的收益成正比,与开关的单价成反比。
(2)10kV线路分段时,按区段上负荷大小基本相等的原则进行。
(3)统计计算表明,按式V=(c十b—s)/E确定的分段数是较为经济合理的,可在工程中应用。
参考文献：
①城市10kV配电网线路分段的选择《武汉船舶职业技术学院学报》官和耀
②确定城市10kV配电网线路最优分段数的一种方法《电力系统自动化》康庆平卢锦玲杨国旺
