CN105004944B - 一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统的中压配电网继电保护技术供电可靠性分析领域，具体涉及了一种用于配电网继电保护评估的可靠性计算方法，本发明根据线路具体继电保护配置与整定参数分析所有可能出现的故障情况，将其分别划分为不同的保护范围后计算得出各种故障对供电可靠性的影响，基于配电网线路结构，根据对应的继电保护配置与整定参数，区分实际的保护范围，准确计算出相应出线由故障引起的停电时间、停电次数；本发明为继电保护方案对配电网供电可靠性的影响提供了一种全面有效准确的计算方法，能够深入分析不同配网继电保护的优势与特点。

Description

一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法

技术领域

本发明属于电力系统的中压配电网继电保护技术领域，具体涉及一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法。

背景技术

近年来，随着国民经济发展水平的飞速提升，电力负荷增长迅速，同时越来越多的负荷对供电可靠性的要求大幅提高。根据统计，整个系统约有80％的故障发生在配电网，因此配电网的继电保护是提高用户供电可靠性的主要提升环节。配电网为近年来电网建设改造的主要改造对象，量化的供电可靠性分析方法可以为不同配电网继电保护配置和整定方案的性能评估提供一种有效的评价工具；国内目前还没有一套完整的供电可靠性分析方法可以与配电网的继电保护相配套，现行的供电可靠性分析方法未结合具体继电保护方案的各级保护范围将配电网划分为不同的不停电区域，停电可恢复供电区域和停电不可恢复供电区域，无法有针对性的计算相应继电保护配置与整定方案的具体可靠性，为了准确的评估不同配电网继电保护方案的优劣，在配电网改造中有效提升其供电可靠性指标，使配电网在经济建设中起到更稳定的支柱作用，亟需一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性分析方法。

发明内容

本发明的目的为解决现有技术的上述问题，提供了一种用于供电可靠性分析、可准确给出配电网继电保护配置与整定方案的供电可靠性指标的配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法，其特征在于：根据配电网线路的继电保护配置与整定参数，结合线路基本结构及类型，计算线路供电可靠性的停电时间和停电次数，具体包括如下步骤：

(1).输入线路的基本结构图及参数；

(2).设置线路的永久故障率、瞬时故障率、配变故障率和故障区间长时停电时间；

(3).输入线路的出线、线路分段、分支线和配电变压器的继电保护配置与整定参数，划分各保护的保护范围；

(4).根据继电保护的配置与整定参数，分别划分在不同保护的保护范围内发生瞬时故障、永久故障和配变故障时，线路的不停电区域、停电可恢复供电区域及停电不可恢复供电区域；

(5).当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时，分别计算长时停电时间T_FIH和短时停电次数N_FMIT。

优选地，当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时长时停电时间T_FIH通过如下表达式进行计算：

式中，L_i为线路继电保护的范围内部分线路发生永久故障时的线路长度，x_i为分线路发生永久故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；L_j为线路继电保护的保护范围内部分线路发生瞬时故障时的线路长度，x_j为部分线路发生瞬时故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；x_k为线路继电保护的范围内线路发生永久故障时线路中所有配变保护所对应的用户数，t_kl为故障区间长时停电时间，a为永久故障率，b为瞬时故障率，c为配变故障率。

优选地，当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时长时停电次数N_FIT通过如下表达式进行计算：

式中，L_i为线路继电保护的范围内部分线路发生永久故障时的线路长度，x_i为分线路发生永久故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；L_j为线路继电保护的保护范围内部分线路发生瞬时故障时的线路长度，x_j为部分线路发生瞬时故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；x_k为线路继电保护的范围内线路发生永久故障时线路中所有配变保护所对应的用户数，a为永久故障率，b为瞬时故障率，c为配变故障率。

优选地，当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时短时停电次数N_FMIT通过如下表达式进行计算：

式中，L_p为部分线路发生故障时的线路长度，x_p为部分线路发生故障时下游短时停电区域内的用户数，b为瞬时故障率。

在配电网继电保护中，配电网故障给用户带来的供电不连续的影响可分为长时停电和短时停电,其中：

(一)长时停电，即持续时间大于3min的停电，在配电网出现故障时，主要有以下情况造成用户长时停电：

(1)架空网络中线路出现永久短路故障，如果有馈线自动化措施，由于可以在3min内自动恢复健康区段的供电，因此仅会造成故障区段用户长时停电，否则会造成全线长时停电；配变侧故障会造成该配变所带用户长时停电；如果分支线安装了分界开关，在其下游故障时会造成长时停电。

(2)电缆环网主干线路出现故障，如果有馈线自动化措施，则不会引起任何用户长时停电，否则会造成全线长时停电；配变侧故障会造成该配变所带用户长时停电；

(3)开闭所网络中线路与配变短路一般均会引起其所带用户长时停电。

(二)短时停电，即持续时间小于3min的停电,在配电网出现短路时，主要有以下情况造成用户短时停电：

(1)架空网络中线路出现瞬时性短路且重合成功时，将造成全线所有用户出现1s左右的停电；对主干线路上的永久故障来说，如果有馈线自动化措施，则健全区段用户会遭受1min左右的短时停电；

(2)电缆环网主干线路与环网柜出线出现永久故障时，如果有馈线自动化措施，将造成所有用户将遭受1min左右的短时停电；

(3)开闭所网络进线短路，备自投运成功，故障进线侧母线上用户会遭受6s左右的短时停电；开闭所出线短路，如果采用配电自动化措施隔离故障线路，该母线上所有用户遭受1min左右的短时停电。

综上所述，本发明还具有以下有益效果：

(1)现行的供电可靠性计算方法只提供了一个基本计算公式，未结合配电网的具体继电保护方案产生的不同保护范围分类计算，没有考虑出线保护、分段保护、分支线保护及配电变压器保护等的配置与整定情况对实际线路供电可靠性造成的不同改变。

(2)本发明根据实际线路基本结构与参数，结合完整的继电保护配置与整定参数，确定各级继电保护的线路保护范围，划分全线为不停电区域、停电可恢复供电区域和停电不可恢复供电区域，依次计算出具体保护方案下不同区域的相应供电可靠性。此方法可以计算出实际运行中配电网更为详细与精确的供电可靠性指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法的计算流程图。

图2是本发明一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法的出线保护示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1，一种用于配电网继电保护的可靠性评估方法，根据配电网线路的继电保护配置、整定参数和线路基本结构，对配电网的出线线路进行供电可靠性评估，具体包括如下步骤：

(1).输入线路的基本结构图及参数,计算继电保护配置与整定的供电可靠性指标，需要详细线路结构图及参数作为基础,因此，线路基本结构图及参数应提供线路中所有用户、开关、熔断器、断路器等的分布位置，以及线路所用架空线、电缆线的型号及各分段线路长度等参数，如图2所示；

(2).设置线路的永久故障率、瞬时故障率、配变故障率和故障区间长时停电时间，包括输入完整的继电保护配置与整定参数，以及出线保护、分段保护、分支线保护和配电变压器保护的配置与整定情况，如采用断路器保护时，应明确其各段电流保护的电流定值、时间定值、重合闸参数等，采用熔断器保护时，应明确熔断器熔丝型号等；

(3).输入线路的出线、线路分段、分支线、配电变压器的继电保护配置与整定参数，划分各保护的保护范围；应根据线路参数，计算线路各点发生短路故障时，各个继电保护装置处流过的最小短路电流，并将其与相应的继电保护整定值进行比较，确定各个继电保护的最小线路保护范围；

(4).根据继电保护的配置与整定参数，分别划分在不同保护的保护范围内发生瞬时故障、永久故障和配变故障时，线路的不停电区域、停电可恢复供电区域及停电不可恢复供电区域；

(5).当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时，分别计算长时停电时间T_FIH和短时停电次数N_FMIT。

在本发明中，当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时长时停电时间T_FIH通过如下表达式进行计算：

式中，L_i为线路继电保护的范围内部分线路发生永久故障时的线路长度，x_i为分线路发生永久故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；L_j为线路继电保护的保护范围内部分线路发生瞬时故障时的线路长度，x_j为部分线路发生瞬时故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；x_k为线路继电保护的范围内线路发生永久故障时线路中所有配变保护所对应的用户数，t_kl为故障区间长时停电时间，a为永久故障率，b为瞬时故障率，c为配变故障率。

在本发明中，当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时长时停电次数N_FIT通过如下表达式进行计算：

式中，L_i为线路继电保护的范围内部分线路发生永久故障时的线路长度，x_i为分线路发生永久故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；L_j为线路继电保护的保护范围内部分线路发生瞬时故障时的线路长度，x_j为部分线路发生瞬时故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；x_k为线路继电保护的范围内线路发生永久故障时线路中所有配变保护所对应的用户数，a为永久故障率，b为瞬时故障率，c为配变故障率。

在本发明中，当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时短时停电次数N_FMIT通过如下表达式进行计算：

式中，L_p为部分线路发生故障时的线路长度，x_p为部分线路发生故障时下游短时停电区域内的用户数，b为瞬时故障率。

如图2所示，以下针对不同的区域发生故障时，给出具体的保护实施方案：

首先，在L₁区间内发生永久故障时，由出线断路器QF切除故障，造成全线长时停电；发生瞬时故障时，由出线断路器切除故障后并重合闸，造成全线短时停电；

其次，在L₂区间内无论发生瞬时故障还是永久故障，L₁区间内的用户均不受其影响，在L₂区间内发生永久故障时，由分段断路器QF₁(或分支线断路器)切除故障，造成L₂区间及下游用户长时停电，发生瞬时故障时，由QF₁切除故障后并重合闸，造成L₂区间及下游用户短时停电；

最后，在L₃区间内发生永久故障或者瞬时故障时，若令克FU(跌落式熔断器)处的短路电流大于令克的熔断电流且令克能迅速可靠熔断，则保护配置不会越级动作，直接由令克FU切除故障，造成L₃区间内用户长时停电，L₃区间上游用户不受影响；若令克FU处的短路电流没达到熔断电流值或者令克不能可靠熔断，则需由QF₁来切除故障，L₁区间内的用户均不受其影响。L₃区间内发生永久故障时，由分段断路器QF₁动作切除故障，造成L₂和L₃区间用户长时停电。发生瞬时故障时，由QF₁切除故障后并重合闸，造成L₂和L₃区间用户短时停电。

若全线用户总数为x户，其中，L₁区间内用户为x₁户，L₂区间内用户为x₂户，L₃区间内用户为x₃户，线路永久故障率为a(次/km·年)，线路瞬时故障率为b(次/km·年)，配变故障率为c(次/台·年)，故障区间长时停电时间为t_kl(h/次)，则确定长时停电指标和短时停电指标；

(一)、长时停电指标：

1).L₁区间内发生永久故障，L₁为故障区间，则故障区间用户长时停电次数为：

N_1FIT1＝a×L₁×x(户次/年),

故障区间用户长时停电时间为：

T_1FIH1＝aL₁xt_kl(h),

2).L₂区间内发生永久故障，L₂及下游线路为故障区间，此时L₁区间内用户不受影响，则故障区间用户故障长时停电次数为：

N_1FIT2＝a×L₂×(x₂+x₃)(户次/年)，

故障区间用户长时停电时间为：

T_1FIH2＝aL₂(x₂+x₃)t_kl(h)；

3).L₃区间内发生永久故障或瞬时故障，若在L₃区间内发生永久故障或瞬时故障时，该线路中的某一类熔断器熔断后，均会造成i户用户停电，且l_i为该类熔断器熔断后所造成的停电线路总长，i的取值范围根据实际线路统计得出：

N_1FIT3＝(a+b)Σl_i×i(户次/年)，T_1FIH3＝(a+b)t_klΣl_i×i(h)；

在图2中，步骤3)中的式子可以表示为：

N_1FIT3＝(a+b)L₃x₃(户次/年)，T_1FIH3＝(a+b)t_klL₃x₃(h)；

4).配变故障:

N_1FIT4＝xc(户次/年),T_1FIH4＝t_klxc；

因此，总的长时停电指标为故障区间用户故障长时停电总次数：

N_1FIT＝N_1FIT1+N_1FIT2+N_1FIT3+N_1FIT4

＝aL₁x+aL₂(x₂+x₃)+(a+b)L₃x₃+xc(户次/年)，

故障区间用户故障长时停电总时间：

T_1FIH＝T_1FIH1+T_1FIH2+T_1FIH3+T_1FIH4

＝aL₁xt_kl+aL₂(x₂+x₃)t_kl+(a+b)t_klL₃x₃+t_klxc(h)，

非故障区间用户故障长时停电总次数：N_2FIT＝0(户次/年)，

非故障区间用户故障长时停电总时间：T_2FIH＝0(h)，

所以，用户故障长时停电总次数为：

N_FIT＝N_1FIT+N_2FIT＝aL₁x+aL₂(x₂+x₃)+(a+b)L₃x₃+xc(户次/年)

用户故障长时停电总时间为：

T_FIH＝T_1FIH+T_2FIH＝aL₁xt_kl+aL₂(x₂+x₃)t_kl+(a+b)t_klL₃x₃+t_klxc(h)；

(二)、短时停电指标：如图2所示，短时停电仅在L₁和L₂区间内(即出线至令克间的线路)发生瞬时故障时会造成短时停电，在L₁区间内发生瞬时故障会造成全线短时停电，在L₂区间内发生瞬时故障时，会造成L₂区间及其下游线路用户发生短时停电的次数：

N_FMIT＝L₁xb+L₂(x₂+x₃)b(户次/年)。

综上所述，根据配电网线路继电保护配置与整定参数，结合线路基本结构，划分各个保护在线路的保护范围，并确定各保护的线路保护范围中，不同位置发生永久故障及瞬时故障时，全线的不停电区域、停电可恢复供电区域(由保护切除故障后短时内恢复供电)和停电不可恢复供电区域(保护切除故障后不再恢复供电)，以及其对应的保护范围中发生永久故障及瞬时故障的线路长度，然后进行供电可靠性计算，得出线路继电保护配置及整定的故障停电时间及停电次数。

以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法，其特征在于：根据配电网线路的继电保护配置与整定参数，结合线路基本结构及类型，计算线路供电可靠性的停电时间和停电次数，具体包括如下步骤：

(1).输入线路的基本结构图及参数；

(2).设置线路的永久故障率、瞬时故障率、配变故障率和故障区间长时停电时间；

(3).输入线路的出线、线路分段、分支线和配电变压器的继电保护配置与整定参数，划分各保护的保护范围；

(4).根据继电保护的配置与整定参数，分别划分在不同保护的保护范围内发生瞬时故障、永久故障和配变故障时，线路的不停电区域、停电可恢复供电区域及停电不可恢复供电区域；

(5).当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时，分别计算长时停电时间T_FIH和短时停电次数N_FMIT；

当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时长时停电时间T_FIH通过如下表达式进行计算：

<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>I</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>aL</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>bL</mi> <mi>j</mi> </msub> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>cx</mi> <mi>k</mi> </msub> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

式中，L_i为线路继电保护的范围内部分线路发生永久故障时的线路长度，x_i为分线路发生永久故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；L_j为线路继电保护的保护范围内部分线路发生瞬时故障时的线路长度，x_j为部分线路发生瞬时故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；x_k为线路继电保护的范围内线路发生永久故障时线路中所有配变保护所对应的用户数，t_kl为故障区间长时停电时间，a为永久故障率，b为瞬时故障率，c为配变故障率。

2.根据权利要求1所述的一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法，其特征在于：当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时长时停电次数N_FIT通过如下表达式进行计算：

<mrow> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>I</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>aL</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>bL</mi> <mi>j</mi> </msub> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>cx</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

式中，L_i为线路继电保护的范围内部分线路发生永久故障时的线路长度，x_i为分线路发生永久故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；L_j为线路继电保护的保护范围内部分线路发生瞬时故障时的线路长度，x_j为部分线路发生瞬时故障时的无法恢复供电区域中所带用户数；x_k为线路继电保护的范围内线路发生永久故障时线路中所有配变保护所对应的用户数，a为永久故障率，b为瞬时故障率，c为配变故障率。

3.根据权利要求1所述的一种用于配电网继电保护评估的供电可靠性计算方法，其特征在于：当线路继电保护的保护范围中，部分线路发生故障时短时停电次数N_FMIT通过如下表达式进行计算：

<mrow> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>F</mi> <mi>M</mi> <mi>I</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>p</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>q</mi> </munderover> <msub> <mi>bL</mi> <mi>p</mi> </msub> <msub> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

式中，L_p为部分线路发生故障时的线路长度，x_p为部分线路发生故障时下游短时停电区域内的用户数，b为瞬时故障率。