项目建议书-一流配电网国际对标专题研究之高可靠性配电网深度剖析.doc

一流配电网国际对标专题研究之高可靠性配电网深度剖析一、课题背景1 •研究背景和意义国家电网公司确立了建设“世界一流电网、国际一流企业” 的发展愿景，江苏是国家电网系统用电量最大的省份，具备率先 建设一流电网的基础2012年3月，省政府与国家电网公司签订 战略合作框架协议，将江苏电网发展规划纳入“十二五”国家电 网发展规划重点支持，以进一步加快全省各级电网建设，提升智 能化水平；同年10月，江苏省电力公司在国家电网系统率先启动“一流配电网”建设；2013年江苏省电力公司已累计在配网建 设改造上投入资金112.96亿元，完成配网项目2.9万个未来三年, 江苏省电力公司平均每年配电网投入增幅20%以上，计划到2018 年全省基本建成“一流配电网配电网是电网的末端，上联电网主网架，下连千家万户，是 连接输电网、分布式电源和广大用电客户的重要环节发展高可 靠性配电网是解决电网“两头薄弱”、实现电网转型升级的重要 内容，也将更好地服务江苏省电力公司"两个率先”、促进民生 改善2011年全国共402个地市级供电企业，其中市中心+市区：平 均停电4.79小时，供电可靠率为99.945%；市中心+市区+城镇： 平均停电7.01小时，供电可靠率为99.920%o 2011年江苏省电力公司供电可靠率为99.9526%,平均停电4.16小时，其中江苏城市用户平均停电时间减少至2.89小时，农村用户平均停电时间为10.51 小时。

目前江苏省电力公司供电可靠性与世界发达城市或地区差 距较大，仍需全面提高供电可靠性如2011年新加坡电网停电时 间为0.31分钟，供电可靠性指标已达到99.999941%； 2009年日本 东京电网停电时间为2分钟，供电可靠性指标已达到99.999619%； 2007年法国巴黎电网停电时间为27分钟，供电可靠性指标已达到 99.994787% o江苏省电力公司通过“一流配电网'，建设，计划城市核心区用 户年平均故障修复时间将低于5分钟、用户年均停电时间将控制 在6分钟以内、农村用户年均停电时间将控制在6小时以内作为 “一流配电网”示范区，为了追求供电可靠性，往往造成电网投入 多、裕度大，使设备利用率低，但即使这样供电可靠性仍然与国 际先进水平（新加坡电网）差距较大因此，“一流配电网”的建 设势必需要对高可靠性配电网的供电方案及技术水平进行深入 研究2. 研究任务(1) 调研国外高可靠性配电网规划及运营的先进手段和特 征，深度挖掘该地区配电网高可靠性指标及形成原因2) 以江苏高可靠性示范区(如南京新街口)为例，从设 备自身健康状态、网架结构影响、外界环境影响、运维和管理等 维度全面地进行可靠性评估，找出配电网薄弱环节及对供电可靠 性提升的贡献程度，明确与国外高可靠性地区配电网的差距。

3) 通过对南京新街口示范区，按照新加坡花瓣型电网的 供电模式进行全电压等级高可靠性规划，并与现状电网进行定量 计算、分析及比较4) 通过定量计算、分析及深度研究找出国内配电网无法 闭环运行的症结所在，提出实现髙可靠性配电网需要的改造措施、 规划思路和方法、以及管理建议3. 研究目标通过对国外高可靠配电网全方位的梳理及可靠性深度剖析， 找出差距，提出适应于中国高可靠性配网改造措施、规划思路和 方法、管理建议二、研究内容本项目研究的内容包括以下几方面：1. 国外高可靠性配电网调研主要调研国外高可靠性配电网所在的供电企业运营效率及 管理水平、技术水平，以及随着技术发展和管理水平的提高伴随 的供电可靠性提髙的过程1.1供电企业运营效率及管理水平调研调研国外高可靠性配电网供电企业的运营效率、经营效益及发展质量等因素，比较江苏高可靠性示范区电网与其差距，从而 确定示范区达到高可靠性配电网应具备的管理条件国内外电力公司的发展历程表明供电企业的运营效率、经营 效益及发展质量主要受两大方面的综合影响：一是供电企业服务 区域的经济发达程度与社会发展阶段，二是供电企业自身对客户 资源、电网资源和支撑资源等资源的整合能力。

通过借鉴包括欧洲电力政策与经济研究中心、美国电科院、 加拿大电力协会以及美国供电企业对供电企业评价的指标体系, 圈定了本次研究涉及的46项指标表1供电企业评价的指标体系指标定义NSWCEPEEPRICEAEUCGSGS单位资产输配电总成本输配电总成本/总资产线损率（购电量-售电量）/售电量电网设备可用系数设备运行小时数/设备设计运行小时数输配电成本占比输配电成本/总成本电网资产寿命电网各类资产的平均寿命单位资产盈利能力经营利润/固定资产单位资产客户数客户数/总资产单位资产售电量销售电量/总资产总资产周转率销售收入/总资产国际通用事故率V年度工时损失/年度总工时碳排放密度CO2排放千克数/总售电量电缆比例电缆长度/总线路长度新能源接入比率新能源容量/系统总容量资产收益率经营利润/总资产净资产收益率净利润/净资产V供电可靠率l-(SAIDI/525600)用户平均停电时间年度停电总时户数/客户数用户平均停电次数年度停电总次数/客户数根据指标的可获取性、可对比性以及引用次数，结合示范区的实 际，确立了用于衡量企业水准的12个核心指标资产质量碳排放密度单位用户售电量电力在终端能源市场比重全民劳动生产率单位售电S输配电成本单位资产输配电总成本单位面积售电量售电量净资产收益率总资产周转率资产收益率资产负债率业绩水平 环境友好1.2高可靠性配电网技术水平调研国外高可靠性配电网供电可靠性水平及演变过程，结合 该地区电网电压等级序列、网架结构、运行方式和技术水平等运 行条件变化，以及相关技术条件下供电可靠性变化的情况，指导 并确定高可靠性配电网深度剖析的研究方向。

以新加坡电网供电可靠性的发展趋势为例：新加坡电网在 1993〜1994年应用环网运行技术，直接使平均停电时间由27.4 分钟减少到10.7分钟；而在2003/2004年间应用状态监测和状态 检修技术后，平均停电次数从0.1次/户降低至0.04次/户新加 坡配网的供电可靠性较高，至2011年新加坡电网供电可靠性指 标已达到99.999941%、系统平均停电时间指标为0.31分钟 1998〜2011年新加坡电网系统平均停电时间指标(SAIDI)变化 情况如下图所示2•示范区现状电网供电靠性深度剖析及研究重点对江苏高可靠性示范区现状电网进行深度剖析，从可靠性模型上区分设备自身健康状态、网架结构、外界环境、运维和 管理等要素的影响；建立高可靠性配电网的可靠性评估体系；进 行全电压等级的可靠性评估，分析供电可靠性的影响因素、薄弱 环节及各环节的影响程度，从而找出与高可靠性配电网的差距; 提出江苏高可靠性示范区电网规划、建设和管理等工作的建议主要研究内容如下：2.1设备可靠性精细化模型研究通过设备精细化建模可反映电网的细微变化，如接线模式、 馈线长短、负荷大小的变化、运行条件和运行环境等精细化建 模不但能较为准确地定量分析出各种电网建设、改造以及各种技 术、管理措施对可靠性水平的影响，还能够较准确地构建相关影 响因素与供电可靠性指标间的模型体系，如各种设备停电对可靠 性影响的灵敏度，从而找到最优的可靠性控制手段，提高可靠性管理的成本-效益。

1）基于设备健康状态的元件可靠性模型通过对大量电力设备的故障数据研究表明，设备的故障率跟 设备制造水平有关，并呈浴盆曲线形状，具有三个明显的区域, 如下图所示区域I为调试期，元件故障率随时间逐渐下降；区 域II为有效寿命期，元件故障率接近常数；区域III为衰耗期， 元件故障率呈上升趋势元件的老化失效即发生在衰耗期，是与 历史（即元件服役时间）有关的条件失效事件故障率调试期有效寿命期衰耗期TT111（2）天气相依的偶然失效模型研究表明，暴露于室外的变压器和输电线路，其故障率与所处的天气情况有关在雷雨、台风、飓风、冰雪等一些恶劣的天 气条件下，元件的故障率可能比正态天气条件下的故障率大许多 倍尽管这种情况不多见且持续时间较短，但在这个期间，元件 的故障率却显著增加，而且重叠故障的概率远比正常天气条件下 大得多需要注意的是，天气相依的元件失效与共模故障的概念 不同从本质上说，天气相依失效意味着元件与天气的相关性, 并非元件与元件之间的相关性元件的重叠故障仍然是独立的, 但因共同天气的影响而更趋严重可一 J-f- 咐一 役一 艮 一 fl 一 \历史及未来的运行条件!负荷水平；I 'I天气状况］1 /--TI・-温热速向 一境照风风-环H一丿元件短期 可靠性模型元件短期 停运概率p=l-(l-^)d)(l-C)< J畑代一 化型 一 老模 」一护运匕一 一保停尸一 一荷致型一 一负作模一 —I>|II一效 PC _ 置条件相依的元件运行可靠性模型示意图(3)不同地域可靠性模型元件可靠性水平与元件所处的地理位置有关。

在山区，树木 植被相对茂盛，在夏季时，伴随着树木生长，易发生树枝接触故 障；此外，山火条件下，元件故障率大大增加，需要进行单独考 虑在城市地区，负荷集中，且线路、设备种类较多，由于施工 等人为因素造成的停电及故障概率增加在对元件可靠性建模时, 结合地理位置信息，分析不同地区可靠性影响因素，按区域统计 可靠性参数，可以有效提高可靠性评估水平2.2全电压等级可靠性评估方法研究在发输电系统可靠性评估、配电系统可靠性评估、变电站主 接线可靠性评估的基础上进一步研究考虑配电自动化技术下的 全电压等级电网可靠性评估方法1)发输电系统可靠性评估发输电系统可靠性评估中，针对状态枚举法需要分析的故障 状态多，可靠性评估的计算量就会显著增加的问题，采用快速排 序法快速排序法就是根据系统初始状态和基本数学理论，能够 迅速得到一定包含下一个概率最大状态的状态集合，这个状态集 合中的状态数远远小于系统所有的状态数，这样就能很快通过比 较找出下一个概率最大状态为了进一步考虑大型机组等多状态 模型，采用了考虑多状态模型的快速排序算法，使算法更加完整 随后，为了考虑被忽略的小概率故障实际对系统可靠性指标的影 响，将快速排序法与模拟法相结合，提出状态空间分割法，即先 用快速排序法选取系统概率最大的几个状态，再用模拟法对系统 剩余状态进行抽样，由于剩余状态的概率普遍较小，方差也小, 所以抽样收敛速度快。

2) 配电系统可靠性评估配电系统可靠性评估中，设计考虑隔离装置、联络开关切换 和分布式电源接入的复杂配电网可靠性评估算法项目在最小割 集法的基础上，通过定义共模最小割集、可切换最小割集、备用 最小路等新模型，使算法能够有效反映隔离装置、联络开关和分 布式电源对配网可靠性的影响，得到较为精确的、确定性的可靠 性指标，方便进行电网规划方案优选3) 配网变电站主接线可靠性评估提出全电压等级配网变电站主接线简化模型，将配网变电站 主接线等效成母线和进出线设备，设计配电网变电站出线可靠性 参数矩阵来反映变电站两条出线之间故障的相关性，并且给出变 电站出线设备在最小割集内的处理方法4) 配电自动化技术下可靠性评估方法研究配电系统实现自动化后，发生故障或检修时可打开系统中某 些分段开关进行故障隔离，同时在满足系统电气极限容量约束的 前提下，合上某些联络开关把受影响的健全区域内部分或全部负 荷点转移到同一连。