配电系统可靠性评估
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根据表5.4和表5.5数据，可以计算出其他可 靠性指标：
年用户停电次数： ACI＝250×1.35＋100×1.1＋50×0.85＝490 次/a 用户停电持续时间： CID＝250×1.55＋100×2.05＋50×2.05＝695 h/a SAIFI＝490/400＝1.225 次/用户.a SAIDI＝695/400＝1.7375 h/用户.a CAIDI＝695/490＝1.4184 h/停电用户.a ASUI＝695/(400×8760)＝0.000198 ASAI＝1－ASUI＝0.999802
5.3 放射状配电系统的可靠性估计 分析方法
建立故障模式及后果分析表，即查清每个基本故障事 件及其后果，然后加以综合。进行故障分析的3个指标： 负荷点故障率：λ（次/a）； 负荷点每次故障平均停电持续时间：r（h/次）； 负荷点的年平均停电时间：U（h/a） 对于n个串联可修复元件 n 对于两个并联可修复元件 i (5.2)
第五章 配电系统可靠性评估
Distribution System Reliability Evaluation
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 概 述 配电系统可靠性指标的计算 放射状配电系统的可靠性估计 配电系统典型结构的可靠性分析 考虑容量约束的配电系统可靠性评估
基于故障模式影响分析法的配电系统可靠性评估 2001年全国主要城市供电可用率统计 电压骤降的可靠性评估
表5.2 用户停电数据
停电情况 用户停电次数 A 5000 D 1000* C 5000 B 4000 D 2000* 17000 16000* 持续时间/h 1.0 0.2 2.0 0.5 1.75
1
2 3 4 用户停电总数 受停电影响用户数
*在停电情况1和4中，有些用户是通过母线D引出的馈线供
电的。因此在停电情况 4中加上 1000 个受停电影响的新用 户，总停电次数为17000次，实际影响用户为16000个。
5.1 概 配电系统可靠性指标
述
1. 用户平均停电频率指标：CAIFI，customer average interruption frequency index 2. 用户平均停电持续时间指标：CAIDI，customer average interruption duration index 3. 系统平均停电频率指标：SAIFI，system average interruption frequency index 4. 系统平均停电持续时间指标：SAIDI，system average interruption duration index 5. 平均供电可用率指标：ASAI，average service availability index 6. 平均供电不可用率指标：ASUI，average service unavailability index 7. 期望缺供电能量：EENS，expected energy not served
r i ri U i ri
i 1 i 1 n i 1 n i 1
i
n
(5.3) (5.4)
12 r1 r2
r r1r2 / r1 r2
(5.5) (5.6) (5.7)
U r
5.3 放射状配电系统的可靠性估计 典型放射状配电系统
5.1 概
述
电力市场条件下对配电系统可靠性的新要求
发展电力市场时，配电系统必须有规划和设计； 提高需求预测的准确性； 配电系统可靠性评估要考虑交易形式不同（合同 交易和现货交易）带来的不确定因素； 可靠性技术逐渐发展为实时系统； 要求提出评估停电损失的理论模型和开发应用软 件，用以分析可靠性投资和可靠性效益，确定合 理的电价水平。
平均故障修复 时间r/h 3.0 1.0 0.5 250 100 50
表5.5 故障模式及后果分析
负荷点A 元 件 供 电 干 线 分 支 线 2km段 3km段 λ /(次/a) 0.2 0.3 r /h 3.0 0.5 U (h/a) 0.6 0.15 λ /(次/a) 0.2 0.3 负荷点B r /h 3.0 3.0 U (h/a) 0.6 0.9 λ /(次/a) 0.2 0.3 负荷点C r /h 3.0 3.0 U (h/a) 0.6 0.9
5.1 概
述
指供电点到用户，包括配电变电所、高低压配电线路 及接户线在内的整个配电系统及设备按可接受标准和期望 数量满足用户电力和电能量需求之能力的度量。 配电系统可靠性主要评估充裕度。
评估原理
1. 故 障 模 式 影 响 分 析 法 (failure mode and effect analysis ， FMEA)
5.2 配电系统可靠性指标的计算
设某配电系统从六段母线引出六条主馈电线，共有55000个用户。 每条馈线供电的用户数以及某年的用户停电数据如表5.1和5.2所示。 表5.1 配电系统数据
母线 A B C D E F 总计 馈电线供 电用户数 5000 15000 10000 10000 7000 8000 55000
5.1 概 评估原理
述
2. 可靠度预测分析法 以裕度为基础。引入联络率α和有效运行率η的概 念。 α表示馈电各区段联络程度的指标，描述了故障 时线路的倒送能力；α＝1表示该馈电线可以切换。 η表示负荷有效切换的指标，是馈线发生故障时 所有各区段是否都可切换的判据；η＝100％为临界 值，η<100％表示有裕度。
5.2 配电系统可靠性指标的计算
4. 用户平均停电持续时间指标CAIDI：一年中被停电 的用户平均停电持续时间。 CAIFI＝1242000/16000＝77.63min/停电用户.a 5. 平均供电可用率指标ASAI：一年中用户经受不停电 小时总数与用户要求的总供电小时数之比。 ASAI＝1－1242000/(55000×8760×60)＝0.999957 6. 平均供电不可用率指标ASUI：一年中用户的累积停 电小时总数与用户要求的总供电小时数之比。 ASUI＝1242000/(55000×8760×60)＝0.000043 显然，有 ASUI＝1－ASAI
表5.6 各种结构用户可靠性指标
节点A 各种结构 结构A：单回路放射式 结构B：手动切换0.5h 结构C：正常开环，手动切换0.5h 结构C：正常闭环 λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 2.45 1.85 节点B λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 3.2 2.00 节点C λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 3.95 2.15 节点D λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 4.7 2.30 节点E λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 2.45 2.45
F(开环点)
A
B
A
B
C
D
C
D
E
图5.4 环式结构图 (结构C)
图5.5 并联结构图 (结构D)
E
5.4 配电系统典型结构的可靠性分析
配电系统典型结构的可靠性分析
计算参数： 非操作设备 操作设备
隔离开关操作时间：t＝0.5h； 短路故障：λ＝0.01次/a，r＝5h/次； 误分闸事故率：λFT＝0.01次/a； 拒分闸概率：PS＝0.001； 拒合闸概率：PC＝0.001； 保护越级误分闸概率：P0＝0.01； 手动切换开关操作时间：t1＝0.5h； 自动切换开关操作时间：t2＝0.05h。
结构D：双电源结构
0.046 0.223 0.045 0.225 0.046 0.225 0.046 0.196 0.036 0.196
表5.7 各种结构系统可靠性指标
各种结构 结构A：单回路放射式 结构B：手动切换0.5h 结构B：自动投入0.05h 结构C：正常开环，手动切换0.5h 结构C：正常开环，自动投入0.05h 结构C：正常闭环 结构D：双电源结构 SAIFI 次/用户.a 1.81 1.81 1.81 0.596 0.586 0.036 0.042 SAIDI h/用户.a 3.95 2.15 0.897 0.503 0.254 0.196 0.213 ASAI % 99.9549 99.9755 99.9898 99.9942 99.9971 99.9977 99.9975 ENS kW.h/a 17950.0 10750.0 5350.03 2516.02 1269.85 981.64 1065.86 AENS kW.h/用户.a 3950.00 2150.00 891.67 503.204 253.97 196.33 213.172
5.4 配电系统典型结构的可靠性分析 配电系统的典型结构
所有元件串联
B
D E
备用电源通过正常 断开的隔离开关或断 路器与主馈线连接
B
D
AS
A 图5.2 单回路放射结构图 (结构A)
C
Leabharlann Baidu
A
C
E
图5.3 有备用电源的放射结构图 (结构B) S1 S2
开关 断开
两回电源同时工作，可以开环或闭环运行 开关 闭合
根据选定的可靠性准则，将配电系统划分为完好和故障两类状态， 然后根据故障状态计算出相应的可靠性指标的分析方法。 故障准则：供电连续性遭破坏(停电)为故障状态。 具体做法：建立故障模式影响分析表，查清每个基本故障事件及 其影响，然后加以综合分析，计算出可靠性指标。适用于放射状网 络，可扩展并用于有转移设备的复杂网络的全面分析。 复杂网络特点：各馈电线均有负荷点；馈点通过正常断开点彼此 相连或与其他电源相连；负荷可以转移；故障将会引起局部或全部 断电。
表5.4 元件的可靠性指标
F2 2km 3km 2km B DS2 1km （ F3 1km C 名称 供电干线 故障率λ (次/km.a) 0.1 平均故障修 复时间r/h 3.0
CB F1
（ DS1
A
3km
分支线
0.25
A
1.0
0.5 250 100
DS1，DS2 操作时间/h 负荷点供 电用户数 B
主要考虑持续性强迫停运， 用元件的故障率λ和修复时间r 表示。 线路长度均为3km，λ＝ 0.1次/km.a， r＝3h/次； 负荷大小均为1000kW， 每个负荷点用户数均为1 个负荷； 在以上假设情况下，计算各种结构的可靠 暂不考虑预安排停电。 性指标见表5.6和表5.7。
5.4 配电系统典型结构的可靠性分析
图5.1 放射状配电系统
注：CB－配电干线断路器；F－熔断器 DS－隔离开关；A，B，C－负荷点
C
50
5.3 放射状配电系统的可靠性估计
CB F1 3km
F2 2km
（ DS1
2km
B
DS2 1km （ F3 1km C
3km A
故障率λ (次/km.a) 0.1 供电干线 0.25 分支线 DS1，DS2 操作时间/h A 负荷点供电的 B 用户数 C 名称
1km段
3km段 2km段
0.1
0.75
0.5
1.0
0.05
0.75
0.1
0.5
0.05
0.1
3.0
0.3
0.5
1.0
0.5
1km段
总 计 1.35 1.15 1.55 1.1 1.86 2.05
0.25
0.85
1.0
2.41
0.25
2.05
5.3 放射状配电系统的可靠性估计 典型放射状配电系统
5.2 配电系统可靠性指标的计算
1. 系统平均停电频率指标SAIFI：指每个由系统供电的 用户在每个单位时间内的平均停电次数。 SAIFI＝17000/55000＝0.31 次/用户.a 2. 用户平均停电频率指标CAIFI：指每个受停电影响的 用户在单位时间内经受的平均停电次数。 CAIFI＝17000/16000＝1.06 次/停电用户.a 3. 系统平均停电持续时间指标SAIDI：每个由系统供电 的用户一年内经受的平均停电持续时间。 Ttl＝5000×60＋1000×12＋5000×120 ＋4000×30＋2000×105 ＝1242000 min SAIDI＝1242000/16000＝22.58 min/用户.a
0.346 0.397 0.668 0.512 0.358 0.403 0.658 0.553 0.948 0.651 0.036 0.197 0.036 0.195 0.036 0.197 0.036 0.197 0.036 0.195
结构C：正常开环，自动投入0.05h 0.346 0.262 0.668 0.227 0.358 0.262 0.659 0.277 0.948 0.241
年用户停电次数： ACI＝250×1.35＋100×1.1＋50×0.85＝490 次/a 用户停电持续时间： CID＝250×1.55＋100×2.05＋50×2.05＝695 h/a SAIFI＝490/400＝1.225 次/用户.a SAIDI＝695/400＝1.7375 h/用户.a CAIDI＝695/490＝1.4184 h/停电用户.a ASUI＝695/(400×8760)＝0.000198 ASAI＝1－ASUI＝0.999802
5.3 放射状配电系统的可靠性估计 分析方法
建立故障模式及后果分析表，即查清每个基本故障事 件及其后果，然后加以综合。进行故障分析的3个指标： 负荷点故障率：λ（次/a）； 负荷点每次故障平均停电持续时间：r（h/次）； 负荷点的年平均停电时间：U（h/a） 对于n个串联可修复元件 n 对于两个并联可修复元件 i (5.2)
第五章 配电系统可靠性评估
Distribution System Reliability Evaluation
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 概 述 配电系统可靠性指标的计算 放射状配电系统的可靠性估计 配电系统典型结构的可靠性分析 考虑容量约束的配电系统可靠性评估
基于故障模式影响分析法的配电系统可靠性评估 2001年全国主要城市供电可用率统计 电压骤降的可靠性评估
表5.2 用户停电数据
停电情况 用户停电次数 A 5000 D 1000* C 5000 B 4000 D 2000* 17000 16000* 持续时间/h 1.0 0.2 2.0 0.5 1.75
1
2 3 4 用户停电总数 受停电影响用户数
*在停电情况1和4中，有些用户是通过母线D引出的馈线供
电的。因此在停电情况 4中加上 1000 个受停电影响的新用 户，总停电次数为17000次，实际影响用户为16000个。
5.1 概 配电系统可靠性指标
述
1. 用户平均停电频率指标：CAIFI，customer average interruption frequency index 2. 用户平均停电持续时间指标：CAIDI，customer average interruption duration index 3. 系统平均停电频率指标：SAIFI，system average interruption frequency index 4. 系统平均停电持续时间指标：SAIDI，system average interruption duration index 5. 平均供电可用率指标：ASAI，average service availability index 6. 平均供电不可用率指标：ASUI，average service unavailability index 7. 期望缺供电能量：EENS，expected energy not served
r i ri U i ri
i 1 i 1 n i 1 n i 1
i
n
(5.3) (5.4)
12 r1 r2
r r1r2 / r1 r2
(5.5) (5.6) (5.7)
U r
5.3 放射状配电系统的可靠性估计 典型放射状配电系统
5.1 概
述
电力市场条件下对配电系统可靠性的新要求
发展电力市场时，配电系统必须有规划和设计； 提高需求预测的准确性； 配电系统可靠性评估要考虑交易形式不同（合同 交易和现货交易）带来的不确定因素； 可靠性技术逐渐发展为实时系统； 要求提出评估停电损失的理论模型和开发应用软 件，用以分析可靠性投资和可靠性效益，确定合 理的电价水平。
平均故障修复 时间r/h 3.0 1.0 0.5 250 100 50
表5.5 故障模式及后果分析
负荷点A 元 件 供 电 干 线 分 支 线 2km段 3km段 λ /(次/a) 0.2 0.3 r /h 3.0 0.5 U (h/a) 0.6 0.15 λ /(次/a) 0.2 0.3 负荷点B r /h 3.0 3.0 U (h/a) 0.6 0.9 λ /(次/a) 0.2 0.3 负荷点C r /h 3.0 3.0 U (h/a) 0.6 0.9
5.1 概
述
指供电点到用户，包括配电变电所、高低压配电线路 及接户线在内的整个配电系统及设备按可接受标准和期望 数量满足用户电力和电能量需求之能力的度量。 配电系统可靠性主要评估充裕度。
评估原理
1. 故 障 模 式 影 响 分 析 法 (failure mode and effect analysis ， FMEA)
5.2 配电系统可靠性指标的计算
设某配电系统从六段母线引出六条主馈电线，共有55000个用户。 每条馈线供电的用户数以及某年的用户停电数据如表5.1和5.2所示。 表5.1 配电系统数据
母线 A B C D E F 总计 馈电线供 电用户数 5000 15000 10000 10000 7000 8000 55000
5.1 概 评估原理
述
2. 可靠度预测分析法 以裕度为基础。引入联络率α和有效运行率η的概 念。 α表示馈电各区段联络程度的指标，描述了故障 时线路的倒送能力；α＝1表示该馈电线可以切换。 η表示负荷有效切换的指标，是馈线发生故障时 所有各区段是否都可切换的判据；η＝100％为临界 值，η<100％表示有裕度。
5.2 配电系统可靠性指标的计算
4. 用户平均停电持续时间指标CAIDI：一年中被停电 的用户平均停电持续时间。 CAIFI＝1242000/16000＝77.63min/停电用户.a 5. 平均供电可用率指标ASAI：一年中用户经受不停电 小时总数与用户要求的总供电小时数之比。 ASAI＝1－1242000/(55000×8760×60)＝0.999957 6. 平均供电不可用率指标ASUI：一年中用户的累积停 电小时总数与用户要求的总供电小时数之比。 ASUI＝1242000/(55000×8760×60)＝0.000043 显然，有 ASUI＝1－ASAI
表5.6 各种结构用户可靠性指标
节点A 各种结构 结构A：单回路放射式 结构B：手动切换0.5h 结构C：正常开环，手动切换0.5h 结构C：正常闭环 λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 2.45 1.85 节点B λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 3.2 2.00 节点C λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 3.95 2.15 节点D λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 4.7 2.30 节点E λ 次/a 1.81 1.81 U h/a 2.45 2.45
F(开环点)
A
B
A
B
C
D
C
D
E
图5.4 环式结构图 (结构C)
图5.5 并联结构图 (结构D)
E
5.4 配电系统典型结构的可靠性分析
配电系统典型结构的可靠性分析
计算参数： 非操作设备 操作设备
隔离开关操作时间：t＝0.5h； 短路故障：λ＝0.01次/a，r＝5h/次； 误分闸事故率：λFT＝0.01次/a； 拒分闸概率：PS＝0.001； 拒合闸概率：PC＝0.001； 保护越级误分闸概率：P0＝0.01； 手动切换开关操作时间：t1＝0.5h； 自动切换开关操作时间：t2＝0.05h。
结构D：双电源结构
0.046 0.223 0.045 0.225 0.046 0.225 0.046 0.196 0.036 0.196
表5.7 各种结构系统可靠性指标
各种结构 结构A：单回路放射式 结构B：手动切换0.5h 结构B：自动投入0.05h 结构C：正常开环，手动切换0.5h 结构C：正常开环，自动投入0.05h 结构C：正常闭环 结构D：双电源结构 SAIFI 次/用户.a 1.81 1.81 1.81 0.596 0.586 0.036 0.042 SAIDI h/用户.a 3.95 2.15 0.897 0.503 0.254 0.196 0.213 ASAI % 99.9549 99.9755 99.9898 99.9942 99.9971 99.9977 99.9975 ENS kW.h/a 17950.0 10750.0 5350.03 2516.02 1269.85 981.64 1065.86 AENS kW.h/用户.a 3950.00 2150.00 891.67 503.204 253.97 196.33 213.172
5.4 配电系统典型结构的可靠性分析 配电系统的典型结构
所有元件串联
B
D E
备用电源通过正常 断开的隔离开关或断 路器与主馈线连接
B
D
AS
A 图5.2 单回路放射结构图 (结构A)
C
Leabharlann Baidu
A
C
E
图5.3 有备用电源的放射结构图 (结构B) S1 S2
开关 断开
两回电源同时工作，可以开环或闭环运行 开关 闭合
根据选定的可靠性准则，将配电系统划分为完好和故障两类状态， 然后根据故障状态计算出相应的可靠性指标的分析方法。 故障准则：供电连续性遭破坏(停电)为故障状态。 具体做法：建立故障模式影响分析表，查清每个基本故障事件及 其影响，然后加以综合分析，计算出可靠性指标。适用于放射状网 络，可扩展并用于有转移设备的复杂网络的全面分析。 复杂网络特点：各馈电线均有负荷点；馈点通过正常断开点彼此 相连或与其他电源相连；负荷可以转移；故障将会引起局部或全部 断电。
表5.4 元件的可靠性指标
F2 2km 3km 2km B DS2 1km （ F3 1km C 名称 供电干线 故障率λ (次/km.a) 0.1 平均故障修 复时间r/h 3.0
CB F1
（ DS1
A
3km
分支线
0.25
A
1.0
0.5 250 100
DS1，DS2 操作时间/h 负荷点供 电用户数 B
主要考虑持续性强迫停运， 用元件的故障率λ和修复时间r 表示。 线路长度均为3km，λ＝ 0.1次/km.a， r＝3h/次； 负荷大小均为1000kW， 每个负荷点用户数均为1 个负荷； 在以上假设情况下，计算各种结构的可靠 暂不考虑预安排停电。 性指标见表5.6和表5.7。
5.4 配电系统典型结构的可靠性分析
图5.1 放射状配电系统
注：CB－配电干线断路器；F－熔断器 DS－隔离开关；A，B，C－负荷点
C
50
5.3 放射状配电系统的可靠性估计
CB F1 3km
F2 2km
（ DS1
2km
B
DS2 1km （ F3 1km C
3km A
故障率λ (次/km.a) 0.1 供电干线 0.25 分支线 DS1，DS2 操作时间/h A 负荷点供电的 B 用户数 C 名称
1km段
3km段 2km段
0.1
0.75
0.5
1.0
0.05
0.75
0.1
0.5
0.05
0.1
3.0
0.3
0.5
1.0
0.5
1km段
总 计 1.35 1.15 1.55 1.1 1.86 2.05
0.25
0.85
1.0
2.41
0.25
2.05
5.3 放射状配电系统的可靠性估计 典型放射状配电系统
5.2 配电系统可靠性指标的计算
1. 系统平均停电频率指标SAIFI：指每个由系统供电的 用户在每个单位时间内的平均停电次数。 SAIFI＝17000/55000＝0.31 次/用户.a 2. 用户平均停电频率指标CAIFI：指每个受停电影响的 用户在单位时间内经受的平均停电次数。 CAIFI＝17000/16000＝1.06 次/停电用户.a 3. 系统平均停电持续时间指标SAIDI：每个由系统供电 的用户一年内经受的平均停电持续时间。 Ttl＝5000×60＋1000×12＋5000×120 ＋4000×30＋2000×105 ＝1242000 min SAIDI＝1242000/16000＝22.58 min/用户.a
0.346 0.397 0.668 0.512 0.358 0.403 0.658 0.553 0.948 0.651 0.036 0.197 0.036 0.195 0.036 0.197 0.036 0.197 0.036 0.195
结构C：正常开环，自动投入0.05h 0.346 0.262 0.668 0.227 0.358 0.262 0.659 0.277 0.948 0.241