饋線自動化故障處理模式投資效益分析

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隨著我國市場經濟的不斷發展，社會對電力供應的依賴性越來越強，電力中斷給用戶造成的損失也越來越大，各供電企業正在積極醞釀實施配電網自動化工程的建設，爭取為用戶提供更加安全可靠的供電服務。饋線自動化是配電網自動化建設中首先實現的基本功能，它的主要作用是在線路發生故障時，迅速判斷、隔離故障區段并恢復非故障線路的供電。因此，它具有在短期內大幅度提高供電可靠性，降低經營成本的意義，也有推遲新建項目的潛在經濟效益。由于我國不同地區間的地理環境和經濟發展水平差距較大，供電部門能投入的資金水平以及用戶對供電可靠性的要求和停電造成的損失也不相同。因此，供電部門在進行饋線自動化項目規劃的時候，應該根據本地區經濟發展水平和自動化改造的主要目的，綜合考慮設備改造需要投入資金的規模，期望得到的可靠性改善程度以及所能產生的社會和經濟效益，通過對工程建設的成本收益進行詳細的評估，選擇切合實際的饋線自動化模式，以保證配電網的自動化建設在各個階段都能持續良好的發揮作用。不計成本，盲目追求絕對高的供電可靠性在經濟和技術上都是不現實的。

一、饋線自動化的主要模式及特點分析

目前存在的饋線自動化模式較多，根據故障處理是否需要通信通道，可歸結為有通道的遠方集中控制和無通道的就地智能控制兩種主要模式。遠方集中控制模式是利用開關處的FTU與集控子站/主站通過光纖設備等高速通信網絡交換信息，由集控子站/主站判斷故障區段并下發遙控指令，控制故障區段兩側的開關分閘和無故障區段的恢復供電。這種方式的優點是故障隔離速度快，便于實現SCADA、潮流計算、無功電壓優化，多電源復雜網絡的重構等功能;缺點是投資大，對供電管理水平要求較高，并且故障處理完全依賴通信，由于系統出現倒桿斷線等故障時，電力中斷與通信中斷同時發生，因此對通信線路的環網和自愈能力要求高。就地智能控制模式是利用各開關處的智能控制單元就地檢測電流電壓，判斷并隔離故障區段。其優點是無需通信設備，實現方式簡單，投資少，可靠性高，符合配電自動化分階段建設的思想，即首先實現故障處理，升級后可實現配電SCADA等功能。缺點是故障判斷需要多次重合閘，對線路有沖擊，故障判斷時間較集中控制方式稍慢。

二、配電網供電可靠性評估

一般使用年停電頻率λ(次/年)，平均停電持續時間r(小時)，年停電時間u(小時)等指標評估負荷點的供電可靠性。整個系統的供電可靠性評估主要包括以下幾個指標:系統平均停電頻率:SAIFI=用戶斷電的總戶次數用戶總數=∑ni=1λi•Ni∑ni=1Ni(次(戶•年)－1)(1)系統平均停電持續時間:SAIDI=用戶斷電的總戶實數用話總數=∑ni=1ηi•Ni∑ni=1Ni(小時(戶•年)－1)(2)用戶平均停電持續時間:CAIDI=停電總戶時數用戶斷電總戶次數=∑ni=1λi•Ni∑ni=1λi•Ni(次(戶•年)－1)(3)平均供電可用度:ASAI=用戶用電小時數用戶需要供電小時數=∑ni=1ηi•Ni∑ni=18760•Ni(次(戶•年)－1)(4)其中λi、ηi分別為第i個負荷點處的年平均故障率和平均故障停電時間，Ni為相應負荷點上的總用戶數。

三、饋線自動化投資收益分析

利用投資學中的凈現值法分析投資的收益回報情況。它所依據的原理是將工程建設及運行期限內各年的現金流入和流出值都按預定的折現率折算為它們的現值，然后計算流入與流出現值的差額。如果凈現值為正數，即貼現后現金流入大于貼現后現金流出，該投資項目的收益大于投入。如凈現值為零，該投資項目的收益與投入相當。如凈現值為負數，即貼現后現金流入小于貼現后現金流出，則該投資項目的收益不能低償投入的資金。計算公式為:FNPV=∑nt=1(CIt－COt)(1+ic)t=∑nt=1CFt(1+ic)(5)式中n為投資涉及的年限，CIt為各年現金流入值，即項目收益，COt為各年現金流出值，即項目投入費用，CFt=CIt－COt為第t年的凈現金流量，ic為貼現率。具體到饋線自動化工程中，假設工程在第一年的年初完成建設并投入使用，在以后每年年末產生經濟收益CIt，則項目投資的現金流出值為供電企業初期的設備投資以及使用期內每年追加固定維護費用的凈現值:COt=Cinv－Cmaintt=1－Cmaint2t{n(6)每年的現金流入值為可靠性提高所產生的經濟效益，它包括兩部分，一部分是由于停電時間的減少，供電企業多售電所增加的收入，另一部分是用戶停電損失費用的減少?？杀硎緸?CIt=∑mi=1(INCOMt)i=∑mi=1ηi•Pi•(ai+bI)(7)其中(INCOMt)i為用戶i處在第t年上產生的收益現值，Pi、ηi分別為用戶的年平均負荷和年停電時間，ai，bi分別為用戶i的單位缺電量損失和供電部門少售電的損失費用，單位為•kWh－1。從凈現值的計算公式可以看出，它只能說明項目凈收益現值的大小，而不能反映為實現這一收益所支出的投資成本。因此，引入凈現值率和投資回收期來衡量不同投資方案的獲利能力。凈現值率的計算公式:FNPVR=FNPVIP×100%(8)其中IP=∑nt=1COt(1+ic)t為項目總投資(包括初期投資和每年的追加投資)的現值，與凈現值采用同一折現率折現。它表明了項目單位投資現值所能實現的凈現值的大小。投資回收期yt也稱作投資還本期，是指項目投產后用所獲得的凈收益低償全部投資(包括初期投資和追加投資)所需要的時間。計算公式:∑ytt=1(CI－CO)t=0(9)它是反映項目財務上投資回收能力的重要指標。通常以年來表示。

四、算例分析

為了比較不同饋線自動化模式對供電可靠性的改善程度以及能帶來的經濟效益，利用上述的方法對IEEE可靠性測試系統中的RBTS－BUS5和RBTS－BUS6兩條線路進行可靠性指標及投資收益的評估。其中RBTS－BUS5為典型的城市配電環網，線路結構如圖1所示，表1和2分別列出了相應的線路數據和用戶數據。RBTS－BUS6為典型的農村配電網，線路結構如圖2所示，表3和4是相應的線路和用戶數據。其余的數據取值為:線路故障率γL取0．2/次•(km•a)－1，修復時間ηL取1．5/h，對于RBTS－BUS5，采用集中控制方式的初始投資包括開關光纖及相關通信及計算機設備，為50萬元，采用就地控制方式為20萬元;對于RBTS－BUS6，采用集中控制方式的初始投資為70萬元，采用就地控制方式為30萬元。運行后每年追加的維護費用為初始投資的5%。圖3給出了系統在設計使用周期內各年的投資凈現值，從中可以看出:對于線路短，負荷點密集，停電損失高且一次設備狀況良好的城市配電網，采用集中控制方式和就地控制方式都能夠在設備運行周期內收回成本并有一定的收益，因此，供電部門可以優先考慮采用集中控制的方式，結合負荷管理等配電自動化的其他功能，全面提高供電管理水平;對于線路長，負荷點少且停電損失不大的郊區及農村電網，集中控制方式產生的效益遠遠小于所投入的成本，因此，應首先考慮采用就地控制的饋線自動化模式，用較少的資金快速提高供電可靠性，減少停電面積和停電時間。同時應注意選擇有擴展功能的控制設備，以方便配電自動化的升級，使配電網自動化建設可持續良性發展。配電網自動化是市場經濟發展的必然趨勢，對于自動化建設所做的任何投資決策，都應遵循市場經濟的最一般原則，即利潤最大化原則。饋線自動化是配電自動化系統的重要組成部分，選擇什么樣的饋線自動化模式，涉及到線路一次設備改造投入資金的規模，所能產生的社會和經濟效益，同時也影響配電自動化進一步發展升級的走勢。應該看到，近幾年雖然國家大力加強兩網改造的力度，但由于歷史“欠賬”甚多，仍然存在著資金有限的問題。在這種情況下，必須做好配電自動化尤其是饋線自動化方案的規劃工作，使投入的資金能發揮最大的效益。由于開關等一次設備的更新周期一般為20－30年，而計算機、通信等二次設備的技術更新周期一般為1－3年，在一次網絡設備還未滿足中長期規劃目標時，盲目追求控制系統的先進性和功能的全面性是不經濟的。因此，供電企業在進行饋線自動化模式選擇時，應該綜合考慮本地區電網的狀況，負荷水平和經濟發展水平，切忌過度投資，以避免重復建設，造成資源浪費。