熊　文, 王　莉, 肖　健, 伊　洋, 蔡燕春

(廣州供電局有限公司， 廣東 廣州 510620)

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投資凈效益率在饋線(xiàn)自動(dòng)化方案選擇中的應(yīng)用

熊文, 王莉, 肖健, 伊洋, 蔡燕春

(廣州供電局有限公司， 廣東 廣州 510620)

摘要：通過(guò)分析不同饋線(xiàn)自動(dòng)化方案對(duì)供電可靠性的影響,從工程實(shí)用角度闡述了利用投資凈效益率分析評(píng)價(jià)饋線(xiàn)自動(dòng)化方案的具體方法.對(duì)我國(guó)H市的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案進(jìn)行了分析計(jì)算,利用改進(jìn)的產(chǎn)電比法計(jì)算各饋線(xiàn)自動(dòng)化減少的停電損失,分析比較H市各供電分區(qū)采用不同饋線(xiàn)自動(dòng)化類(lèi)型的經(jīng)濟(jì)性,給出了各供電分區(qū)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案,研究結(jié)果對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃具有一定的借鑒意義.

關(guān)鍵詞：饋線(xiàn)自動(dòng)化；供電可靠性；投資凈效益率

一直以來(lái),關(guān)于配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性與可靠性問(wèn)題的研究得到了廣泛關(guān)注.文獻(xiàn)[1]利用可靠性成本/效益分析方法分析電網(wǎng)供電可靠性與電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性?xún)烧咧g的關(guān)系；文獻(xiàn)[2]提出了可靠性成本/效益精益化分析方法,將傳統(tǒng)的可靠性邊際成本曲線(xiàn)按照不同優(yōu)化措施進(jìn)行了分解；文獻(xiàn)[3]提出以成本與效益的比值作為判據(jù)來(lái)分析比較幾種方案,取比值最小者為最優(yōu)方案；文獻(xiàn)[4]利用最小單位負(fù)荷年費(fèi)用法分析不同配電網(wǎng)接線(xiàn)模式的經(jīng)濟(jì)性和可靠性.關(guān)于配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的研究方法很多,但是對(duì)于饋線(xiàn)自動(dòng)化經(jīng)濟(jì)性與供電可靠性的研究相對(duì)較少,而且在制定饋線(xiàn)自動(dòng)化方案時(shí),大多未考慮供電區(qū)域的實(shí)際情況,包括負(fù)荷密度,供電可靠性要求高低、建設(shè)饋線(xiàn)自動(dòng)化的難易程度等.

本文結(jié)合供電區(qū)域的實(shí)際情況,利用投資凈效益率計(jì)算方法,通過(guò)對(duì)H市的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案進(jìn)行分析,比較該市各供電分區(qū)采用不同饋線(xiàn)自動(dòng)化方案的經(jīng)濟(jì)性,并得出一些規(guī)律性的結(jié)論,為電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行提供有益的參考.

1饋線(xiàn)自動(dòng)化

饋線(xiàn)自動(dòng)化(Feeder Automation, FA)是提高供電可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一,其提高供電可靠性主要體現(xiàn)在故障處理和遙控操作兩個(gè)方面.在正常狀態(tài)下,實(shí)時(shí)監(jiān)視饋線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和饋線(xiàn)電流、電壓情況,實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)方或就地合閘與分閘操作；在故障時(shí),獲得故障記錄并能自動(dòng)判斷和隔離饋線(xiàn)故障區(qū)段,迅速恢復(fù)非故障區(qū)域供電,提高供電可靠性[5].

國(guó)內(nèi)外的饋線(xiàn)自動(dòng)化大致可分為基于自動(dòng)化開(kāi)關(guān)型的饋線(xiàn)自動(dòng)化、集中式饋線(xiàn)自動(dòng)化和分布式智能饋線(xiàn)自動(dòng)化三類(lèi).

1.1基于自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的饋線(xiàn)自動(dòng)化

基于自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的饋線(xiàn)自動(dòng)化所需設(shè)備主要有重合器和分段器,不需要與配電自動(dòng)化主站通信,設(shè)備投資成本低.在故障發(fā)生時(shí),能夠通過(guò)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)間的邏輯配合,實(shí)現(xiàn)故障定位、故障隔離和恢復(fù)非故障區(qū)域供電,其配置如圖1所示.

圖1　電纜環(huán)網(wǎng)基于自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的饋線(xiàn)自動(dòng)化

1.2集中式饋線(xiàn)自動(dòng)化

集中式饋線(xiàn)自動(dòng)化由變電站出線(xiàn)斷路器、柱上開(kāi)關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜、饋線(xiàn)監(jiān)控終端(FTU)、通信網(wǎng)絡(luò)、配電主站等組成,其配置如圖2所示.饋線(xiàn)監(jiān)控終端與配電主站通信,可以將采集到的開(kāi)關(guān)的運(yùn)行信息傳給配電主站,也可以接受主站下達(dá)的命令進(jìn)行相應(yīng)的遠(yuǎn)方倒閘操作.在故障發(fā)生時(shí),可以實(shí)現(xiàn)故障的快速定位、隔離與供電恢復(fù),提高供電可靠性.根據(jù)是否有遙控功能,可以分為集中型全自動(dòng)化型FA和集中型半自動(dòng)化型FA[6].

圖2　電纜環(huán)網(wǎng)集中式饋線(xiàn)自動(dòng)化

1.3分布式智能型饋線(xiàn)自動(dòng)化

分布式智能型饋線(xiàn)自動(dòng)化是在重合器方式饋線(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上,增加局部光纖通信網(wǎng),使得環(huán)網(wǎng)內(nèi)的各FTU互相交互信息,其配置如圖3所示.系統(tǒng)中的每一個(gè)FTU根據(jù)本地測(cè)量信息、相鄰開(kāi)關(guān)處FTU送來(lái)測(cè)量信息,進(jìn)行故障定位、隔離與恢復(fù)供電.無(wú)需主站或子站的介入,也不需要知道整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).

分布式智能型饋線(xiàn)自動(dòng)化隔離故障速度快、準(zhǔn)確性高.多級(jí)串聯(lián)開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)差配合,能夠在故障后0.3s內(nèi)直接跳開(kāi)離故障點(diǎn)最近的兩側(cè)開(kāi)關(guān),而變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)不需要跳閘,使得停電區(qū)域最小.在保護(hù)通道故障時(shí),可自動(dòng)轉(zhuǎn)為重合器方式的就地式饋線(xiàn)自動(dòng)化工作模式,供電可靠性非常高[7].

圖3　電纜環(huán)網(wǎng)分布式智能型饋線(xiàn)自動(dòng)化

2饋線(xiàn)自動(dòng)化方案選擇的分析方法

由于不同供電區(qū)域的網(wǎng)架基礎(chǔ)不同,即使采用相同的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案,所需的投資費(fèi)用以及收益回報(bào)，也會(huì)有所不同.所以在進(jìn)行饋線(xiàn)自動(dòng)化方案選擇時(shí),不僅要考慮饋線(xiàn)自動(dòng)化的投資費(fèi)用、收益回報(bào)還要綜合考慮不同區(qū)域的負(fù)荷密度、供電可靠性要求高低、一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、實(shí)施饋線(xiàn)自動(dòng)化的難易程度等因素.

饋線(xiàn)自動(dòng)化的投資費(fèi)用包括設(shè)備投資費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用,其計(jì)算相對(duì)容易.實(shí)施饋線(xiàn)自動(dòng)化后帶來(lái)的收益回報(bào)一般用實(shí)施饋線(xiàn)自動(dòng)化后減少的停電損失來(lái)評(píng)價(jià),但是其計(jì)算相對(duì)困難,這里利用改進(jìn)的產(chǎn)電比法來(lái)估算.產(chǎn)電比是指某一時(shí)期、某一地區(qū)內(nèi)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)與消耗電能量之比.本文在考慮各饋線(xiàn)自動(dòng)化類(lèi)型對(duì)供電可靠性的不同影響的基礎(chǔ)上,估算各類(lèi)供電分區(qū)采用各種饋線(xiàn)自動(dòng)化方案時(shí)減少的平均停電時(shí)間,結(jié)合產(chǎn)電比法和供電分區(qū)的負(fù)荷功率值來(lái)計(jì)算各饋線(xiàn)自動(dòng)化方案帶來(lái)的收益回報(bào).

2.1投資凈效益率計(jì)算方法

在實(shí)際情況下選擇饋線(xiàn)自動(dòng)化實(shí)施方案時(shí),這里引入“投資凈效益”和“投資凈效益率”概念,分析計(jì)算不同區(qū)域建設(shè)饋線(xiàn)自動(dòng)化的投資與效益的關(guān)系.

具體計(jì)算步驟如下：

1)根據(jù)負(fù)荷密度的不同,將供電區(qū)域分為不同的供電分區(qū).

2)利用貨幣時(shí)值轉(zhuǎn)換公式,將目標(biāo)供電分區(qū)內(nèi)各饋線(xiàn)自動(dòng)化方案的投資費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用轉(zhuǎn)化為等年值.

3)將目標(biāo)供電分區(qū)內(nèi)實(shí)施各饋線(xiàn)自動(dòng)化方案后減少的停電損失費(fèi)用減去投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的等年值,得到投資凈效益.

4)分析投資凈效益,當(dāng)投資凈效益大于零時(shí),說(shuō)明效益大于成本,該方案可選, 當(dāng)投資凈效益小于零時(shí),說(shuō)明效益小于成本,該方案不可選.

5)分別計(jì)算可選的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案的投資凈效益率,取投資凈效益率最大的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案為最優(yōu)方案.

2.2數(shù)學(xué)模型

計(jì)算中引用的主要計(jì)算公式如下：

投資凈效益：

C=C(l)-C(i)-C(m)

(1)

且有：

C(l)=ω×tl×α

(2)

(3)

(4)

其中：C(l)為實(shí)施饋線(xiàn)自動(dòng)化后減少的停電損失；C(i)為實(shí)施饋線(xiàn)自動(dòng)化的設(shè)備投資年費(fèi)用；C(m)為設(shè)備維修年費(fèi)用；ω為供電分區(qū)內(nèi)的負(fù)荷功率；tl為饋線(xiàn)自動(dòng)化減少的平均停電時(shí)間；t1為產(chǎn)電比；r為電力工業(yè)投資回收率(一般取0.1%)；n為饋線(xiàn)自動(dòng)化的折舊年限(取25年)；C'(i)、C'(m)分別為饋線(xiàn)自動(dòng)化投資費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用.

當(dāng)C>0時(shí),說(shuō)明效益大于成本,該方案可選；

當(dāng)C<0時(shí),說(shuō)明成本大于效益,該方案不可選.

當(dāng)有多個(gè)可選方案時(shí),計(jì)算其投資凈效益率：

(5)

取投資凈效益率最大的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案為最優(yōu)方案.

2.3供電分區(qū)的劃分

根據(jù)南方電網(wǎng)公司最新公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》,規(guī)定南方電網(wǎng)區(qū)域劃分情況見(jiàn)表1.

表1供電區(qū)分類(lèi)對(duì)照表

地區(qū)級(jí)別A類(lèi)B類(lèi)C類(lèi)D類(lèi)E類(lèi)特級(jí)中心區(qū)或σ≥30一般市區(qū)或20<σ<30市區(qū)或10<σ<20城鎮(zhèn)或5<σ<10城鎮(zhèn)或1<σ<5一級(jí)σ≥30市中心區(qū)或20<σ<30一般市區(qū)或10<σ<205<σ<10的郊區(qū)及城鎮(zhèn)城鎮(zhèn)或1<σ<5

注：σ為供電區(qū)負(fù)荷密度,單位為MW/km2.特級(jí)地區(qū)指國(guó)際大城市；一級(jí)地區(qū)指省會(huì)及其它主要城市.

3算例分析

以我國(guó)某城市H市為例進(jìn)行分析.根據(jù)負(fù)荷密度的不同,該市可分為:A、B、C、D、E 五個(gè)供電分區(qū),劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表1.

首先對(duì)A類(lèi)供電分區(qū)進(jìn)行分析計(jì)算,且假定所有的設(shè)備都100%可靠.截止到2013年底,H市A類(lèi)供電區(qū)的GDP為503.97億元,供電量為50.13億kWh,產(chǎn)電比為10.053 元/kWh,負(fù)荷功率為109萬(wàn)kW.

A類(lèi)供電分區(qū)網(wǎng)架基礎(chǔ)好,進(jìn)行饋線(xiàn)自動(dòng)化改造時(shí)相對(duì)容易,所需的投資相對(duì)少.據(jù)統(tǒng)計(jì)，A類(lèi)供電分區(qū)采用集中型全自動(dòng)化型饋線(xiàn)自動(dòng)化的投資為50萬(wàn)元,采用集中型半自動(dòng)化型饋線(xiàn)自動(dòng)化的投資為32萬(wàn)元.采用分布式智能型饋線(xiàn)自動(dòng)化的投資為35萬(wàn)元,采用基于自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的饋線(xiàn)自動(dòng)化的投資為17萬(wàn)元.

饋線(xiàn)自動(dòng)化能夠減少倒閘操作時(shí)間和故障處理時(shí)間。集中式全自動(dòng)化型饋線(xiàn)自動(dòng)化和分布式智能型饋線(xiàn)自動(dòng)化帶有遙控操作功能，能夠減少人工去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行倒閘操作的時(shí)間，根據(jù)A類(lèi)供電分區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，遙控操作比人工操作每次大約節(jié)省0.4h.而集中式半自動(dòng)化型饋線(xiàn)自動(dòng)化和重合器—分段器配合型饋線(xiàn)自動(dòng)化不具有遙控功能，其減少的停電時(shí)間僅包括減少的故障處理時(shí)間.

除了倒閘操作時(shí)間上的差距外，不同的饋線(xiàn)饋線(xiàn)自動(dòng)化類(lèi)型處理故障的速度不同.據(jù)H市饋線(xiàn)自動(dòng)化前期試點(diǎn)建設(shè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，H市A類(lèi)地區(qū)采用集中式全自動(dòng)化型饋線(xiàn)自動(dòng)化減少的平均停電時(shí)間約為0.6h.在A類(lèi)地區(qū)采用集中式全自動(dòng)化采用集中式半自動(dòng)化型饋線(xiàn)自動(dòng)化、分布式智能型饋線(xiàn)自動(dòng)化、重合器.分段器配合型饋線(xiàn)自動(dòng)化減少的平均停電時(shí)間分別約為0.3h、0.5h、0.1h.利用投資凈效益率分析方法計(jì)算A類(lèi)供電分區(qū)采用各類(lèi)饋線(xiàn)自動(dòng)化的投資凈效益率情況見(jiàn)表2.

表2A類(lèi)供電分區(qū)采用各種饋線(xiàn)自動(dòng)化方案時(shí)投資凈效益率分析表

A類(lèi)供電分區(qū)初始投資/萬(wàn)元減少停電小時(shí)數(shù)/h減少停電損失/萬(wàn)元投資凈效益投資凈效益率/%集中式全自動(dòng)化FA500.6657.48>012.15集中式半自動(dòng)化FA320.3328.74>09.27分布式智能FA350.5547.9>013.65基于開(kāi)關(guān)的FA170.1109.58>05.45

由表2可知,A類(lèi)供電分區(qū),采用4種饋線(xiàn)自動(dòng)化時(shí),帶來(lái)的效益都大于投資成本.關(guān)于投資凈效益率,集中型全自動(dòng)化型FA和分布式智能型FA的投資凈效益率高,且由于A類(lèi)地區(qū)對(duì)供電可靠性的要求高,網(wǎng)架基礎(chǔ)好,建設(shè)集中型全自動(dòng)化型FA和分布式智能型FA相對(duì)容易,所以建議H市A類(lèi)供電分區(qū)采用集中型全自動(dòng)化型FA和分布式智能型FA，且建議該分區(qū)內(nèi)對(duì)供電可靠性尤其高的區(qū)域優(yōu)先考慮采用分布式智能型FA.

B類(lèi)、C類(lèi)、D類(lèi)、E類(lèi)供電分區(qū)的投資效益分析方法與A類(lèi)供電分區(qū)類(lèi)似.

H市各供電分區(qū)采用各種饋線(xiàn)自動(dòng)化方案時(shí)的投資凈效益以及投資凈效益率情況匯總見(jiàn)表3、表4.

表3H市各供電分區(qū)采用不同饋線(xiàn)自動(dòng)化方案時(shí)投資凈效益分析表

供電分區(qū)集中式全自動(dòng)化FA集中式半自動(dòng)化FA分布式智能FA基于開(kāi)關(guān)的FAA類(lèi)>0>0>0>0B類(lèi)>0>0>0>0C類(lèi)>0>0>0>0D類(lèi)>0>0>0>0E類(lèi)<0<0<0>0

表4H市各供電分區(qū)采用各種饋線(xiàn)自動(dòng)化方案時(shí)的投資凈效益率分析表

供電分區(qū)集中式全自動(dòng)化FA集中式半自動(dòng)化FA分布式智能FA基于開(kāi)關(guān)的FAA類(lèi)12.159.2713.655.45B類(lèi)3.296.693.231.5C類(lèi)3.155.572.901.26D類(lèi)1.180.230.932.81E類(lèi)-0.21-0.55-0.273.79

經(jīng)過(guò)以上分析,得到H市各供電分區(qū)的可以采用的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案見(jiàn)表5.

表5H市各供電分區(qū)的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案

供電分區(qū)建設(shè)方案?jìng)渥類(lèi)集中型全自動(dòng)型FA分布式智能型FA對(duì)該分區(qū)內(nèi)對(duì)供電可靠性要求較高的部分區(qū)域,優(yōu)先考慮采用分布式智能型FAB類(lèi)集中型半自動(dòng)型FA無(wú)C類(lèi)集中型半自動(dòng)型FA無(wú)D類(lèi)基于自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的FA無(wú)E類(lèi)基于自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的FA無(wú)

4結(jié)束語(yǔ)

本文提出的利用投資凈效益率指標(biāo)分析評(píng)價(jià)饋線(xiàn)自動(dòng)化方案的方法，能夠根據(jù)不同供電分區(qū)的實(shí)際情況，具體分析饋線(xiàn)自動(dòng)化的經(jīng)濟(jì)投入，提高供電可靠性帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系，為各供電分區(qū)最優(yōu)饋線(xiàn)自動(dòng)化方案的選擇提供依據(jù).

參考文獻(xiàn)：

[1]楊超楠,卜凡坤.電網(wǎng)規(guī)劃中的可靠性成本與效益分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013(22):4-5.

[2]李子韻,陳楷,龍禹,等. 可靠性成本/效益精益化方法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012(11):97-101.

[3]邱生,張焰,孫建生,等.提高中壓配電網(wǎng)供電可靠性的措施及其成本-效益分析研究 [J].繼電器,2005(13):34-38，49.

[4]王成山,王賽一,葛少云,等.中壓配電網(wǎng)不同接線(xiàn)模式經(jīng)濟(jì)性和可靠性分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002(24):37-42.

[5]劉健,倪建立,鄧永輝．配電自動(dòng)化系統(tǒng)[M]．北京:中國(guó)水利水電出版社,2002.

[6]劉海濤,沐連順,蘇劍.饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的集中智能控制模式[J].電網(wǎng)技術(shù),2007(23):17-21.

[7]劉健,趙樹(shù)仁,贠保記,等. 分布智能型饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)快速自愈技術(shù)及可靠性保障措施[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2011(17):67-71.

(編輯：劉寶江)

Application of net profit rate of investment in the selection of feeder automation scheme

XIONG Wen, WANG Li, XIAO Jian, YI Yang, CAI Yan-chun

(Guangzhou Power Supply Company Limited, Guangzhou 510620, China)

Abstract:The effect of all different kinds of feeder automation on power supply reliability is analyzed. Specific method of evaluating feeder automation scheme using net profit rate of investment is expounded from the view of practical engineering in this paper. The feeder automation scheme of the city of H is analyzed and calculated. The improved method of production and electricity ratio is used to calculate the loss of outage reduced by implementing feeder automation. The economy of different types of feeder automation in different power supply sections is analyzed and compared, and the optimal feeder automation schemes in different power supply sections are given. The results of the studies are of certain reference significance for the distribution network plan.

Key words: :feeder automation; power supply reliability; net profit rate of investment

中圖分類(lèi)號(hào)：TM773

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-6197(2016)04-0062-04

作者簡(jiǎn)介：熊文, 男, dqxw66@sina.com

基金項(xiàng)目：南方電網(wǎng)公司中介項(xiàng)目(ZJF130088)

收稿日期：2015-04-27