馈线自动化故障处理模式投资效益分析

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随着我国市场经济的不断发展，社会对电力供应的依赖性越来越强，电力中断给用户造成的损失也越来越大，各供电企业正在积极酝酿实施配电网自动化工程的建设，争取为用户提供更加安全可靠的供电服务。馈线自动化是配电网自动化建设中首先实现的基本功能，它的主要作用是在线路发生故障时，迅速判断、隔离故障区段并恢复非故障线路的供电。因此，它具有在短期内大幅度提高供电可靠性，降低经营成本的意义，也有推迟新建项目的潜在经济效益。由于我国不同地区间的地理环境和经济发展水平差距较大，供电部门能投入的资金水平以及用户对供电可靠性的要求和停电造成的损失也不相同。因此，供电部门在进行馈线自动化项目规划的时候，应该根据本地区经济发展水平和自动化改造的主要目的，综合考虑设备改造需要投入资金的规模，期望得到的可靠性改善程度以及所能产生的社会和经济效益，通过对工程建设的成本收益进行详细的评估，选择切合实际的馈线自动化模式，以保证配电网的自动化建设在各个阶段都能持续良好的发挥作用。不计成本，盲目追求绝对高的供电可靠性在经济和技术上都是不现实的。

一、馈线自动化的主要模式及特点分析

目前存在的馈线自动化模式较多，根据故障处理是否需要通信通道，可归结为有通道的远方集中控制和无通道的就地智能控制两种主要模式。远方集中控制模式是利用开关处的FTU与集控子站/主站通过光纤设备等高速通信网络交换信息，由集控子站/主站判断故障区段并下发遥控指令，控制故障区段两侧的开关分闸和无故障区段的恢复供电。这种方式的优点是故障隔离速度快，便于实现SCADA、潮流计算、无功电压优化，多电源复杂网络的重构等功能;缺点是投资大，对供电管理水平要求较高，并且故障处理完全依赖通信，由于系统出现倒杆断线等故障时，电力中断与通信中断同时发生，因此对通信线路的环网和自愈能力要求高。就地智能控制模式是利用各开关处的智能控制单元就地检测电流电压，判断并隔离故障区段。其优点是无需通信设备，实现方式简单，投资少，可靠性高，符合配电自动化分阶段建设的思想，即首先实现故障处理，升级后可实现配电SCADA等功能。缺点是故障判断需要多次重合闸，对线路有冲击，故障判断时间较集中控制方式稍慢。

二、配电网供电可靠性评估

一般使用年停电频率λ(次/年)，平均停电持续时间r(小时)，年停电时间u(小时)等指标评估负荷点的供电可靠性。整个系统的供电可靠性评估主要包括以下几个指标:系统平均停电频率:SAIFI=用户断电的总户次数用户总数=∑ni=1λi•Ni∑ni=1Ni(次(户•年)－1)(1)系统平均停电持续时间:SAIDI=用户断电的总户实数用话总数=∑ni=1ηi•Ni∑ni=1Ni(小时(户•年)－1)(2)用户平均停电持续时间:CAIDI=停电总户时数用户断电总户次数=∑ni=1λi•Ni∑ni=1λi•Ni(次(户•年)－1)(3)平均供电可用度:ASAI=用户用电小时数用户需要供电小时数=∑ni=1ηi•Ni∑ni=18760•Ni(次(户•年)－1)(4)其中λi、ηi分别为第i个负荷点处的年平均故障率和平均故障停电时间，Ni为相应负荷点上的总用户数。

三、馈线自动化投资收益分析

利用投资学中的净现值法分析投资的收益回报情况。它所依据的原理是将工程建设及运行期限内各年的现金流入和流出值都按预定的折现率折算为它们的现值，然后计算流入与流出现值的差额。如果净现值为正数，即贴现后现金流入大于贴现后现金流出，该投资项目的收益大于投入。如净现值为零，该投资项目的收益与投入相当。如净现值为负数，即贴现后现金流入小于贴现后现金流出，则该投资项目的收益不能低偿投入的资金。计算公式为:FNPV=∑nt=1(CIt－COt)(1+ic)t=∑nt=1CFt(1+ic)(5)式中n为投资涉及的年限，CIt为各年现金流入值，即项目收益，COt为各年现金流出值，即项目投入费用，CFt=CIt－COt为第t年的净现金流量，ic为贴现率。具体到馈线自动化工程中，假设工程在第一年的年初完成建设并投入使用，在以后每年年末产生经济收益CIt，则项目投资的现金流出值为供电企业初期的设备投资以及使用期内每年追加固定维护费用的净现值:COt=Cinv－Cmaintt=1－Cmaint2t{n(6)每年的现金流入值为可靠性提高所产生的经济效益，它包括两部分，一部分是由于停电时间的减少，供电企业多售电所增加的收入，另一部分是用户停电损失费用的减少。可表示为:CIt=∑mi=1(INCOMt)i=∑mi=1ηi•Pi•(ai+bI)(7)其中(INCOMt)i为用户i处在第t年上产生的收益现值，Pi、ηi分别为用户的年平均负荷和年停电时间，ai，bi分别为用户i的单位缺电量损失和供电部门少售电的损失费用，单位为•kWh－1。从净现值的计算公式可以看出，它只能说明项目净收益现值的大小，而不能反映为实现这一收益所支出的投资成本。因此，引入净现值率和投资回收期来衡量不同投资方案的获利能力。净现值率的计算公式:FNPVR=FNPVIP×100%(8)其中IP=∑nt=1COt(1+ic)t为项目总投资(包括初期投资和每年的追加投资)的现值，与净现值采用同一折现率折现。它表明了项目单位投资现值所能实现的净现值的大小。投资回收期yt也称作投资还本期，是指项目投产后用所获得的净收益低偿全部投资(包括初期投资和追加投资)所需要的时间。计算公式:∑ytt=1(CI－CO)t=0(9)它是反映项目财务上投资回收能力的重要指标。通常以年来表示。

四、算例分析

为了比较不同馈线自动化模式对供电可靠性的改善程度以及能带来的经济效益，利用上述的方法对IEEE可靠性测试系统中的RBTS－BUS5和RBTS－BUS6两条线路进行可靠性指标及投资收益的评估。其中RBTS－BUS5为典型的城市配电环网，线路结构如图1所示，表1和2分别列出了相应的线路数据和用户数据。RBTS－BUS6为典型的农村配电网，线路结构如图2所示，表3和4是相应的线路和用户数据。其余的数据取值为:线路故障率γL取0．2/次•(km•a)－1，修复时间ηL取1．5/h，对于RBTS－BUS5，采用集中控制方式的初始投资包括开关光纤及相关通信及计算机设备，为50万元，采用就地控制方式为20万元;对于RBTS－BUS6，采用集中控制方式的初始投资为70万元，采用就地控制方式为30万元。运行后每年追加的维护费用为初始投资的5%。图3给出了系统在设计使用周期内各年的投资净现值，从中可以看出:对于线路短，负荷点密集，停电损失高且一次设备状况良好的城市配电网，采用集中控制方式和就地控制方式都能够在设备运行周期内收回成本并有一定的收益，因此，供电部门可以优先考虑采用集中控制的方式，结合负荷管理等配电自动化的其他功能，全面提高供电管理水平;对于线路长，负荷点少且停电损失不大的郊区及农村电网，集中控制方式产生的效益远远小于所投入的成本，因此，应首先考虑采用就地控制的馈线自动化模式，用较少的资金快速提高供电可靠性，减少停电面积和停电时间。同时应注意选择有扩展功能的控制设备，以方便配电自动化的升级，使配电网自动化建设可持续良性发展。配电网自动化是市场经济发展的必然趋势，对于自动化建设所做的任何投资决策，都应遵循市场经济的最一般原则，即利润最大化原则。馈线自动化是配电自动化系统的重要组成部分，选择什么样的馈线自动化模式，涉及到线路一次设备改造投入资金的规模，所能产生的社会和经济效益，同时也影响配电自动化进一步发展升级的走势。应该看到，近几年虽然国家大力加强两网改造的力度，但由于历史“欠账”甚多，仍然存在着资金有限的问题。在这种情况下，必须做好配电自动化尤其是馈线自动化方案的规划工作，使投入的资金能发挥最大的效益。由于开关等一次设备的更新周期一般为20－30年，而计算机、通信等二次设备的技术更新周期一般为1－3年，在一次网络设备还未满足中长期规划目标时，盲目追求控制系统的先进性和功能的全面性是不经济的。因此，供电企业在进行馈线自动化模式选择时，应该综合考虑本地区电网的状况，负荷水平和经济发展水平，切忌过度投资，以避免重复建设，造成资源浪费。