ETAP在城市配电网供电可靠性提升中的应用

广西电力

Vol.40No.5Oct.2017􀤣􀤣􀦣分析与探讨

􀤣􀦣ETAP在城市配电网供电可靠性提升中的应用

欧阳健娜1，陈碧云2，俞小勇1，周杨珺1，李珊1

（1.广西电网有限责任公司电力科学研究院，广西2.广西大学

南宁

530023；

530004）

广西电力系统最优化与节能技术重点实验室，广西南宁

摘要：为准确辨识配电网薄弱环节，提出一种运用ETAP软件计算元件可靠性参数灵敏度来辨识系统关键元件的方法。首先运用ETAP搭建配电网可靠性评估模型，然后计算各元件可靠性参数灵敏度，再对灵敏度值进行排序以找出影响系统供电可靠性的关键元件及因素，最后有针对性地提出供电可靠性提升措施。在某城市配电网10kV线路上的算例分析结果表明，所提方法是可行且有效的。

关键词：ETAP；配电网；供电可靠性；元件可靠性参数灵敏度中图分类号：TM732

文献标志码：A文章编号：1671-8380（2017）05-0028-05

ApplicationofETAPinPowerSupplyReliabilityPromotionof

UrbanDistributionNetwork

OUYANGJianna1，CHENBiyun2，YUXiaoyong1，ZHOUYangjun1，LIShan1

2.GuangxiKeyLaboratoryofPowerSystemOptimizationandEnergyTechnology,GuangxiNanning530004,China）

calculatingthesensitivitiesofcomponentreliabilityparametersbyusingETAPsoftwareisproposed.Firstly,thereliabilityevaluationAbstract：Inordertoidentifyaccuratelyweaknessofdistributionnetwork,amethodtoidentifysystemkeycomponentsbymodelofdistributionnetworkisbuiltbyusingETAP,andthensensitivitiesofcomponentreliabilityparametersarecalculated,andkeycomponentsandfactorsthatinfluentthesystempowersupplyreliabilityarefoundoutbysortingsensitivityvalues.Finally,targetedshowthattheproposedmethodisfeasibleandeffective.measurestoimprovethepowersupplyreliabilityareproposed.Caseanalysisresultsof10kVfeedersinanurbandistributionnetworkKeywords:distributionnetwork;powersupplyreliability;sensitivityofcomponentreliabilityparameters

供电可靠性是供电企业运行管理水平、装备技术水平及服务质量的综合体现，提升供电可靠性对保障安全优质地持续供电，改善企业综合管理水平及提高社会效益等具有重要意义[1-2]。近年来，许多供电企业相继开展了供电可靠性提升规划工作，但普遍存在一个问题：可靠性提升措施的选择和资金投入较盲目，与地区电网现状及薄弱环节脱节[3-4]。因此，如何正确辨识影响地区电网供电可靠性的关键元件或区域（即薄弱环节），并收稿日期：2017-06-06；修回日期：2017-06-29

基金项目：广西电网有限责任公司职工技术创新项目（2017联创-285）

􀤣􀦣􀤣􀤣􀦣（1.ElectricPowerResearchInstitute,GuangxiPowerGridCorporation,GuangxiNanning530023,China;

提出有针对性的改善措施，成为工程研究人员关注的热点。目前常用于可靠性薄弱环节辨识的指标有灵敏度[5]、元件关键重要度[6]、可靠性跟踪指标[7-9]、节点功率变化度[10]、电压暂降评估指标[11]、综合电压变化指标和无功功率裕度指标[12]等。这些薄弱环节辨识分析的共同问题在于指标的推导及计算繁琐，需进行大量的可靠性计算，反复统计灵敏度、节点功率变化度、元件关键重要度、可靠性跟踪指标或电压暂降评估指标等，计算耗时长，工程应用的舒第40卷第5期广西电力29

适性差。件，具有良好的图形用户界面，ETAP是一款功能强大的电力系统仿真计算软能简单方便地对配电网进行建模及仿真分析，工程实用性极强[13-14]。其中的可靠性评估模块能分析电力系统N-1及N-2等多种状态下的供电可靠性水平，为电网规划建设提供依据。本文将其引入城市配电网薄弱环节辨识分析，在ETAP仿真平台上进行系统关键元件辨识，以指导供电可靠性提升工作。1ETAP简介

司开发的一款能在微软ETAP是美国OperationTechnologyInc（OTI）公XP系统仿真计算软件，及Sever2003等平台上应用的完整图形化电力Windows2003/2008/2012/内部集成了潮流计算、可靠性评估、短路计算、谐波分析、电机启动分析、弧闪分析及继电保护等众多仿真模块，能利用实时运行数据实现高级监控、实时仿真、优化及能量管理等功能，是一个简单实用的电力系统设计及测试分析工具[15]。其主要特性如下：（库，良好的图形编辑界面可制作单线图ETAP1）全图形的用户界面提供了一套全面、完整的电力元件图形（OLD）、地下电缆管道系统（UGS）、三维电缆系统、继电保护图、地理信息系统原理图以及三维接地网系统图等上百种不同的图形。此外，通过基本操作工具条可任意添加、删除、移动或连接元件，真实灵活地模拟规划等因素造成的系统网架结构的改变，为工程研究人员提供便利。（2）全面的数据集成系统中所有元件的电气、逻辑、机械及物理等参数均存贮在同一个数据库中，有效避免重复繁琐的数据录入，减轻工程研究人员的工作量。例如，数据库中不仅存储了架空输电线路的电气参数（电阻、电感及电纳等）及物理参数（长度），也存储了其首末端连接节点信息，这些数据可同时运用于潮流分析、短路计算及架空输电线路载流量计算中。（3）丰富多样的表格与曲线输出报告完成系统图绘制及录入数据之后，点击分析计算工具栏相应按钮，ETAP便可自动计算并输出形式多样的分析报告。报告中可包含输入的各类元件参数、计算结果及总结等。此外，ETAP亦可根据需要输出各类曲线及表格。通过设置计算结果的显示方式也可在系统图上直接显示相应节点的计算结果，方便工程研究人员进行判断。2可靠性评估模块

配电网可靠性评估包括建立各类元件模型、计算各负荷点及系统指标、对影响系统电量不足期望值EENS及系统停电损失期望值ECOST进行排序等。ETAP可靠性评估模块提供了图1所示的可视化的图形界面，方便工程研究人员完成以上各项工作。此外，还提供IEEE标准中各类元件的故障率等数据，可准确评估配电网可靠性水平，为规划设计提供重要依据。图1可视化图形界面

Mode该模块采用故障模式后果分析法（Failure通过逐一分析系统中各元件故障对各负荷点的影andEffectAnalysis，FEMA）进行可靠性评估，响来统计各项可靠性指标，流程如图2所示。 开始搭建配电线路网架单线图录入各元件可靠性参数故障模式后果分析进行可靠性计算是否提示出错？Y查找并处理错误N输出可靠性评估结果结束图2ETAP可靠性评估流程图

评估时，首先根据实际配电线路布局搭建配电线路网架结构单线图，然后录入各类元件的可靠性参数（主要包括故障率、故障修复时间及平均修复时间等），最后运用故障模式及后果分析法进行评估并输出指标结果。需要特别注意的是，在绘制单线图时出于人为误操作的原因可能会漏掉个别或部分元件与系统的有效连接，从而影响评估结果的准确性，因此在计算之前必须确保系统的正确连30欧阳健娜，等：ETAP在城市配电网供电可靠性提升中的应用

开始搭建配电线路网架单线图录入各元件可靠性参数故障模式后果分析进行可靠性计算Vol.40No.5

通。3元件可靠性参数灵敏度

灵敏度分析的目的在于找出对系统可靠性指标影响大的关键元件。元件可靠性参数灵敏度反映了该元件的某种可靠性参数（如故障率或故障修复时间等）变化时对系统可靠性水平的影响程度，计算公式如下：|E(F)-E′(F)|

||In,k=||

|E(F)∙α|

是否提示出错？NY查找并处理错误（1）输出可靠性评估结果结束E(F)及E′(F)分别为正常情况下与可靠性参式中：α为可靠性参数的变数变化后系统的可靠性指标；n为元件类型；k为具体的可靠性参数化程度；（一图3可靠性灵敏度分析流程图

般为故障率λ，修复时间MTTR及预安排停电率λP等）。元件可靠性参数灵敏度值越大说明其对系统供电可靠性的影响越显著，对其进行排序能快速有效地辨识出影响系统可靠性的关键元件。可靠性灵敏度分析流程如图3所示。以故障率参数为例，各元件可靠性参数灵敏度In,λ的计算步骤如下：统可靠性水平的关键元件；（5）有针对性地提出相应的改善措施。需要指出，如果可靠性参数为预安排停电率λP

或修复时间MTTR等，则相对应的元件可靠性参数灵敏度为In,λ或In,MTTR等。p

4算例

本文以某城市配电网10kV线路为例，运用（1）进行常规系统可靠性评估以获取系统指标；（2）依次将系统中各类元件故障率降低10%（α=0.1），即每次系统中仅有一类元件的故障率参数改变，在其它条件完全相同的情况下重新进行可靠性评估，计算新的系统指标；（3）按式（1）计算各元件可靠性参数灵敏度In,λ；ETAP12.6对各元件可靠性参数灵敏度进行分析，并有针对性地给出供电可靠性提升措施。4.1线路基本情况及建模

某城市配电网10kV单辐射线路总长14.856km，其中架空线路4.104km，电缆线路10.752km，包含6个分段隔离开关，56个负荷点，主接线如图4所示。根据主接线图在ETAP平台上搭建模型，运用绘图工具绘制单线图，如图5所示。（4）将In,λ进行排序并根据结果辨识出影响系 尧新01负荷刀闸尧新02开关新阳乙02开关尧新07开关尧新03开关新阳91307开关大板II支02开关图410kV线路主接线图第40卷第5期

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尧新92710kVAscCb1尧新01负荷刀闸尧新尧新尧新新阳乙新阳大板II支o02开关03开关o07开关o02开关o91307开关02开关oooBus2Cable1Network2Bus188Cable3Network4Network5Bus93Cable26Network6Cable28Bus121Network7Cable40Network8Cable48Network9图510kV线路ETAP单线图

为了使图形更加简洁，将分段隔离开关间的馈线及负荷封装在Network网络。图5中新阳乙02隔离开关至新阳91307隔离其他开关Network间的子网络中的接网络（Net⁃线与此类似。work6）单线图如图6所示，cable26cable28Bus94SW66SW6710kVSW75SW77SW81Cable30Bus102Bus110Cable3410kVCable3210kV新阳乙03刀闸Bus97SW71SW82SW83SW85SW92Sw69Fuse57SW73Fuse55Fuse59Fuse62Fuse63Bus111Cable36Bus120Cable38630kT53VA500kT55VA400kT57VA315kT60VA10kV10kVBus96Bus100Bus104Bus108400kT61VABus109SW87SW93Load35Load36Load37Fuse65SW88SW94630kVA500kVA400kVALoad38Load39T63Fuse66Fuse69Fuse70315kVA400kVA250kVAT64T67T68Bus113250kVA250kVA315kVBus114Bus118ABus119load40load41load42250kVA250kVA250kVAload43310kVA图6子网络Network6单线图

根据该城市配电网2013—2015年的运行数据统计各类元件的可靠性参数，统计结果见表1。计算中不考虑变电站出口母线故障，并假设变电容量能满足线路上的负荷需求，各类元件切换时间为2h。表1

元件可靠性参数

元件故障率故障修复预安排停预安排修平均修复时间/h电故障率复时间/h时间/h架空线0.0684.06电缆0.01904.780.0043.35变压器0.00001.040.00044.894.01断路器0.001191.830.00002.184.78隔离开关0.02451.970.00830.056563.691.773.113.342.774.2可靠性灵敏度分析

运用ETAP可靠性评估模块绘制线路单线图并输入各类元件的可靠性参数后，检查系统连通性，最后计算系统及各负荷点的各项可靠性指标，结果分别见表2、表3。0.997由表7次/2户，数据可见，该10kV馈线每年平均停电率高达99.97%平均停电时长，缺供电量73.1912.910MWh3h。，年平均可用表2

系统可靠性指标

指标结果SAIFI/[SAIDI/[h次··（（户户··aa））-1-1

]]0.997CAIDI/[h·（受影响用户·a）-1

]2.91072.9173EENS/(MWh·aASAI/%

-1)73.19199.97表3

部分负荷点指标

负荷点λ

r

U

EENS

LLd7

0.490.03Ld140.663.09Ld210.632.911.521.961.53Ld280.533.101.921.701.57Ld350.973.182.870.42Ld421.282.973.721.81Ld491.192.903.520.93d561.792.962.805.000.883.16解哪些负荷点的平均故障率大、ETAP输出各负荷点指标以便工程研究人员了平均故障持续时间长、缺供电量多且停电损失大，进而采取适当的整改措施以提高供电可靠性。但仅依靠负荷点指标信息来指导可靠性提升工作是远远不够的，还必须正确辨识影响该条馈线供电可靠性的关键元件及因素。为此依次将各类元件的故障率、修复时间及预安排停电率降低10%，计算各元件可靠性参数灵敏度，计算结果分别如图7、图8、图9所示。0.60.5530.4940.4880.50.4λ，0.3nI0.20.10.0620SAIFISAIDICAIDIEENS隔离开关架空线电缆图7

各元件对故障率的灵敏度值对比

0.6140.6140.6160.60.50.4RTTM，n0.3I0.20.10SAIFISAIDICAIDIEENS隔离开关架空线断路器图8各元件对修复时间的灵敏度值对比

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欧阳健娜，等：ETAP在城市配电网供电可靠性提升中的应用

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0.20.1950.1860.1850.15pλ，0.10nI0.050.010SAIFISAIDICAIDIEENS隔离开关断路器架空线图9各元件对预安排停电率的灵敏度值对比

从图7、图8、图9可看出，隔离开关的可靠性参数灵敏度最大，且隔离开关对修复时间的灵敏度值大于其对故障率的灵敏度值以及对预安排停电率的灵敏度值，即I隔离开关,MTTR>I隔离开关,λ>I隔离开关,λp

，说明隔离开关是影响这条馈线供电可靠性的关键元件，修复时间及故障率是影响整条馈线供电可靠性的关键因素。4.3供电可靠性提升措施

架空线长度短，隔离开关数量多，隔离开关故障导致用户停电的现象普遍存在。为了降低开关故障率及修复时间，提出以下提升供电可靠性的措施：（1）对隔离开关进行状态风险评估，根据评估结果开展差异化巡维，有针对性地开展日常巡维，定期进行预试、维护及保养，及时消缺，减少故障隐患以降低故障率。（2）日常巡视、检测和试验工作难以准确掌握隔离开关的绝缘状况，局放检测能及时发现绝缘缺陷并准确定位缺陷位置，需加强配网开关柜局放检测工作，降低开关故障率。（3）加强综合停电管理，统筹管理计划停电，减少重复停电与临时停电；整合资源，优化故障抢修管理流程，提高工作效率及质量，缩短故障修复时间。5结语

正确辨识系统关键元件或薄弱区域是供电可靠性提升工作中的核心环节。本文从工程实用性的角度出发，运用ETAP辨识影响配电网供电可靠性的关键元件，然后在ETAP仿真平台上搭建了城市配电网供电可靠性评估模型，计算各元件可靠性参数灵敏度指标并进行排序，最后根据计算结果有针对性地提出供电可靠性提升措施，为配电网的规划建设提供重要指导意见。参考文献：[1]停电事故及其启示分析周保荣，柳勇军，吴小辰，[J].等南方电网技术，.巴西2009年112010月10，4（日大1）：[2]23-28.探讨辛阔，[J].吴小辰，南方电网技术，和识之.电网大停电回顾及其警示与对策2013，7（1）：32-38.[3]评价方法吴涵，陈彬，[J].电力自动化设备，管霖，等.供电可靠性提升措施优选的量化2015，43（5）：126-130.[4]电可靠性规划宋云亭，张东霞，[J].电网技术，梁才浩，等2009.南方电网，53（8“十一五”）：48-54.城市供[5]敏度分析赵渊，周念成，[J].电网技术，谢开贵，2005等.大电力系统可靠性评估的灵，49（24）：25-30.[6]系统薄弱环节辨识算法李玲玲，鲁修学，孙东旺，[J].等电力系统保护与控制，.基于元件功率的区域电力2014，[7]42XIE（4）Kaigui,：77-83.recognizingBILLINTONR.Tracingtheunreliabilityandcomponents[J].theReliabilitymajorunreliabilityEngi-neeringcontributionandSystemofnetworkty,2009,94(5):927-931.Safe⁃[8]方法胡博，[J].谢开贵，中国电机工程学报，黎小林，等.HVDC2010，输电系统可靠性跟踪47（10）：29-35.[9]性改善分析纪静，谢开贵，[J].电力系统自动化，曹侃，等.广东电网薄弱环节辨识及可靠2011，35（13）：98-102.[10]的灵敏度分析任震，梁振升，[J].黄雯莹电力系统自动化，.交直流混合输电系统可靠性指标2004，28（14）：33-36.[11]弱环节指标钟庆，林凌雪，[J].易杨，电力系统及其自动化学报，等.电压暂降评估指标(Ⅰ)2012—电网薄，24（1）：[12]110-114.综合电压稳定指标高鹏，石立宝，姚良忠，[J].电网技术，等.辨识电网薄弱节点的多准则2009，53（19）：26-31.[13]同步电动机启动仿真研究郭昆丽，李怀莉，景军峰，等．基于[J]．电网与清洁能源，ETAP的高压大容量2014，[14]陈绍南，30（9）：1-4半云建模方法陈碧云，．[J]韦化，．中国电机工程学报，等．不规则风速概率分布的混合2015，52（6）：[15]ETAP1314-1321.2015．12.6.0UserGuide[M]．Operationechnology,Inc.,作者简介：

欧阳健娜（1989），女，广西柳州人，工程师，工学硕士，主要从事配电自动化、配网保护及供电可靠性研究工作；陈碧云(1978)，女，广西北海人，副教授，博士研究生，主要研究方向为电力系统可靠性分析与规划；俞小勇（1985），男，安徽繁昌人，工程师，工学硕士，主要从事配电自动化、配网保护及供电可靠性研究工作；周杨珺（1987），女，广西南宁人，工程师，工学硕士，主要从事配电自动化、配网保护及供电可靠性研究工作；李珊（1986），女，广西玉林人，工程师，工学硕士，主要从事配电自动化、配网保护及供电可靠性研究工作。