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独山子石化电网可靠性估计与分析

王晓玲，　胡永庆

独山子石化公司    新疆独山子   833600

摘要：电力系统运行方式的可靠性估计以及可靠性分析是电力系统日常运行中非常重要的工作。这项工作将直接影响企业的经济效益。本文对独山子石化电网进行了电汽负荷运行方式的可靠性估计及分析的研究。

关键词：独山子石化　电网可靠性　估计分析

1 引言

 独山子石化电网是短线路多电源构成的环网。发电厂电气主接线为双母线和单母线分段方式，对各变、配电所均采用双回路供电。变配电所的电气主接线方式为单母分段、分段开关设BZT装置。

当一电停运时，电网形成由二电各变配电所输配电的辐射形网络。由于发电厂及变配电所电气主接线均单母线分段（或双母线）方式，故其可靠性水平较高。输电线路均为短线路或电缆线路,故障率低。变配电装置均为室内配置，断路器多为真空断路器或少油断路器，110kV采用SF6组合电器，实践证明故障率较低。线路继电保护配置水平较高，多为微机保护，所以输电系统可靠性水平较高。因此计算独山子石化电网的电力系统可靠性问题就归结为发电系统的可靠性分析问题。鉴于此，我们主要对发电系统的可靠性进行分析，并以此来评价独山子石化电网的可靠性水平。

2　发电系统的可靠性估计　

以往在我国电力系统中均采用发电容量备用率作发电系统的可靠性指标。即取年最大负荷的某一百分数作为备用容量，后来考虑到大容量机组的强迫停运对系统影响较大，在选择备用容量时同时考虑系统最大单机容量，取最大者作为系统的备用容量，这就是确定性可靠性估计。这种方法确定备用容量过于粗糙且并不十分科学。主要表现在未考虑负荷曲线的影响和各种发电机组具有不同的故障率和修复率。经验证明，机组的故障率随机组的类型和容量的不同有很大差别，修复率也有相当的差别。

随着电力系统的发展，利用概率法定量估计发电系统的可靠性越来越广泛。在美国，有些电力公司都各采用不同的指标，如“电力不足概率（LOLP）”，“电量不足期望值（EENS）”，“停电频率—平均持续时间（F＆D）”等等。目前，基于概率法的发电系统可靠性估计在各主要发达国家已获得普遍应用。我国已经开始对一些实际电网进行发电系统的可靠性计算并积累了一些实际经验。我们拟采用电力不足时间概率法（简称LOLP法）和电量不足概率法(LOEP法)，对独山子电网进行发电系统可靠性估计。对独山子电网，在联络线停运时，可按孤立系统的发电可靠性估计步骤和方法计算。当联络线投运时，就应按互联系统的可靠性计算方法来进行分析。具体采用LOLP法的支援容量概率表法。这种方法根据系统的停运容量概率表、可用备用容量、联络线允许传输容量和支援合同，形成一个系统对另一个系统的支援容量概率表。实质上，就是在研究另一个系统的可靠性时，把该系统作为一个等效多态发电机组来处理。实际分析计算时，考虑到北疆电网的总装机容量远远大于独山子石化电网，且其备用容量远大于联络线传输容量，故而进行计算时，可将北疆电网等值为装机容量为联络线容量的两态发电机。不计等值发电机的故障，只计算输变电设备的可靠性参数，将其作为等值发电机的可靠性参数。这样，就使互联系统的可靠性计算得以简化。可以按孤立电网的可靠性计算方法分析。其计算步骤为先根据各电力设备的可靠性参数及其运行状态，建立机组停运容量的概率模型。根据电力负荷的预测结果建立负荷的概率模型，最后综合机组的停运容量模型与负荷模型，求出系统的可靠性指标。利用实用递推算法可以建立发电系统的容量模型，其特点是从一台设备的容量模型（它可以根据设备的可靠性参数直接求出）开始，逐台追加进去直到N台为止，最后形成所需的容量模型，每追加一台设备时，计算出确切概率和累积概率。

3　独山子电网可靠性指标分析

3.1　电力设备的可靠性参数

　  电力系统的主要电力设备的可靠性参数（指设备的故障率λ及平均修复时间MTTR等）是分析计算系统可靠性的基础。电力设备的可靠性参数可以从各设备长期运行记录应用统计的方法得出。由于这方面的长期运行统计资料缺乏，因此，独山子石化电网的热电厂汽轮发电机组的可靠性参数是在实际统计资料的基础上，参照国内同类型机组的参数修正得出的，基本符合实际情况。

目前，新疆电网总装机容量已达233.7万千瓦。系统最大负荷117万千瓦，备用容量较大，可靠性水平较高。所以在将北疆电网等值为装机容量为联络线容量的两态发电机时，不计等值发电机的故障，只计算输变电设备的可靠性参数，将其作为等值发电机的可靠性参数。

计算中的输变电设备可靠性参数采用国家电力设备可靠性管理中心统计的新疆电力公司2000年输变电设施可靠性综合指标。实际计算中，以距独山子石化电网最近的有效电源－－新疆玛纳斯发电厂220kV母线开始计算，并分别考虑220kV玛奎线和110kV玛沙奎线两种不同的方式。计算结果见表1。

表1　电力设备的可靠性参数

3.2　对独山子石化电网几种典型运行方式的可靠性估计

目前正常运行方式为独山子电网与北疆电网处于经玛奎线联网运行状态。冬季方式下不安排玛奎线检修，夏季玛奎线或奎屯变电站220kV联络变压器检修时，独山子石化电网经110kV玛沙奎线与北疆系统联网。

当热电厂安排汽轮发电机组检修时，原则上应处于与北疆电网经玛奎线联网的状态。冬季通常不安排50MW汽轮发电机检修。夏季出于经济性的考虑，不安排一电站汽轮发电机组运行。但夏季方式下，如果安排50MW汽轮发电机组检修，则一电站应当安排一台6MW和12MW汽轮发电机组投运。冬季方式下，通常也安排一电站一台6MW和12MW汽轮发电机组运行。当独山子电网单独运行时，原则上不安排二电厂的汽轮发电机组检修。

采用2001年的负荷曲线对上述各种典型系统运行方式进行可靠性分析计算，得到计算结果如表2

3.3 　独山子石化电网的可靠性指标的确定

从对独山子石化电网几种典型运行方式的可靠性估计结果可以看出,电力不足时间概率LOLP对电力系统的备用发电容量的大小很灵敏,备用容量越大, LOLP越小。反映到经济上,则可多生产产品,或用户的停电损失减少。因此,依据LOLP和EENS这两个量,用投资效益分析法可以进行可靠性经济分析,决定系统的最优可靠性指标。

这里不加分析地给出合适的LOLP指标的计算公式

LOLP=1.2K_C×M×FCR/rK_E              

式中   K_E=EENS/LOLP  千Kw·h/日,视机组型式不同而不同，一般在600元/千瓦左右；

M---系统风险特征系数,一般可近似地取系统年峰值负荷下可调发电容量的5%，若年峰值负荷无检修，则取总装机容量的5%；

FCR—固定折年率，按原水电部暂行规定，可取0.1～0.12;

KC-----发电机单位容量投资，元/千瓦；

r——表示单位电量缺额所对应的社会经济价值损失。

上式中的r值较难确定。我们采用以单位电度对应的国民生产总值作为电量缺额的经济损失的办法。这种办法的合理性在于电量缺额并不一定由直接对用户停电才产生，事实上当电源不足时系统频率将降低，产生电量损失，而并不停任何用户的电。

对独山子地区的统计调查显示：2000年的工业总产值为99.8亿元，总用电量为5.7552亿千瓦时。可得到 r=99.8/5.7552=17.34元/千瓦时。根据独山子石化设计院做的50MW汽轮发电机组的概算，总投资约为1.7亿元。则KC=17000/5=3400 元/千瓦。系统风险特征系数M取系统总装机容量的5%，M=11.2MW。将计算可得合适的独山子石化电网的可靠性指标

LOLP=1.2×3400×11.2×(0.1～0.12)/17.34/600=0.439～.527 天/年

实际上，系统风险特征系数M可从独山子石化电网几种典型运行方式的可靠性估计结果求出。经计算M=15~20MW，可求得合适的独山子石化电网的可靠性指标

LOLP=0.588~0.941   天/年

从另一个角度考虑，独山子石化电网与北疆电网联网运行时，当独山子石化电网发生故障导致停运容量大于电网的备用容量时，就必须由北疆电网经过联络线提供支援容量，就会导致最大需量产生。相应的，就造成电费支出的损失。反之，如果因为某种原因得不到支援容量，就会因电量缺额造成经济损失。独山子石化电网作为孤立电网的合理的LOLP值应当使这两个损失相等。考虑到最大需量电费是按月结算的，可建立如下关系式

K×LOLP/12=r                  

式中     K---最大需量电价，目前为20元/千瓦时。

将数据代入得 LOLP=17.34*12/20=10.404天/年，即独山子石化电网作为孤立电网的合理的LOLP值为10.404天/年。

由上式可求得北疆电网的等值机组的有效容量(M取15~20)

    C_ef＝Cn－M[（1－r）＋rxe^Cn/M﹝]  =39~42 MW

对系统峰值负荷的变化量△D，有△LOLP与之相对应，它们的关系式为

△D=M×ln(1+△LOLP*)             

作为孤立电网的独山子石化电网与北疆电网并网时，只需考虑北疆电网的等值机组的有效容量，这样一来就相当于系统的负荷减少了同样的值，代入上式求得

LOLP*=e^△D/M-1=-0.926~－0.942

将LOLP0=10.404天/年代入得

△LOLP=LOLP×△LOLP*=10.404×(-0.926～0.942)

=-9.634～－9.8  天/年

这样就得到独山子石化电网与北疆电网并网时的合适的可靠性指标

LOLP=LOLP0+△LOLP=10.404+(-9.634～9.8)=0.603～0.770天/年

这个数值与前面求得的可靠性指标相近。因此，经过综合分析可得到合适的独山子石化电网的可靠性指标为0.60～1.0天/年。

表2  独山子石化电网典型运行方式的可靠性计算结果

3.4 独山子石化电网的可靠性水平分析

在计算出合适的独山子石化电网的可靠性指标之后，结合表2所列的独山子石化电网的典型运行方式的可靠性计算结果，就可以对独山子石化电网的可靠性水平进行分析评价。

当独山子石化电网通过玛奎线与北疆联网运行时，才可能保证系统的可靠性水平。独山子石化电网作为孤立电网运行时的可靠性水平很差，从运行方式上应当避免。当独山子石化

电网通过110KV玛沙奎线联网时，只有热电厂的机组处于最大运行方式下，系统的可靠性水平才能勉强满足要求。因此，只有在玛奎线运行的条件下，才能安排热电厂二电站的机组检修。从可靠性计算结果可以看出，当二电站一台25万MW机组检修时，如果一电站的机组不投运，系统的可靠性水平还较低，投运一电站的机组可使系统的可靠性水平得以改善。50MW机组检修时，系统可靠性水平较低，即使开启一电站的机组，系统的可靠性仍不能保证。

由于一电站机组运行成本高，夏季方式下通常不投运。这样，安排二电站机组检修时，系统的可靠性水平不能满足要求。另外，奎烯线和玛线均为单回线路，其中任何一回线路检修或故障停运都会导致独山子石化电网与北疆电网的联网方式发生变化，所以现阶段无论冬季或夏季运行方式，系统的可靠性水平都不高。在目前的条件下，应当采取限制运行方式的做法。为保证系统的可靠性水平，还应考虑一电站投运。

4          结论

从前面的分析可知，由于系统可靠性水平的降低独山子石化电网发生故障就会造成外购电费的大量损失或由于限电造成石化产品损失。因此，应当尽快建设新机组，以彻底改善独山子石化电网的可靠性水平。另外，根据北疆电网的网架发展情况，在奎屯变电站与玛纳斯电厂实现双回线路联系之后，适时建设第二回奎烯线。确保独山子石化电网与北疆电网处于联网运行状态，也将大大改进独山子石化电网的可靠性水平。