配电系统可靠性原理

在近年出版的《中国电力系统百科全书：电力系统卷》^[2]中，将可靠性描述如下：

电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量能力的度量。电力系统可靠性包括充裕度和安全性两个方面。

充裕度（Adequacy）是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑到系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运。充裕度又称静态可靠性，也就是在静态条件下电力系统满足用户电力和电能量的能力。

安全性（Security）是指电力系统承受突然发生的扰动，例如突然短路或未预料到的失去系统元件的能力。安全性也称动态可靠性，即在动态条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电能量的能力。

如图2-1所示，配电系统（Distribution System）处于电力系统末端，包括从供电点到用户之间的配电变电所、高低压配电线路及接户线在内的整个配电系统及设备。由于其直接与用户设施相连，是向用户分配和供应电能的重要环节，一旦配电系统或设备发生故障或进行检修、试验，往往就造成系统对用户供电的中断，直到配电系统及其设备的故障被排除或修复，恢复到正常的状态，才能继续对用户供电，所以整个电力系统对用户的供电能力和质量最终都必须通过配电系统来体现。配电系统的可靠性指标实际上是整个电力系统由于结构及运行特性的集中反映。而实践证明，在电力用户面临的可靠性问题中，配电系统故障引起的占到90%以上，比如以住宅小区为例，美国每年平均90min的停电时间中，大约70～80min是由于配电系统的故障所引起的，因此提高用户系统的可靠性的关键在于提高配电系统的可靠性^[3]。

图2-1 配电系统示意图

通常所谓电力系统供电可靠性，往往就只以用户最关心而又最敏感的停电程度来加以评价。从上述的观点出发，所谓供电可靠性就是电力系统设备发生故障时，衡量能使由该故障设备供电的用户供电障碍尽量减少，使电力系统本身保持稳定运行（包括运行人员的运行操作）的能力的程度。而配电系统可靠性，就是指量度从供电点到用户，包括变电所、高低压线路及入户线在内的整个配电系统及设备在某—定期间内，能够保持对用户连续充足供电的能力的程度^[4]。(www.xing528.com)

构成配电系统的各种设备，如变压器、架空线、电缆、断路器、避雷器、绝缘子和套管等均可能发生故障。设备早期的故障可能是由于制造的质量问题、运输或安装时造成的损坏等。而即便是状态良好的设备也可能由于过电压、过电流、动物的危害、恶劣的气候和许多其他原因造成损坏。有时设备可能由于老化、热疲劳、化学污染和机械磨损等引起突然的损坏。比如变压器对配电系统可靠性的影响主要体现在两个方面：损坏和过载，变压器损坏的直接后果是可能导致数以千计的用户面临灾难性的停电，而严重的过载同样可能导致变压器的损坏。因此在设计和使用时必须对变压器的额定参数和热老化有充分的了解。而由于各种设备又均是由大量的元器件所组成的。设备本身和组成设备的各种元件的失效率与时间的关系如图2-2中实线所示，符合所谓“浴盆曲线”（Bath-tub Curves），即失效率随时间变化曲线，可分为三个阶段：

（1）早期失效期 此期间失效率曲线为递减型。产品投入使用的早期，失效率较高而下降很快。这主要是由于设计、制造质量和运输、安装等人为因素所造成的失效。当这些所谓先天不良因素造成的失效发生后，运转也逐渐正常，则失效率就趋于稳定，并逐渐变平。使用中应该尽量设法避免。

（2）偶然失效期 失效率曲线为恒定型，即近似为常数。这一阶段的特点是失效率较低，且较稳定，往往可近似看作常数，失效率属于恒定型；产品可靠性指标所描述的也就是这个时期，这一时期是产品的良好使用阶段。人们总是希望延长这一时期，即希望在容许的费用内延长使用寿命。此时产品的失效是由多种而又不太严重的偶然因素引起的，如过载、误操作、意外的天灾以及一些偶然因素所造成的。由于失效原因多属偶然，故称为偶然失效期，该阶段为产品有效工作的时期，也称为有效寿命。

图2-2 采用预防性维护前后的失效率曲线

注：实线为设备的固有失效率曲线；虚线为采用预防性维护后的失效率曲线。

（3）耗损失效期 此期间失效率是递增型的，随时间延长上升较快，这是因为设备上的某些元件已经老化，因而失效率上升。针对耗损失效的原因，应该注意检查、监控。当其中硬件的失效率已达到不能允许时，就应进行更换或维修，这样可延长设备的使用寿命，推迟耗损失效期的到来。