第二节 电力系统负荷和供电可靠性

一、负荷分类

（一）电力负荷

电力负荷是指发电厂和电力系统中，在某一时刻所承担的各类用电设备消费电功率的总和。单位是kVA，电力负荷按能量消耗可分为如下几类：

（1）用电负荷。用电负荷是指用户的用电设备在某一时刻实际取用的功率总和。

（2）线路损失负荷。电能从发电厂到用户的输送过程中，不可避免地会发生功率和电能量的损失，与这种损失所对应的发电功率，叫线路损失负荷。

（3）供电负荷。用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷，是发电厂对外供电时所承担的全部负荷，称为供电负荷。但有些大电网在计算供电负荷时，减去了属于电网调管的高压一次网损，称为电网的供电负荷，有的电网把属于地区调管的公用发电厂厂用电负荷也作为地区供电负荷。

（4）厂用电负荷。电厂在发电过程中要消耗一部分功率和电能，这些厂用电设备所消耗的功率，称为厂用电负荷。

（5）发电负荷。电网对外担负的供电负荷，加上同一时刻各发电厂的厂用电负荷，构成电网的全部生产负荷，称为电网发电负荷。

（二）按电力系统中负荷发生的时间分类

（1）高峰负荷。又称最大负荷，指电网或用户在一天时间内所发生的最大负荷值。为了分析的方便常以小时用电量作为负荷。高峰负荷又分为日高峰负荷和晚高峰负荷，在分析某单位的负荷率时，选一天24h中最高的一个小时的平均负荷作为高峰负荷。

（2）低谷负荷。又称最小负荷，是指电网中某用户在一天24h中发生的用电量最少的一小时的平均电量。为了合理用电应尽量减少发生低谷负荷的时间，对于电力系统来说，峰、谷负荷差越小，用电则越趋近于合理。

（3）平均负荷。是指电网中或某用户在某一确定时间阶段的平均小时用电量。为了分析负荷率，常用日平均负荷，即一天的用电量被一天的用电小时来除。为了安排用电量，做好用电计划，往往也用月平均负荷和年平均负荷。

（三）用电负荷分类

（1）根据用户在国民经济中所在部分分为四类：工业用电负荷；农业用电负荷；交通运输用电负荷；照明及市政生活用电负荷。

（2）根据突然中断供电所引起的损失程度分为三类。其中：

1）一类负荷。也称一级负荷，是指突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染的；会造成经济上的巨大损失，如重要的大型设备损坏、重要产品或用重要原料生产的产品大量报废、连续生产过程被打乱且需长时间才能恢复生产的；会造成社会秩序严重混乱或产生政治上的严重影响的，如重要的交通与通讯枢纽、国际社交场所等的用电负荷。

2）二类负荷。也称二级负荷，是指突然中断供电会造成经济较大的损失，如生产主要设备损坏、产品大量报废或减产、连续生产过程需较长时间才能恢复；会造成社会秩序混乱或在政治上产生较大影响，如交通与通讯枢纽、城市主要水源、广播电视、商贸中心等的用电负荷。

3）三类负荷。也称三级负荷，是指不属于上述一类和二类的其他负荷，对这类负荷，突然中断供电所造成的损失不大或不会造成直接损失。

用电负荷的这种分类方法，其主要目的是为确定供电工程设计和建设的标准，保证使建成投入运行的供电工程的供电可靠性能满足生产安全、社会安定的需要。如对于一级负荷的用电设备，应有两个或两个以上的独立电源供电，并辅之以其他必要的保安措施。

（3）根据国民经济各个时期的政策和季节的要求分为三类：优先保证供电的重点负荷；一般性供电的重点负荷；可以暂时限制或停止供电的负荷。

二、供电的可靠性

电力系统（包括电厂、变电所和用户）的各种电气设备、输配电线路，以及这些设备、线路的保护和自动装置，都有可能发生不同类型的故障，从而影响电力系统的正常运行和对用户的正常供电。设备故障是事故停电的主要原因，应当由继电保护和自动装置来控制故障区段，或者由运行人员协助处理，以防止造成大面积停电事故。

（一）电力系统事故的主要形式

（1）电力系统的稳定破坏（各发电机之间不能维持正常运行，系统的电流、电压和功率发生大幅度波动，这种现象叫做电力系统的稳定破坏）。使系统解裂成几个部分，造成几座电厂全部停电，并失去大量负荷。

（2）大电源（发电机、变压器、输电线路）突然断开，使全系统或受电地区的电力出现严重不足的现象，频率、电压大幅度下降。

（二）输变电设施可靠性

输变电设施的可靠性是以设施功能为目标，面向设施，在规定的运行条件下，在预定的时间内，完成规定功能的能力。例如断路器的可靠性是指对断路器在规定的运行环境下，在预定的时间内，接通和连续承受正常电流、开断电路正常电流，以及短时承受和切断规定的非正常电流的能力的量度。输变电设施可靠的统计、分析，是深入掌握和评价输变电设施在电力系统中运行状况的主要措施，对改进设备制造、安装质量、工程设计和生产管理等也具有重要意义。

1.输变电设施分类的状态划分

输变电设施状态划分如下：

其中 使用——设施处于应统计的状态；

可用——设施处于能够完成预定功能的正常状态；

运行——设施与电网相联接，并处于带电的状态；

备用——设施可用，但不在运行状态；

不可用——设施不论由于什么原因引起的不能完成预定功能的状态，在这种状态下，设施必须从系统切除，经过检修才能恢复可用状态；

非计划（故障）停运——设施处于不可用而又不是计划停运的状态，分第1～4类非计划停运；

计划停运——大、小修，预试，清扫，改造施工。

2.输变电设施可靠性指标及其计算公式

（1）非计划（故障）停运率。其计算公式如下：

（2）可用系数（AF）。其计算公式如下：

（3）运行系数（SF）。其计算公式如下：

（4）强迫停运率（FOR）。其计算公式如下：

（5）平均连续可用小时（CSH）。其计算公式如下：

（6）暴露率（EXR）。其计算公式如下：

（7）平均无故障操作次数（AOT）。其计算公式如下：

（三）供电系统用户可靠性

供电系统用户可靠性，直接体现供电系统对用户的供电能力，反映了电力工业对国民经济电能的需求满足程度，是供电系统的规划、设计、基建、施工、设备制造、生产运行、营业服务等方面质量和管理水平的综合体现。

1.停电性质的分类

2.供电系统用户可靠性指标及计算公式

供电可靠率（RS1）为在统计期间内，对用户有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，其计算公式如下：

若不计外部影响记作RS2，其计算公式如下：

若不计系统电源不足限电时，则记作RS3，其计算公式如下：

用户平均停电时间（AIHC）的计算公式如下：

（四）停电对用户的影响

停电是指对用户的供电中断。停电按性质可分为两类：计划停电和故障停电。

计划停电是指有计划安排的停电，可以事先通知用户。如因设备检修或系统施工等引起的停电就属此类。因为计划停电是有准备的停电，所以给用户造成的损失较小。

故障停电是指由于系统设备发生故障造成的用户供电的突然中断。因为事先无法预告，因而给用户造成的损失比计划停电大得多。停电对用户的影响视该用户的用电目的、生活水平、社会环境等不同而不同。

停电给用户造成的损失分为直接损失和间接损失。直接损失如设备损坏、生产停滞、计算机服务或数据遭到破坏等，间接损失如被迫修改计划造成的损失，人员加班的额外开支、税收损失等等。

造成事故的原因是多方面的。统计资料表明，电力系统稳定性破坏的直接原因中，设备质量差占32%，自然灾害占16.6%，继电保护误动作占13.2%，人员过失占17%，运行管理水平低占21.2%。因此，要降低停电事故就必须从下面几方面做出努力：

（1）尽量提高设备自身的可靠性，及时认真地检修，防患于未然。

（2）改进电力系统结构，尽量减少对用户的停电。

（3）通过设置自动装置等措施，尽量防止事故扩大和尽快恢复供电。

（4）加强培训，提高运行人员的技术水平。

（5）加强运行管理。

（五）供电可靠性指标

可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定条件下完成规定功能的能力。电力系统的功能是向用户尽可能可靠地、经济地供给合格的电能。因此，电力系统可靠性定义为向用户提供质量合格的、连续的电能的能力。

电力系统常用的可靠性指标有：

（1）平均运行可用率指标。指一年中对用户有效供电小时数与总的要求的用电小时数之比。

（2）用户平均停电频率指标。指每个受停电影响的用户在一年里经受的平均停电次数。

（3）用户平均停电持续时间指标。指一年中被停电的用户经受的平均停电持续时间。

（4）系统平均停电频率指标。指系统中运行的用户在一年中经受的平均停电次数。

（5）系统平均停电持续时间指标。指系统中运行的用户在一年中经受的平均停电持续时间。

（6）电力不足时间概率。指在假定日尖峰负荷持续一整天的条件下，系统负荷需要超过可用发电容量的时间概率的总和。

（7）电力不足时间期望值。指在被研究的一段时间内，负荷需要超过可用发电容量的时间期望值。

（8）电力不足期望值。指在被研究的一段时间内，由于负荷需要超过可用发电容量而引起用户停电的平均值。

（9）电力不足概率。指在被研究的一段时间内，由于供电不足而使用户停电的电量损失的期望值与该时间内用户所需全部电量的比值。

（10）电量不足期望值。指在被研究的时间段内，由于电力不足，引起用户停电而损失的电量的平均值。

由于构成电力系统的各种设备的可靠性特点不同，在进行电力系统可靠性评价时，常把整个系统分为三部分，分别进行评价：

（1）电源部分——电源可靠性。

（2）送变电部分——送变电可靠性。

（3）配电部分——配电可靠性。

（六）提高供电可靠性的措施

电力系统的供电可靠性，与发、供电设备和线路的可靠性、电力系统的结构和接线（包括发电厂和变电所的电气主接线）、备用容量、运行方式以及防止事故连锁发展的能力有关。因此，在电力系统规化设计和运行阶段，都应注意提高供电的可靠性，其措施有如下几项：

（1）提高发、供电设备的可靠性。采用可靠的发、供电设备，做好发、供电设备的维护工作，并防止各种可能的误操作。

（2）提高送电线路的可靠性。电力系统的重要线路采用双回路。

（3）选择合理的电力系统结构和接线。对重要用户采用双电源供电。

（4）保持适当的备用容量，使系统的装机容量比最高负荷大15%～20%。

（5）制定合理的运行方式。在制定运行方式时，除必须考虑输电线路本身的输电能力外，还要考虑当某些线路或设备突然切除时，不致影响输电网络及其他线路和设备的正常运行。

（6）采用可靠的继电保护和安全自动装置。

（7）采用快速继电保护装置。

（8）采用以电子计算机为中心的自动安全监视和控制系统。