全面承诺向供电可靠性现状发起挑战
案例研究
施恩禧精选解决方案:IntelliRupter®智能脉冲式重合®断路器、TripSaver® II跌落式重合器、IntelliTeam® SG智能配电网络重构系统和VacuFuse®自动复位断路器
地点:佛罗里达
客户挑战
Florida Power & Light Company(FPL)的服务区域独特,覆盖了佛罗里达半岛,该半岛的海岸线长达530英里。这一地理特征为这家投资者所有的电力公司带来了持续的运营挑战:沿海的盐雾形成了强腐蚀性环境,全年适宜的气候促成了美国最快的植被生长率,而雷击频率位居北美之首,在全球范围内仅次于刚果民主共和国。此外,热带暴雨和频繁的飓风威胁往往导致破坏和大规模停电。
FPL拥有近500万客户,其中大多数人居住在距离海岸20英里以内的区域,由于佛罗里达半岛三面环海,这些客户更容易受到来自任何方向的风暴影响,从而遭遇长时间停电。除了海岸线的影响,佛罗里达州的热带气候和茂密植被也是其标志性特征。但许多居民考虑到景观美化,反对修剪树木。正因如此,客户常常因植被过度生长接触线路而遭遇瞬时或永久性停电。在数字化程度日益提高的今天,FPL深刻感受到客户对电力可靠性的期望不断攀升。
在持续改进的承诺驱动下,FPL承诺解决所有停电问题——从短暂的电力波动到严重风暴后的恢复。然而,在历史上最活跃的飓风季节中,FPL在15个月内遭遇了七场风暴,这对其运营造成了巨大挑战。风暴过后,FPL重新评估了其应对策略,并思考是否有更有效的恢复供电或避免停电的方法。
FPL认为,天气或植被等固有条件不应成为影响其向客户提供优质服务能力的限制因素。该公司评估了环境中不可避免的问题,并制定了一套综合解决方案,以应对所有类型的停电。
FPL团队在飓风过后恢复了电力供应
综合解决方案
FPL的第一步是致力于实现行业领先的可靠性,并着手实施更为直接的电网加固解决方案。公司的“风暴安全计划”重新定义了在重大事件日(如严重风暴)期间的系统性能表现。该电力公司采用了极端风载荷标准,使系统能够承受每小时145英里的飓风级风力,从而减轻了严重风暴造成的破坏,并加快了修复速度。
第二步战略是通过投资行业领先的配电自动化系统技术,提升电网智能化。由于多年来一直与施恩禧电气公司合作,FPL了解施恩禧在智能电网领域的最新创新成果。为了升级其馈线,FPL决定安装4,000多台IntelliRupter®智能脉冲式重合断路器,并计划最终将总数增加到6,000台。这些自动馈线开关采用了PulseClosing® Technology™,与传统重合器相比,测试故障时能耗减少了95%。如果故障是暂时的(如强风或棕榈树与线路接触),设备会通过电流脉冲轻柔地测试线路并恢复供电,从而避免系统承受不必要的压力,并消除传统重合操作中相邻馈线出现的电压骤降问题。
正在安装中的IntelliRupter智能脉冲式重合器
FPL团队安装了TripSaver II重合器
IntelliRupter®智能脉冲式重合器的感应精度也意味着更好的协调性,因此可以在馈线上串联安装更多设备,使FPL能够进一步对线路进行分段,减少受影响的客户数量。如果故障是永久性的,设备会将故障隔离在一个小范围内,并确保周围区域的供电不受影响。由于解决即使是几秒钟的停电问题也是FPL的优先任务,公司将IntelliRupter智能脉冲式重合器设置为在临时故障时按单相跳闸,仅在永久故障时锁定所有三相——这与变电站中断路器的操作方式不同,后者会在所有三相上导致馈线上的所有客户出现短暂停电。在馈线的更下游使用IntelliRupter智能脉冲式重合器并锁定故障相,可以本地化故障测试与隔离,从而只有靠近故障点并从故障相供电的客户会经历短暂的停电,而其他客户则不会受到影响。
FPL还将其先进技术应用于支线。公司选择安装80,000台TripSaver II跌落式重合器,这标志着其从熔断器后备保护策略的根本转变。这些自动支线开关取代了熔断器,并测试下游故障是暂时的还是永久的。由于46%的支线停电需要更换熔断器,TripSaver II重合器避免了客户因临时故障而经历不必要的或长时间的停电,同时也减少了FPL更换熔断器的运营成本。通过与施恩禧的工程团队合作,FPL确定大多数设备只需两种曲线设置,并安排施恩禧团队在生产过程中进行预配置,从而加快了安装速度并减少了备用设备的库存。
当FPL通过先进的智能电网设备升级其基线保护策略时,其目标是缩短故障隔离后的恢复过程。公司部署了施恩禧的IntelliTeam® SG智能配电网络重构系统,该系统具有独特的能力,可以在电网的子区域内本地评估情况并重新配置,以恢复尽可能多的客户供电。在环形电路中,FPL可以将客户连接到另一个电源,从而安全地加快恢复速度,而无需依赖中央控制系统和通信网络。重新配置过程不到一分钟即可完成。
FPL综合解决方案战略的第三步是提高智能电网设备在重大事件后的可用性。FPL成立了一个智能电网评估团队,在风暴过后立即执行恢复和更换方案。FPL与施恩禧合作进行这些评估,以检查设备损坏情况并推荐解决方案,使设备尽快恢复运行——这种合作在重大风暴后尤为重要。
结果
电网加固与施恩禧的智能电网设备相结合,使FPL自其可靠性改进计划启动以来,系统平均停电时间(SAIDI)总体减少了15分钟。FPL估计,施恩禧的IntelliRupter智能脉冲式重合器在安装后的前六年内避免了420万次客户停电,仅在2017年就避免了100万次客户停电(不包括重大事件)。施恩禧的TripSaver II重合器在前四年内避免了8,500次停电,节省了运营成本。总体而言,在正常天气条件下,FPL发现加固后的馈线性能比未加固的馈线高出46%。
系统覆盖率百分比 | ||
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项目安装数量 | 2005年 | 2017年 |
IntelliRupter智能脉冲式重合器 | 10% | 72% |
TripSaver II重合器 | 0% | 75% |
加固配电馈线 | 0% | 26% |
地下馈线 | 13% | 15% |
施恩禧的IntelliTeam SG系统与智能电网设备配合使用,表现出了极高的可预测性和可靠性,赢得了FPL的信任,使其能够在风速低于75英里/小时的风暴期间保持自动化和重新配置逻辑的运行——这是许多电力公司不敢尝试的,因为较落后的配电自动化系统通常无法在风暴期间处理多重故障应急情况。
尽管日常运营已显示出显著改进,但对比FPL电网现代化前后的风暴恢复情况,更能凸显出巨大差异。虽然飓风厄玛(在综合解决方案实施后)影响的FPL服务区域更大,且风暴强度比12年前的飓风威尔玛(在综合解决方案改进前)更强,但FPL在飓风厄玛后能够更快地为更多客户恢复供电。事实上,50%的客户在一天内恢复了供电。总体而言,FPL将完全恢复时间缩短了八天,为其35个县的服务区域内的佛罗里达州经济贡献了80亿美元的GDP。
飓风威尔玛(2005年) | 飓风厄玛(2017年) | |
---|---|---|
萨菲尔-辛普森等级 | 3级 | 4级 |
最大持续风速(mph) | 120 | 130 |
受影响的FPL客户比例 | 75 | 90 |
50%客户恢复供电时间(天) | 5 | 1 |
75%客户恢复供电时间(天) | 8 | 3 |
95%客户恢复供电时间(天) | 15 | 7 |
100%客户恢复供电时间(天) | 18 | 10 |
不仅FPL注意到了这些变化和改进,其客户也深有体会。在11年的时间里,FPL客户的瞬时停电次数减少了71%。与此同时,客户投诉量下降了93%,而同期新 客户连接数却增加了36%。尽管进行了智能设备升级,客户的用电成本仍然保持在可承受范围内,电价比全国平均水平低30%。
这些改进也使FPL成为行业领导者,获得了多项殊荣。在PA Consulting的ReliabilityOne™奖项中,FPL连续五年荣获东南地区“卓越可靠性表现奖”,连续五年中有三年获得“卓越技术与创新奖”,并连续两年获得“重大停电事件卓越应对奖”。此外,FPL还在连续四年中三次荣获“ReliabilityOne™ 全国卓越奖”,以表彰其出色的可靠性表现。Davies Consulting也授予FPL“卓越通信奖”和“最具创新实践奖”,以表彰其在领导力和紧急响应方面的卓越表现,包括在风暴后恢复工作中使用的创新政策和工具。
这些荣誉以及显著的可靠性改进,激励FPL与施恩禧合作,创新出一种新的智能电网解决方案,以消除架空配电变压器上方的熔断器误操作问题。FPL注意到,在解决了诸多可靠性和韧性挑战后,这些变压器位置成为电网升级的下一个重点。大量架空变压器的停电仅需更换熔断器,这表明这些故障的原因很可能是暂时的。通过与施恩禧合作,双方团队发明了VacuFuse自复位断路器,用于测试架空配电变压器的故障,改善客户体验,并避免运营成本。FPL在50-75 kVA的架空配电变压器上部署了1,000台设备,并在初步取得积极成果后,计划在整个系统中部署50,000台。
FPL的前瞻性思维和对智能电网技术的投资证明,即使面对全国最极端的天气条件,通过专注、全面和综合的解决方案,也可以为电力可靠性树立新的标杆。
木质电线杆被替换为混凝土电线杆
出版日期
十月 26, 2020