研究背景與動機

民國七十年初期，政府擬訂政策開始推動高科技、高附加價值以 及高能源效率工業之發展，並成功的設立了新竹科學工業園區，對台 灣的高科技產業的發展不但影響重大且具指標意義。截至民國九十三 年止，以化學製品、機械設備、電腦及周邊設備、電子、通訊、航 太、 汽車及其他運輸工具、精密器械業等為主的高科技產品佔台灣所 有出口產值的 65.3%(資料來源：財政部「進出口貿易統計」，本文並 依據歐盟 Key Figures 2000 中所定義的高科技產業來分類統計之)。

電力的穩定供應為維繫高科技產業蓬勃發展之重要因素；除此之 外，近年來，大型的商業金融中心、購物商場以及高樓大廈如雨後春 筍般林立於台灣各大都會區，在在顯示國人的生活水準已有大幅改 善，並持續提升中。因此，提供充足、可靠以及高品質的電力為產業 發展及提升國人生活品質的必要條件。尤其是在科學園區、金融中 心、商業區和超高大樓等重要負載對電力供應的品質要求比已往更為 嚴 苛 ， 某 些 敏 感 性 負 載 甚 至 無 法 忍 受 短 暫 之 停 電 (short-period interruption)亦或略長時間的電壓突降(long-duration voltage dip)。

目前台灣電力公司(以下簡稱台電)之配電饋線(distribution feeders) 的配置方式，在郊區係以架空線路(overhead conductor)為主，且大部 分 採 用 放 射 型 (radial) 架 構 ， 只 有 少 部 分 地 區 採 用 放 射 連 絡 型 (link arrangement)架構，架空線路因受外力影響而發生故障的機率較高，且 容易發生暫時性故障，然而，若發生永久性故障，則其故障地點的定 位較地下配電為容易且快速，且其建置成本相對較低；至於在都會區 則以地下電纜(underground

cable)為主，大部分採用常開環路型(open-loop)架構，地下電纜因受外力影響而發生故障的機率較低，然而，若 發生故障則故障定位較架空線路為困難且費時，且其建置成本相對較 高。雖然上述兩種台電目前主要採用之系統架構中以常開環路型之供 電可靠度較佳，但在饋線維護或發生事故時，即使有負載轉供機制，

仍無法避免會有短時間停電現象，可能因此造成不小的停電損失。

綜觀國內外在一次配電系統之相關研究上，主要偏重在既有放射 架構下之自動化、自動圖資/設備管理/地理資訊系統(AM/FM/GIS)、

負載轉供(load transfer)、停電管理、變壓器負載管理(transformer load management)等上[1-14]，雖然這些研究對目前配電系統供電可靠度 (reliability)的改善助益良多；但是，對於配電饋線因維護或故障而可 能造成之短時間停電問題仍未解決，並無法符合高科技產業及重要用 戶等之需求。唯有脫離現有系統架構的窠臼，進行系統型態升級，才 能徹底解決上述配電饋線之短時間停電問題。台電停電事故歷史資料 的統計結果顯示，造成用戶電力中斷的原因，絕大多數為配電系統發 生事故所引起 [15-19]。表 1-1 所示為台電台北市營業區處所統計出之 用戶每年停電次數(the frequency of customer outages)及每次停電時間 (the duration of customer outages)，此一統計資料顯示造成用戶停電的 主要原因為配電饋線事故，此一事故約佔所有停電事故之 45.6%，因 此，若能確保配電饋線在發生單一偶發事故的情況下均不致造成用戶 停電，則可以大幅提升電力公司對用戶的供電可靠度，此一目標向來 為產、官、學各界戮力以赴之目標，亦是本文研究配電饋線升級之首 要目的。

配電饋線的型態大致可區分為八種即：(1)放射型；(2)常開環路 型；(3)常閉環路型(normally closed-loop)；(4)網目型(mesh)；(5)放射 連 絡 型 ； (6) 互 連 網 路 型 (interconnected network) ； (7) 一 次 選 擇 型

(primary selective)及(8)重點網路型(spot network)。在結構的複雜度 上，以互連網路型最複雜，其次為網目型、常閉環路型，再其次為常 開環路型、放射連絡型，最簡單者為放射型。一般而言，結構愈複雜 的系統在運轉及維護上也愈困難，但可靠度相對較高。在系統保護協 調方面，則以放射型最簡單，整條饋線僅於配電變電所出口端裝設饋 線斷路器做為線路故障保護；而放射連絡型則多加裝線路分斷開關以 及連絡開關以作為轉供之用；至於常閉環路型的保護裝置與協調方式 就較為複雜，明顯有別於前述饋線型態，成本亦高出許多。又就整體 供電可靠度而言，以互連網路型與重點網路型最高，紐約愛迪生電力 公司(Consolidated Edison Company of New York Inc.) 所整理的各種配 電系統型態之供電可靠度指標如表 1-2 [20, 21]所示，內含每年故障停 電次數(outages/yr)、平均故障時間(average outage duration, min)及每年 瞬間跳電次數(momentary interruptions/yr)，由表中數據可知，放射型 及放射連絡型的供電可靠度最差；而重點網路型的供電可靠度最佳。

然而，各種配電型態皆有其優缺點與適用性，若僅為解決配電饋線因 故造成之停電現象，最直接且可行的方式是將配電饋線由目前的放射 型、放射連絡型或常開環路型升級為常閉環路型。

表 1-1 台電北市營業區處所統計出之用戶每年停電次數及每次停電時間

項目 用戶停電次數 用戶停電時間

事件 次數 % 分鐘 %

配電饋線 27,345 45.6 1,077,853 41.6 高壓開關 13,999 23.4 474,201 18.3 電纜接頭 15,000 25.0 649,483 25.0

配電變壓器 3,087 5.2 347,978 13.4

接戶線 189 0.3 7,730 0.3

二次線路 323 0.5 36,898 1.4

總計 59,943 100 2,594,143 100

表 1-2 各種配電系統型態之供電可靠度指標值

系統型態 放射型 放射連絡型 一次選擇型 二次選擇型 二次網路型 重點網路型 每年故障

停電次數 0.3-1.3 0.4-0.7 0.1-0.5 0.1-0.5 0.005-0.02 0.02-0.1 平均故障

時間(分鐘) 90 65 180 180 135 180 每年瞬間

跳電次數 5-10 10-15 4-8 2-4 0 0-1

一般而言，常閉環路饋線被設計為在主環路饋線(feeder main)發 生事故時不會造成用戶停電，為了達成此一目標，其保護系統架構、

協調方式以及相關開關設備必須同步升級，所有的負載切換開關 (load-break switches, LBSs)必須更換為具有足夠啟斷短路故障電流能力 之斷路器(circuit breakers, CBs)即為其例。由相關的研究報告及文獻 中，可得知目前有採用常閉環路配電饋線的電力公司，包括美國佛羅 里達(Florida, U.S.)、香港(HongKong)、新加坡(Singapore)及台灣等電 力公司[22-29]。Barry Pagel 在 2000 年發表論文闡述位於美國佛羅里 達奧蘭多(Orlando)觀光區的常閉環路供電系統之架構與功能[22]，文 中主要提及其系統架構與保護協調方式，該系統採 SEL-351 智慧型電 子裝置(Intelligence Electroic Device, IED)作為其饋線保護設備，規劃 有允許越區轉移跳脫(Permissive Overreach Transfer Trip, POTT)及方向 比 較 閉 鎖 (Directional Comparison Blocking, DCB) 兩 種 方 式 ； J. C.

Tobias 分別於 1997、1998 及 2000 年針對香港電力公司之常閉環路架 構及保護方式發表論文 [24, 25]，文中指出該系統採用 Sepam 2000 多 功能數位電驛及 DCB 的保護方式來保護饋線；此外，Teo-Cheng Yu 亦發表論文 [27]闡述新加坡的典型常閉環路系統架構及實際運轉情 形。在國內方面，台電已於 2002 年在台北市營業區處所轄之某變電

所建置完成初期常閉環路系統[28, 29]，即以主變#1 饋供之六條放射型 配電饋線兩兩互連形成三條常閉環路饋線，到目前為止，運轉情況良 好。由此可知，常閉環路饋線值得廣泛推行應用於高科技園區、大都 會地區，以及供電可靠度要求較高之重要供電區域等。是故，台電若 能有計畫地循序漸進將原放射架構之配電饋線升級為常閉環路架構，

必定能大幅提升電力公司之供電可靠度，同時，亦能提升電力公司有 形及無形之效益。

為達此一目標，電路結構必須改變，由原僅具單一饋電端(single feeding end)之饋線升級為同時擁有雙端饋電之饋線。如此，首要面對 的兩大問題為影響配電饋線升級的各種因素(factors)以及升級後對既 有系統、設備及用戶之衝擊，是故，有必要詳加分析、探討各種影響 因素，並評估對原系統及其所屬用戶所造成之衝擊，尤其是在系統規 劃、設計初期之可行性評估階段。此外，常閉環路饋線型態的選擇與 相關運轉操作方式與準則(operation scheme and criterion)亦為值得關切 之重要課題。上述課題為目前配電饋線升級所遭遇之迫切且必須面對 進而解決的問題，此一問題的釐清不論對理論及實務均具有極大的貢 獻與意義，並且有助於相關研究的進行。據此，本文依上述問題訂定 研究主題與目標，有系統地深入分析、探究，最後綜合歸納出具體的 結論，並彙整研究成果，以供參考。