張廷觀

（廣東火電工程總公司，廣東 廣州 510730）

安全、可靠、經(jīng)濟，是各行各業(yè)用戶對電力系統(tǒng)的基本要求。而電氣主接線是發(fā)電廠、變電站的主要組成部分，是發(fā)電、輸電和配電設(shè)備中最重要的能量傳輸點，其擔(dān)負(fù)著匯集發(fā)電機組發(fā)出的電能，并向系統(tǒng)傳輸和分配的功能；變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，其電氣主接線起著變換和分配電能的作用，故電氣主接線是否具有足夠的可靠性，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)供電任務(wù)的完成與否。因此，對其電氣主接線的可靠性評估，是電力系統(tǒng)可靠性研究的重要內(nèi)容。

1 電氣主接線安全評估定義

變電所電氣主接線系統(tǒng)，一般包括以下電力元件：母線，變壓器，斷路器，電壓互感器，隔離開關(guān)以及繼電保護和自動裝置等輔助設(shè)備。

發(fā)電廠、變電站電氣主接線可靠性定義為：在組成主接線系統(tǒng)元件（斷路器、變壓器、隔離開關(guān)、母線等）的可靠性指標(biāo)已知和可靠性準(zhǔn)則給定的條件下，按可靠性評估準(zhǔn)則評估整個主接線系統(tǒng)滿足電力系統(tǒng)電能需求能力的量度。

2 電氣主接線安全評估內(nèi)容與步驟

2.1 評價內(nèi)容

變電所電氣主接線可靠性評估，是依據(jù)構(gòu)成主接線的電氣設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進行數(shù)學(xué)評估，建立其可靠性模型，通過可靠性計算，來定量論證主接線的可靠性和經(jīng)濟性，使得主接線的設(shè)計、運行、檢修等工作，建立在更加科學(xué)的基礎(chǔ)上，通常對主接線可靠性的評估計算，包括以下主要內(nèi)容：

（1）通過主接線元件的可靠性數(shù)據(jù)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，來預(yù)測主接線的可靠性，并作為設(shè)計和分析主接線的依據(jù)；

（2）對不同的主接線方案進行可靠性指標(biāo)的綜合比較，提供可靠性評估的概率性定量指標(biāo)，作為選擇主接線最優(yōu)方案的依據(jù)；

（3）對已經(jīng)在運行的主接線，尋求可能的供電通道，來選擇最佳運行方案；

（4）尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修計劃和采取相應(yīng)對策等；

（5）開展主接線的定量評估，為合理簡化工程接線提供依據(jù)，充分發(fā)揮主接線可靠性技術(shù)在工程設(shè)計中的輔助作用。

在設(shè)計階段，主接線可靠性評估的主要工作，是通過采集的設(shè)備可靠性參數(shù)，評估不同備選主接線方案的可靠性水平，并結(jié)合經(jīng)濟性評估的指標(biāo)，綜合選擇最優(yōu)的方案。

在運行階段，主接線可靠性評估的主要工作，是通過對設(shè)備運行記錄的統(tǒng)計評估，得到站內(nèi)設(shè)備的可靠性參數(shù)，結(jié)合不同的運行方式，評估主接線在不同運行條件下的可靠性水平，并為運行決策提供輔助決策信息。

2.2 評價步驟

對變電所電氣主接線可靠性進行評估時，一般假定某一電源為起點，且假定電源點完全可靠。以某二次一母線為終點，然后評估和計算由起點到終點的可靠性指標(biāo)。一般變電所電氣主接線可靠性評估，可歸納為以下步驟：

（1）定義系統(tǒng)的范圍，列出其所包括的元件；

（2）給出每個元件的故障率、修復(fù)率、計劃檢修和停運時間；

（3）定義系統(tǒng)故障判據(jù)，即規(guī)定主接線系統(tǒng)正常和故障的條件。就一般而言，變電所主接線系統(tǒng)的可靠性判據(jù)，主要是連續(xù)性，即停電為故障，不停電為正常；

（4）建立數(shù)學(xué)模型，選擇要計算的可靠性指標(biāo)，如概率、頻率、平均無故障時間、平均停電時間等。建立數(shù)學(xué)模型時，要作一些基本假設(shè)；

（5）計算主接線系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

3 電氣主接線可靠性評估方法

3.1 邏輯表格法

在電氣主接線的可靠性分析中，常使用邏輯表格法。根據(jù)電氣主接線的實際情況，考慮單重及雙重故障的所有可能情況，將其發(fā)生頻次及造成的停運時間歸納列成一張表格，然后根據(jù)可靠性指標(biāo)的定義，求出各項指標(biāo)，如停運時間、停運頻率等。這種方法依賴實際接線的類型與具體的接線方式，對于規(guī)模不大的電力系統(tǒng)而言，是簡易可行的，但隨著電氣主接線規(guī)模的不斷擴大，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行方式靈活多變。這種固定不變的邏輯表格法，已經(jīng)不能滿足電氣主接線可靠性分析計算的要求。

3.2 故障模式與后果分析法

故障模式與后果分析法，是一種傳統(tǒng)的可靠性評估方法。這種方法通過對系統(tǒng)中各元件狀態(tài)的搜索，列出全部可能的系統(tǒng)狀態(tài)，然后根據(jù)所規(guī)定的可靠性判據(jù)，對系統(tǒng)的所有狀態(tài)進行檢驗分析，找出系統(tǒng)的故障模式集合，最后在此狀態(tài)集合的基礎(chǔ)上，求得系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。該種方法原理簡單、清晰，模型準(zhǔn)確，但是，其作為一種歸納方法，要識別和分析每個元件所有可能的單故障模式或誤操作模式對系統(tǒng)和周圍元件的影響，因此，其計算量隨元件數(shù)目的增長而成指數(shù)增長。在大型電氣主接線中，元件數(shù)目及操作方式增多時，系統(tǒng)故障模式急劇增加，計算將變得冗長繁瑣。

3.3 狀態(tài)空間法

狀態(tài)空間法就是將系統(tǒng)用其狀態(tài)和其間可能發(fā)生的轉(zhuǎn)移來表示，并據(jù)此求得系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。這種方法用于大型網(wǎng)絡(luò)時，由于計算量大大增加，必須采取一定限度的近似來保證精度。在近似準(zhǔn)確度能滿足要求時，這種評估方法是一個非常有用的方法。

3.4 最小割集法

最小割集法是將所計算的狀態(tài)限制在所謂的最小割集狀態(tài)內(nèi)，避免了計算全部的系統(tǒng)狀態(tài)，從而節(jié)省了計算量。特別是在電力系統(tǒng)中的元件為高可靠性元件時，其計算結(jié)果滿意。隨著大型水電站的出現(xiàn)，其電氣主接線結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，直觀地判斷出系統(tǒng)故障事件越來越困難，而最小割集法能較容易地判斷，并找出其薄弱環(huán)節(jié)，提出增強性措施。

3.5 基于故障擴散的評估方法

這種方法利用前向搜索算法，確定斷路器動作影響范圍；用故障擴散方法，確定故障隔離的范圍，從而確定節(jié)點的故障類型。根據(jù)故障的類型，便可形成相應(yīng)的節(jié)點、饋線以及系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。這種算法雖然以故障擴算法為基礎(chǔ)，不需進行等值處理，能一次性形成負(fù)荷點和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，但該算法在前向搜索斷路器時采用潮流計算，大大增加了計算量，所以還有待于提高。

3.6 網(wǎng)絡(luò)法

網(wǎng)絡(luò)法是國內(nèi)外對主接線可靠性研究中最為常用的方法，這對于包括大量元件的主接線來說，分析計算比較簡單。主要因為其簡單，并且網(wǎng)絡(luò)模型與主接線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著自然的相似，這種方法主要采用故障模式后果分析，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變大時，各種故障后果分析將變得十分冗長。

3.7 頻率和平均持續(xù)時間法

頻率和平均持續(xù)時間法，是一種基于Markov過程的方法，其運用累積狀態(tài)的頻率和累積狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移頻率的概念，對于建立子系統(tǒng)、組合系統(tǒng)及整個系統(tǒng)的等效模型帶來很大的方便。具體的做法是，系統(tǒng)從電源端到負(fù)荷端逐次運用Markov過程的基本理論列寫狀態(tài)空間圖求解，每一步均充分考慮元件的擴大型。

4 實例

如某變電站中，35 kV側(cè)出線分別為負(fù)荷1和2，其出線分別帶著一個35 kV變電站，出線負(fù)荷很大，肩負(fù)著重要工礦企業(yè)及居民用戶的供電任務(wù)。在設(shè)定的運行方式下，評估結(jié)果表明，這兩個負(fù)荷的期望故障受阻電能和期望停電損失費用較大，即在可靠性水平相同的條件下，重要負(fù)荷如果發(fā)生故障導(dǎo)致中斷供電，造成的經(jīng)濟損失更大。為了對此類重要負(fù)荷提供更高的可靠性，使其停電損失費用減小，達到可靠性與經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)，所以建議對這兩條負(fù)荷每條出線提供雙回線路供電，以此提高可靠性水平，減少經(jīng)濟損失。

5 結(jié)束語

我們得知電氣主接線是發(fā)電廠、變電站的主要組成部分，是發(fā)電、輸電和配電設(shè)備中最重要的能量傳輸點,設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進行數(shù)學(xué)評估，建立其可靠性模型，通過可靠性計算方法分析了安全的可靠性及重要性。

[1]郭永基.可靠性工程原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2]王錫凡.電力系統(tǒng)規(guī)劃[M].北京：水利電力出版社，1991.

[3]郭永基.電力系統(tǒng)計電力設(shè)備的可靠性[J].電力系統(tǒng)白動化，2001，25(17)：53-56.

[4]別朝紅，王錫凡.抽水蓄能電站主接線的可靠性綜合評估[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30(9)：9-14.