張真良 駱志剛 王健

1.南京工程學(xué)院電力學(xué)院，江蘇 南京 211167；2. 安徽電力定遠(yuǎn)供電有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部，安徽 定遠(yuǎn) 233200

輸電線路絕緣件狀態(tài)分析和檢修策略研究

張真良1駱志剛2王健1

1.南京工程學(xué)院電力學(xué)院，江蘇 南京 211167；2. 安徽電力定遠(yuǎn)供電有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部，安徽 定遠(yuǎn) 233200

本文根據(jù)國網(wǎng)公司關(guān)于推行狀態(tài)檢修的工作要求，從介紹狀態(tài)評估對狀態(tài)檢修重要意義入手，針對輸電線路絕緣件提出了基于“狀態(tài)樹”的設(shè)備狀態(tài)評估模型和基于“故障樹”的總體安全水平計(jì)算模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出絕緣件狀態(tài)檢修策略模型。

輸電線路；絕緣件；狀態(tài)評估；檢修策略

Transmission line; Insulator; State assessment;Maintenance strategy

引言

國家電網(wǎng)公司工作會議上明確提出了從2010年起在公司全面推行狀態(tài)檢修的工作要求。這就要求各省公司的狀態(tài)檢修工作在保證安全、穩(wěn)步推進(jìn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了狀態(tài)檢修的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；加快狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)推廣應(yīng)用；加強(qiáng)狀態(tài)檢修關(guān)鍵技術(shù)研究，加大帶電測試新技術(shù)的推廣應(yīng)用力度，多措并舉，爭取狀態(tài)檢修工作更深入、更全面地開展[1]。

1.狀態(tài)評估的意義

狀態(tài)檢修是一種以設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)，采用預(yù)測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢的方法，以提高設(shè)備可靠性和可用度為目標(biāo)的一種檢修方式。顯然這種檢修是建立在設(shè)備現(xiàn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，而設(shè)備的現(xiàn)行狀態(tài)是通過一定的方式對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評估之后予以確定。因此，設(shè)備狀態(tài)評估是開展?fàn)顟B(tài)檢修的基礎(chǔ)，它是狀態(tài)檢修的前提依據(jù)，它決定了狀態(tài)檢修的項(xiàng)目和內(nèi)容，它直接影響到狀態(tài)檢修的效果和質(zhì)量[2]。

2.狀態(tài)評估模型

設(shè)備狀態(tài)評估要求能全面、準(zhǔn)確地反映設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，首先應(yīng)當(dāng)了解哪些因素能對設(shè)備現(xiàn)時(shí)狀態(tài)產(chǎn)生影響。從某種意義上講，狀態(tài)評估實(shí)際上是對這些因素的影響程度作出評估。

影響設(shè)備現(xiàn)時(shí)狀態(tài)的因素包括（1）設(shè)備的質(zhì)量（包括出產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果，同類產(chǎn)品故障情況等）；（2）設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境條件；（3）設(shè)備的歷史事件（包括歷次檢修結(jié)果、所經(jīng)受的異常事件如雷擊、過電壓等）；（4）設(shè)備的運(yùn)行狀況（包括各種運(yùn)行參數(shù)、各種檢測結(jié)果）。

針對輸電線路絕緣件，充分考慮各方面影響因素[3]，構(gòu)建如圖1所示的“狀態(tài)樹”作為其評估模型。在總狀態(tài)的下面，有若干二級狀態(tài)，在每個(gè)二級狀態(tài)下面，又存在若干三級狀態(tài)，依次類推。每一個(gè)狀態(tài)可以劃分為多個(gè)級別，如優(yōu)良中差，并用從0～100之間的某一分值來表示。由二級狀態(tài)評估總狀態(tài)時(shí)，采用加權(quán)累加方法，其中權(quán)系數(shù)代表了該因素對上級狀態(tài)的影響力。其數(shù)學(xué)公式如下：

其中F為總體狀態(tài)分值，fi為子狀態(tài)分值，Ki為權(quán)值。

3．總體安全水平計(jì)算模型

安全水平可以用許多指標(biāo)來表示，如安全裕度、事故概率等。本文選用可能發(fā)生事故的概率來表示架空輸電線路的安全水平[4]。首先需要分析能夠引起事故的因素，然后計(jì)算各因素獨(dú)立作用時(shí)引發(fā)事故的概率，在計(jì)算多因素組合（如劣質(zhì)絕緣子與雷擊組合、接地電阻與雷擊組合、污穢與復(fù)合絕緣子老化組合等）作用下最后根據(jù)概率學(xué)計(jì)算各種因素共同作用下發(fā)生事故的概率。其數(shù)學(xué)模型可以用如圖2所示的“故障樹”來表示。能夠引發(fā)輸電線路事故的事件包括污閃、雷擊閃絡(luò)、干閃、復(fù)合絕緣子界面擊穿、復(fù)合絕緣子脆斷、懸式絕緣子掉串、接頭斷開、對地面物體放電等[5]。通過對各因素之間的比例分析，能夠確定當(dāng)前輸電線路的安全弱點(diǎn)，可指導(dǎo)安排針對性檢修。

4．狀態(tài)檢修策略模型

狀態(tài)檢修策略包括檢修周期的制定、檢修方式的制定、檢修目標(biāo)的制定、檢測范圍和抽樣方法等[6]。對于《操作規(guī)程》上明確規(guī)定的，按照“規(guī)程”進(jìn)行檢修。對于操作規(guī)程未作規(guī)定的，按照經(jīng)濟(jì)性原則來決策檢修方式[7]。

常見的檢修方式有以下幾種：

1）最小檢修。這種檢修只要更換或修復(fù)那些直接導(dǎo)致設(shè)備失效的元件，而不對其他元件進(jìn)行檢修或更換。其數(shù)學(xué)假設(shè)是檢修行為不改變設(shè)備的失效率函數(shù)，只是將設(shè)備從失效狀態(tài)恢復(fù)到工作狀態(tài)。

2）完美檢修或更換。這種檢修對設(shè)備各元件進(jìn)行檢修、調(diào)整和修復(fù)，使得設(shè)備狀態(tài)像新設(shè)備一樣。

3）預(yù)防性檢修。這種檢修是預(yù)先計(jì)劃而不是等到系統(tǒng)故障后才決定進(jìn)行的。其目的在于改善設(shè)備的“健康”狀態(tài)。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，預(yù)防性檢修的功效介于完美檢修和最小檢修之間[8]。

4）計(jì)劃檢修。這種檢修是預(yù)先計(jì)劃的，與系統(tǒng)有無故障無關(guān)。最常見的計(jì)劃檢修就是定期檢修。它與預(yù)防性檢修是同一概念的不同表述[9]。

在實(shí)際檢測中，普通檢修一般采用最小檢修方式?？梢杂媚炅踊蕘泶_定檢測周期[10]。其基本出發(fā)點(diǎn)是：劣化絕緣子的數(shù)量隨時(shí)間的增長而增長，而我們對絕緣子年平均劣化率期望保持基本穩(wěn)定，即要求年平均劣化率P與檢測周期T乘積應(yīng)不大于某一數(shù)值A(chǔ)，如下式所示：

圖1 輸電線路絕緣件的“狀態(tài)樹”評估模型

圖2 輸電線路絕緣件的“故障樹”總體安全水平計(jì)算模型

式中P是絕緣子年平均劣化率。根據(jù)我國目前實(shí)際情況，在正常情況下，220k V及以下線路取P＝0.1%，對330k V～500k V線路取P＝0.01%～0.05%；A是根據(jù)運(yùn)行單位要求的年平均劣化率來確定的常數(shù)，220kV及以下線路取A＝0.2%，對330k V～500k V線路取A＝0.02%～0.1%。若某220k V線路，在第N次測得絕緣子年平均劣化率為0.07%，則第（N＋1）次檢修時(shí)間T可以按上式計(jì)算：

則可過3年左右再行檢測。

關(guān)于設(shè)備更換周期的確定，可以采用最小檢修優(yōu)化模型。其基本觀點(diǎn)是，最小檢修基本不改變設(shè)備的失效率，但隨著設(shè)備運(yùn)行年齡的增長，不可能永遠(yuǎn)采用最小檢修來修復(fù)有故障的機(jī)器，總有一天要更換設(shè)備。進(jìn)一步假設(shè)更換費(fèi)用高于最小檢修費(fèi)用。檢修時(shí)間可以忽略不計(jì)。則可以建立一個(gè)優(yōu)化模型來尋找最優(yōu)更換時(shí)間T，使單位時(shí)間的總費(fèi)用最?。?/p>

[1]周云波.電力設(shè)備狀態(tài)檢修管理系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)踐[J].電力設(shè)備,.2003,4(6):50-53.

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其中C(T)為單位時(shí)間的總費(fèi)用，Cf為最小檢修費(fèi)用，Cr為更換費(fèi)用，h(t)為失效率，則h(t)的積分為最小檢修次數(shù)，T為決策量。上式對T求一階偏導(dǎo)編導(dǎo)并令偏導(dǎo)數(shù)等于零，得到最優(yōu)解T×的方程式：

5．結(jié)束語

我國的智能電網(wǎng)建設(shè)工作正逐步展開，對輸電線路運(yùn)行管理水平提出了更高的要求。輸變電設(shè)備檢修是電網(wǎng)生產(chǎn)管理的重要組成部分，輸電線路絕緣件狀態(tài)分析和檢修策略的研究是其中的重要內(nèi)容之一，按照絕緣件運(yùn)行狀態(tài)，安全水平，進(jìn)而制定檢修策略，即選擇檢修時(shí)機(jī)和實(shí)時(shí)反映絕緣件狀態(tài)以進(jìn)行科學(xué)檢修是發(fā)展智能化電網(wǎng)的內(nèi)在要求。

Research on State Analysis and Maintenance Stategy of Transmission Line Insulators

Zhang Zhenliang1,Luo Zhigang2,Wang Jian1
(1. School of Electric Power Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China;, 2. Infrastructure department of Dinyuan Power Supply Corporation, Dinyuan 233200, Anhui)

According to the implementation requirements of state maintenance in State Grid Corporation, the importance of state assessment to the state maintenance was introduced in this paper. Equipment condition assessment model based on "state tree", as well as the overall security level model based on "fault tree", were proposed for transmission line insulators. Based on the above elements, the insulator state maintenance strategy model was further proposed.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.117

江蘇省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目（江蘇省高校自然科學(xué)基金）(09KJB470002)南京工程學(xué)院校級科研基金項(xiàng)目(KXJ08061)