【摘要】文中對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估框架進(jìn)行構(gòu)建，分析配電網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估的特征，并對(duì)配電網(wǎng)中重要設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行描述，提出設(shè)備狀態(tài)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和配網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估方法，為配電網(wǎng)狀態(tài)維修決策提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】狀態(tài)評(píng)估；配電網(wǎng)；維修決策；在線監(jiān)測(cè)

1.引言

傳統(tǒng)的定期檢修不但影響供電的連續(xù)性，而且容易因突發(fā)故障檢修不及時(shí)造成停電事故。狀態(tài)檢修便是在這樣的背景下提出。狀態(tài)檢修即根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)安排檢修計(jì)劃，使得檢修更加合理。設(shè)備狀態(tài)評(píng)估作為聯(lián)系狀態(tài)檢修兩個(gè)主要部分——信息處理與決策的橋梁，如何使用設(shè)備檢測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備當(dāng)前所處狀態(tài)做出即時(shí)、準(zhǔn)確、符合下一步?jīng)Q策要求的綜合評(píng)價(jià)在整個(gè)狀態(tài)檢修工作中顯得尤為重要。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，直接與電力用戶聯(lián)系，配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行與廣大人民群眾息息相關(guān)。然而配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行過程中面臨的不確定性因素很多，因此，配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的部分。對(duì)配電設(shè)備合理地安排檢修計(jì)劃是提高配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行可靠性的非常重要的措施。配電網(wǎng)設(shè)備種類繁多，數(shù)量龐大，要對(duì)配電網(wǎng)中設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的狀態(tài)評(píng)估存在許多困難，然而隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，使得對(duì)龐大的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估成為可能。本文對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估方法進(jìn)行探討，希望能對(duì)配電網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估技術(shù)的發(fā)展提供幫助。

2.配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估框架

現(xiàn)有的DMS系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、配網(wǎng)GIS系統(tǒng)等均含有部分設(shè)備的狀態(tài)信息，為便于狀態(tài)信息的采集、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)，需建立配電網(wǎng)狀態(tài)信息平臺(tái)。狀態(tài)信息平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用IEC61850通信協(xié)議。配電網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估和輔助維修決策平臺(tái)旨在建立一個(gè)規(guī)范的變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)估方法體系，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型，采用不同的狀態(tài)評(píng)估方案，使?fàn)顟B(tài)評(píng)估的結(jié)果更加合理。圖1給出了配電網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)圖。

配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估需要包含以下幾個(gè)過程：1）狀態(tài)信息獲取，包括設(shè)備制造信息、投運(yùn)前信息、運(yùn)行中信息如檢修信息、帶電檢測(cè)信息以及在線監(jiān)測(cè)信息等；2）狀態(tài)信息管理，由于狀態(tài)信息繁多冗雜，需要對(duì)這些信息進(jìn)一步進(jìn)行分類整理，提取滿足當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的狀態(tài)信息作為狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)依據(jù)；3）評(píng)估算法，根據(jù)整理所得數(shù)據(jù)，針對(duì)不同設(shè)備采取相應(yīng)的評(píng)估算法，以獲得正確的評(píng)估結(jié)果；4）評(píng)估結(jié)果驗(yàn)證，利用長(zhǎng)期收集的案例組成的知識(shí)庫，驗(yàn)證評(píng)估結(jié)果的正確性。具體的配電網(wǎng)設(shè)備評(píng)估系統(tǒng)框圖如圖2所示。

根據(jù)配電網(wǎng)本身的特性，對(duì)配電網(wǎng)實(shí)施狀態(tài)評(píng)估的過程有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）配電網(wǎng)設(shè)備種類繁多，數(shù)量龐大，分散面廣。設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、容量和數(shù)量也隨著用戶及負(fù)荷的不同而變化。同一類型設(shè)備的故障率因安裝和使用情況的差異而有所不同。因此，配電網(wǎng)設(shè)備和元件的特性數(shù)據(jù)和原始參數(shù)必須通過長(zhǎng)期的、連續(xù)的統(tǒng)計(jì)才能反映其真實(shí)規(guī)律。

（2）要優(yōu)先對(duì)配電網(wǎng)中最主要，發(fā)生故障最能對(duì)系統(tǒng)供電可靠性造成重大損失的設(shè)備實(shí)施狀態(tài)評(píng)估，要分清主次抓重點(diǎn)，逐步實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)評(píng)估。

3.配電網(wǎng)主要設(shè)備的狀態(tài)信息

配電網(wǎng)中最主要的設(shè)備有變壓器、開關(guān)柜、配線電路、避雷器、容性設(shè)備和電氣接地裝置等。龐大的狀態(tài)信息中，設(shè)備的制造信息、投運(yùn)前信息的統(tǒng)計(jì)和整理均較為完善；定期檢修由于在國(guó)內(nèi)已實(shí)行多年，其信息也比較完整，也具有比較統(tǒng)一的數(shù)據(jù)報(bào)告，比如預(yù)防性試驗(yàn)報(bào)告等，這里不作詳細(xì)描述。本文主要介紹不同設(shè)備應(yīng)用最為廣泛的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息。

3.1 變壓器

變壓器的功能是將某一電壓等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率相同的另一電壓等級(jí)，是配電網(wǎng)中最主要的設(shè)備之一。變壓器分為許多種類型，我國(guó)的配電變壓器主要為油浸式變壓器，主要由鐵芯和繞組構(gòu)成，并放置在裝有變壓器油的油箱內(nèi)。變壓器的在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)信息主要包含以下幾種：

（1）變壓器油中溶解氣體監(jiān)測(cè)。絕緣油在熱和電的作用下，會(huì)分解出H2、CO、CO2以及多種低分子烴類氣體，當(dāng)充油電氣設(shè)備存在內(nèi)部故障是，會(huì)產(chǎn)生的氣體種類、氣體的含量和氣體產(chǎn)氣率均不相同[1]，即不同的故障類型有著不同的特征氣體。油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已相當(dāng)成熟，其在線監(jiān)測(cè)原理可參考文獻(xiàn)[2]。

（2）局部放電監(jiān)測(cè)。局部放電是造成高壓電器設(shè)備最終發(fā)生絕緣擊穿的主要原因，變壓器內(nèi)部的局部放電產(chǎn)生、發(fā)展直至擊穿需要一定的時(shí)間，因此局部放電監(jiān)測(cè)應(yīng)以破壞性放電監(jiān)測(cè)為主。變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)主要方法有超聲波法、電脈沖法、超高頻法、光測(cè)法等[3]。

（3）變壓器繞組變形監(jiān)測(cè)。繞組是發(fā)生故障較多的部件之一，變壓器在承受短路沖擊后繞組容易發(fā)生機(jī)械變形。繞組變形的在線監(jiān)測(cè)通常通過監(jiān)測(cè)變壓器短路電抗實(shí)現(xiàn)，具有實(shí)時(shí)、判據(jù)明確等特點(diǎn)。

（4）熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)。對(duì)98℃以上，140℃以下的低溫過熱，油中不能分解出可燃?xì)怏w和糠醛，因此無法用氣相和液相色譜法來分析，而這種溫度又會(huì)影響變壓器的壽命，因此測(cè)量繞組的熱點(diǎn)溫度是十分必要的。

3.2 容性設(shè)備

容性設(shè)備包含耦合電容器、電容式套管、電容式電壓互感器和電流互感器等。容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)示意測(cè)量在相電壓作用下流過絕緣介質(zhì)的電流為基礎(chǔ)的，目前常用的方法有不平衡補(bǔ)償法、電橋法、過零檢測(cè)法、數(shù)字波形分析法等[4]。通過檢測(cè)流過絕緣介質(zhì)的電流以及電流與相電壓之間的相角差，可以獲得介質(zhì)損耗角正切以及電容量等信息。

3.3 配電線路

電力線路按結(jié)構(gòu)可分為架空線路和電纜線路兩大類。架空線路由導(dǎo)線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等構(gòu)成。電纜線路由導(dǎo)線、絕緣層、包護(hù)層等構(gòu)成。架空線路的導(dǎo)線和避雷線都架設(shè)在空中，要承受自重、風(fēng)力、冰雪荷載等機(jī)械力的作用和空氣中有害氣體的侵蝕，同時(shí)還受溫度變化的影響，運(yùn)行條件相當(dāng)惡劣。由于配電網(wǎng)絡(luò)線路現(xiàn)場(chǎng)狀況復(fù)雜，難以做到全面的在線監(jiān)測(cè)，大部分線路仍以巡查檢修為主。配電架空線路的在線監(jiān)測(cè)主要為10kV架空線路的在線監(jiān)測(cè)，昆明供電局安裝的架空線路在線監(jiān)測(cè)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)線路負(fù)荷檢測(cè)、單相接地故障和相間短路故障監(jiān)測(cè)、過負(fù)荷報(bào)警、缺相運(yùn)行報(bào)警等功能[5]。

電纜線路的造價(jià)比架空線路高，雖然檢修電纜線路費(fèi)工耗時(shí)，但電纜線路不需在地面上假設(shè)桿塔，占地面積少，供電可靠性高，安全性高。目前電力電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)使用最廣泛的是接電線電流在線監(jiān)測(cè)[6]，另外還有帶電檢測(cè)如電纜頭測(cè)溫、寬頻局放檢測(cè)等。

3.4 其它設(shè)備

如避雷器的泄漏電流、開關(guān)柜的溫度監(jiān)測(cè)等，這里不作詳細(xì)介紹。

4.配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估算法

電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)估的算法多種多樣，最理想的狀態(tài)評(píng)估算法應(yīng)該能夠提供量化的評(píng)估結(jié)果，便于工作人員的審查和檢修決策的制定。文獻(xiàn)[7]針對(duì)農(nóng)村配網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估作出探討，對(duì)不同的配網(wǎng)設(shè)備作出狀態(tài)評(píng)分，然而該文章缺點(diǎn)在于僅采用常規(guī)巡檢參數(shù)作為評(píng)估的狀態(tài)信息，缺乏實(shí)時(shí)性。本文也采用狀態(tài)評(píng)分方法，主要分為單一狀態(tài)量評(píng)分和綜合評(píng)分兩種。

4.1 單一狀態(tài)量評(píng)分

對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障狀態(tài)量明顯的配電網(wǎng)設(shè)備，單一的檢測(cè)方法所取得的數(shù)據(jù)往往便能獲得設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，比如容性設(shè)備的介質(zhì)損耗角正切、氧化鋅避雷器的泄漏電流、電纜的接地電流等，這些參數(shù)可采取單一狀態(tài)量評(píng)分法。計(jì)算公式如式（1）所示：

4.2 綜合評(píng)分

對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電設(shè)備，比如變壓器，單一的狀態(tài)量往往難以反映設(shè)備的總體狀態(tài)或者某個(gè)部件的運(yùn)行狀態(tài)，因而需要對(duì)多個(gè)狀態(tài)量進(jìn)行綜合。綜合評(píng)分首先也要根據(jù)式（1）對(duì)單一量進(jìn)行評(píng)分，并聯(lián)合多個(gè)能夠共同反映設(shè)備同一部件或同一故障形式的量作為綜合評(píng)分的狀態(tài)信息。比如繞組短路阻抗、繞組絕緣介損、繞組電容量和油中溶解氣體H2含量均能反映繞組故障，便可將這四個(gè)狀態(tài)量作為變壓器繞組的綜合評(píng)分狀態(tài)信息。綜合評(píng)分的計(jì)算公式如式（2）所示：

其中，xi為綜合量中的第i個(gè)單一狀態(tài)量的評(píng)分；wi為第i個(gè)單一量占綜合量評(píng)分的權(quán)重；m為該綜合量中單一量的個(gè)數(shù)；X為綜合評(píng)分值。綜合評(píng)分的關(guān)鍵在于單一量權(quán)重的確定，這同樣需要大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和學(xué)習(xí)過程。

根據(jù)設(shè)備的評(píng)分值判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并制定相應(yīng)的檢修策略。按照百分制，配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與評(píng)分值之間的關(guān)系如表1所示。

5.結(jié)束語

本文對(duì)配網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估方法進(jìn)行探討，提出配網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估框架和思路，對(duì)配電網(wǎng)重要設(shè)備的狀態(tài)信息和評(píng)估算法進(jìn)行介紹。然而本文僅僅是對(duì)配網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估作出了一定的探索和實(shí)踐，許多問題仍需進(jìn)一步研究，比如在線監(jiān)測(cè)量的警示值、綜合量的各分量權(quán)重等需要大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、挖掘確定；評(píng)估結(jié)果需要根據(jù)已有案例對(duì)所采用的算法進(jìn)行驗(yàn)證等。

電力行業(yè)目前正經(jīng)歷著供銷體系的重大變革，即電力市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)。無論發(fā)電公司還是電網(wǎng)都會(huì)在確?？煽啃郧疤嵯鲁浞挚紤]電力運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。配網(wǎng)設(shè)備的可靠性正是設(shè)備監(jiān)測(cè)與檢修的首要目的。配網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性則對(duì)設(shè)備檢修的合理性、經(jīng)濟(jì)性提出了更多的要求。準(zhǔn)確的狀態(tài)評(píng)估使得檢修計(jì)劃的制定更加合理，以減少維修過程造成的資源浪費(fèi)。

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作者簡(jiǎn)介：

王彤（1976—），男，助理工程師，主要從事電力城區(qū)配網(wǎng)線路的運(yùn)行檢修與搶修工作。

蘇柯（1982—），男，助理工程師，主要從事電力城區(qū)配網(wǎng)線路的運(yùn)行檢修與搶修工作。

張帆（1986—），男，助理工程師，主要從事電力城區(qū)配網(wǎng)線路的運(yùn)行檢修與搶修工作。

侯慧萍（1987—），女，助理工程師，主要從事電力城區(qū)配網(wǎng)線路的運(yùn)行檢修與搶修工作。