宛俊

（浙江萬里學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，浙江寧波 315000）

10kV變電所運行安全要素分析

宛俊

（浙江萬里學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，浙江寧波 315000）

10kV變電所的安全需求主要有三點，分別是人員安全需求、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的安全需求、設(shè)備安全需求.變電所的安全影響因素主要有五點，分別是人的因素、設(shè)備的因素、網(wǎng)絡(luò)的因素、天氣的因素、其他因素.通過結(jié)合本文工程實例，使用黑箱分析法，對以上安全需求和影響因素進行交叉建模分析，本文認為，10kV變電所的安全要素較為明晰，安全運行可以得到有效的控制.

10kV變電所；運行安全；要素分析

目前，10kV變電所基本實現(xiàn)了無人值守和廣泛化分布，通過在居民區(qū)、街道沿線等部署分布式10kV變電所，可以讓10kV線路得到更大程度的延伸，進一步壓縮400V和其他較低電壓等級線路的分布面積，使得用戶接入環(huán)更加簡單，最大程度的降低了電阻熱對電能的消耗.因為目前10kV變電所的數(shù)量已經(jīng)達到了20年前的十余倍，所以，輸變電單位的人力資源無法實現(xiàn)變電所的全部有人值守，所以，走動式變電所管理也在智能化電網(wǎng)的建設(shè)過程中逐漸的發(fā)展起來.

某無人值守10kV變電所擁有2個10kV進線，2個680V出線，8個400V出線，共有10kV斷路器4個，680V斷路器6個，400V斷路器24個，高壓母線隔離開關(guān)4個，680V母線隔離開關(guān)2個，400V母線隔離開關(guān)4個，10kV接地刀閘2個，680V接地刀閘2個，400V接地刀閘8個.以上系統(tǒng)涉及到的開關(guān)共有56個.本文試圖研究一個近端安全管理系統(tǒng)，可以將以上開關(guān)設(shè)備進行管理和檢修.變電所有10/680/400-2400kVA變壓器2臺，所用10/400-300kVA變壓器1臺，10kV互感器6臺，680V互感器6臺，400V母線沒有安裝互感器，而是采用了直接測量法.本文使用的感抗性設(shè)備15 臺.

1 運行安全需求分析

變電站的運行安全主要分為三個部分，分別是人員安全需求、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的安全需求、設(shè)備安全需求.此三個部分的安全需求的優(yōu)先級是依次遞減的.所以，系統(tǒng)應(yīng)該首先保障接近系統(tǒng)或者進入系統(tǒng)的人員出于絕對安全地位，其次應(yīng)該保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到保障，再次應(yīng)該保證系統(tǒng)的設(shè)備不會在正常運行和常見故障中損壞.假設(shè)人員安全需求、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的安全需求、設(shè)備安全性需求的影響系數(shù)分別為γ1、γ2、γ3，那么可以得到以下三個變量的黑箱關(guān)系.

建立一個數(shù)列ζy（γ1，γ2，γ3），該數(shù)列標定了每個開關(guān)設(shè)備對三個安全指標的影響.實際建立矩陣如公式（1）.

同理，建立一個數(shù)列ξz（γ1，γ2，γ3），該數(shù)列標定了每個感抗性設(shè)備對安全指標的影響.實際建立矩陣如公式（2）.

通過以上兩個矩陣的累加，可以實現(xiàn)對大部分可能威脅安全的要素進行約束，通過本文方法，將以上兩個矩陣的每個元素對整體安全的影響加權(quán)累加，形成了本文的安全要素表.權(quán)重系數(shù)用βy，z表示，整體安全系數(shù)用E表示，公式如公式（3）.

其中：ε為除開關(guān)設(shè)備和感抗性設(shè)備外的其他設(shè)備帶來的影響.

2 運行安全評價模型的建立

2.1 安全影響因素分析

2.1.1 人的操作

人為操作對變電所運行安全的影響是直接的，經(jīng)過我單位事故臺賬統(tǒng)計，82%以上的變電站運行事故與人為操作有關(guān)系.其中約半數(shù)的人為操作事故給當(dāng)事人及其他職工帶來了不同程度的傷害.而人為操作對公式（3）的影響都是存在的.所以，設(shè)人為操作的影響矩陣為ηp，那么其對E的影響ηpE可以寫作公式（4）.

2.1.2 設(shè)備的狀態(tài)

在對以往事故的統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，約有2成的人為操作過程中遇到的突發(fā)事故，全部操作過程是沒有出現(xiàn)問題的，但設(shè)備本身出現(xiàn)了運行狀態(tài)問題.此類事故在變電所中存在較大的可能性.出現(xiàn)此種問題的主要原因是在操作時出現(xiàn)了常規(guī)安全確認中并沒有涉及的設(shè)備故障問題，比如設(shè)備絕緣擊穿、設(shè)備絕緣油污染或者泄露、設(shè)備油紙擊穿、設(shè)備真空狀態(tài)泄露等.而此類狀態(tài)如果不能被監(jiān)測系統(tǒng)準確捕捉，就會在操作中遇到問題.假設(shè)設(shè)備問題的影響矩陣為ηs，那么其對E的影響ηsE可以寫作公式（5）.

2.1.3 天氣的影響.

同樣在我單位臺賬中統(tǒng)計，約3成的故障是在惡劣天候下發(fā)生的，惡劣天候的定義為氣溫低于零下5℃或高于零上37℃，小時降水量超過50mm，風(fēng)力超過8級等，另外雷雨天氣等強對流天氣也屬于惡劣天候.這種惡劣天候下，即使沒有認為操作，也可能發(fā)生設(shè)備的損壞和其他衍生事故.天氣影響對系統(tǒng)安全的影響可以寫做ηw那么其對E的影響ηwE可以寫作公式（6）.

2.1.4 電網(wǎng)的影響

電網(wǎng)遠端接雷，回路接地，相間短路等癥狀，都可能造成系統(tǒng)的跳閘故障，嚴重時可能會損壞設(shè)備.而電網(wǎng)骨干線路的損壞和其他問題也可能造成變電站設(shè)備跳閘等其他事故.電網(wǎng)受到剛性變壓的直接浪涌擴散和無功擴散，可能會造成系統(tǒng)的整體電能質(zhì)量問題進而造成設(shè)備的二次和通訊層面的損壞.電網(wǎng)的影響對系統(tǒng)安全的影響可以寫做ηn那么其對E的影響ηnE可以寫作公式（7）.

2.1.5 不可抗力和其他影響

不可抗力給系統(tǒng)帶來的影響較為復(fù)雜，因為各種天災(zāi)及戰(zhàn)爭等影響，變電所的安全可能無法得到有效的保證.同時，也可能出現(xiàn)其他當(dāng)前技術(shù)水平無法解釋和預(yù)測的問題，也有可能影響變電所的運行安全.電網(wǎng)的影響對系統(tǒng)安全的影響可以寫做ηo那么其對E的影響ηoE可以寫作公式（8）.

2.2 模糊決策模型建立

本文研究的變電所安全因素E，在寫作公式（3）的同時，通過本節(jié)分析，可以寫作公式（9）.

因為本文假設(shè)公式（3）中修正變量與公式（4）～（8）中修正變量之間的關(guān)系為公式（10）：

且公式（10）為剛性關(guān)系，所以公式（9）中無修正變量.

所以，公式（9）可以設(shè)定為本文研究的模糊模型依據(jù).

可以看出，ηpE、ηsE、ηwE、ηnE、ηoE等影響均需要通過不同的控制方案進行控制，通過監(jiān)測系統(tǒng)獲取ηpE、ηsE、ηwE、ηnE、ηoE的實際結(jié)果，通過模糊控制法則對整體決策進行控制.在模糊決策中，對ηpE、ηsE、ηwE、ηnE、ηoE任意一個進行實際值和變化量的雙重考量，從而確定響應(yīng)策略的選擇.

3 實際運行數(shù)據(jù)研究

首先，從不同年份發(fā)生的不同類型的事故來看，隨著變電所安全管理制度的深化，不同類型的事故均有減少.詳見表1.

表1 某紙業(yè)變電所2011－2014事故統(tǒng)計表

表格具體中故障因素說明如下：

（1）人為因素分析：主要有10KV6KV倒閘操作不當(dāng)，2次；檢修高低母線二次回路控制線路失誤4次檢修TR22500KVA變壓器副邊5000A低壓斷路器故障失誤1次，6KV高壓補償柜分合閘投切誤操作1次，TR3630KVA變壓器副邊1200A低壓斷路器因檢修線路失誤發(fā)生故障跳閘2次.

（2）設(shè)備因素分析：主要有10KV真空斷路器內(nèi)部機構(gòu)引起分合閘失靈故障2次；6KV高壓電機熔斷器過載發(fā)生缺相故障3次，紙機復(fù)卷傳動發(fā)生短路故障引起TR22500KVA變壓器副邊5000A低壓斷路器跳閘1次，380V低壓母線個別連接線路絕緣老化造成故障2次.

（3）天氣因素分析：主要有夏季雷雨引起過電壓10KV6KV真空斷路器跳閘4次，2013年10月水災(zāi)TR12500KVA變壓器副邊5000A低壓斷路器跳閘1次.

（4）電網(wǎng)因素分析：主要因為夏季雷雨，臺風(fēng)，水災(zāi)等電網(wǎng)遠端接雷，回路接地，相間短路造成外部停電事故3次.

（5）其他因素分析：夏季限電，2次，小動物竄入造成TR12500KVA變壓器副邊5000A低壓斷路器跳閘1次.

上述各個因素分析故障原因描述，通過合理科學(xué)預(yù)防和管理可減少故障發(fā)生.

4 運行安全機制要素總結(jié)

4.1 運行安全的外部影響

天氣原因，電網(wǎng)影響，不可抗力及其他原因?qū)ο到y(tǒng)的影響屬于外部影響.在變電所正常運行是，可能受到此三類（ηwE、ηnE、ηoE）因素的影響，導(dǎo)致事故的發(fā)生.所以，針對此三類影響，應(yīng)該制定如下策略：

4.1.1 加強監(jiān)測

在十二五期間，一方面完成了大量10kV拉手線路的部署和10kV變電站的建設(shè).另一方面，10kV變電站的遠程抄表系統(tǒng)都向著臨近的有人值守的220kV變電站和110kV變電站集中.一個城市僅保留3～5個有人值守變電站的部署方式得到了普及.而普及此中人員部署方式的關(guān)鍵方式是監(jiān)測設(shè)備的大量部署.電能質(zhì)量監(jiān)測為核心，溫度監(jiān)測、高頻噪音監(jiān)測為補充，主要的變壓器安裝了對變壓器油、震動波形和電弧的變壓器全面檢測系統(tǒng)，甚至個別變電站部署了完善的母線監(jiān)測系統(tǒng).

4.1.2 加強電能質(zhì)量管理.

在變電所進口位置部署ZnO避雷器可以將浪涌電流有效接地，同時，柔性變壓技術(shù)讓變電所可以作為隔離電能質(zhì)量問題的主要設(shè)施.智能電網(wǎng)模式下，雖然400V母線之間無法實現(xiàn)遠程互聯(lián)，但是10kV母線之間可以實現(xiàn)全面互聯(lián)，電能傳輸在10kV網(wǎng)絡(luò)中形成了與35kV網(wǎng)絡(luò)相互獨立的拓撲，所以，相對閉塞的400V環(huán)路與相對開放的10kV回路之間需要通過10kV變電站形成隔離，讓上級網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的各種電能質(zhì)量問題無法進入到400V環(huán)路中，以增加400V環(huán)路的安全性.

4.1.3 制定惡劣天候運行預(yù)案

惡劣天候下一般不進行電網(wǎng)的人工操作和檢修，但是電網(wǎng)故障模式下，可能需要在惡劣天候下對電網(wǎng)進行緊急倒閘和搶修.這是造成事故的最大隱患.通過狀態(tài)檢修方法，合理選擇檢修窗口，確保設(shè)備運行在完好狀態(tài)下.同時，制定應(yīng)急預(yù)案，在惡劣天候下執(zhí)行更加復(fù)雜的安全狀態(tài)確認路徑，同時在惡劣天候下優(yōu)先采用替換拆修法，盡可能減少人員接觸到網(wǎng)絡(luò)的時間和簡化人員接觸到網(wǎng)絡(luò)的環(huán)節(jié)，將維修工作轉(zhuǎn)入室內(nèi).

4.2 運行安全的內(nèi)部影響

人的影響、設(shè)備的影響是運行安全的內(nèi)部影響，通過前文分析，此兩類（ηpE、ηsE）影響可能直接造成事故.所以，針對此兩類影響，制定以下策略：

4.2.1 盡快普及自動化操作

上世紀60年代，通過繼電器的遙控線引出實現(xiàn)了變電所的集控臺，通過電磁儀表的數(shù)據(jù)線引出形成了模擬屏.這是自動化操作的雛形.上世紀80年代開始，PLC為主的簡單自動化開始執(zhí)行，90年代的五防系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了完全自主操作.但是，目前雖然系統(tǒng)進入到了SCM多核心聯(lián)動控制和蟻群控制，同時各種智能化系統(tǒng)已經(jīng)在系統(tǒng)中完整部署，但給予系統(tǒng)全自主的運行權(quán)限仍然需要進一步的演練和論證.

4.2.2 盡快普及狀態(tài)檢修

狀態(tài)檢修已經(jīng)在十二五期間基本普及，通過全面的監(jiān)測系統(tǒng)支持，使得系統(tǒng)的檢修窗口可以提前確定，系統(tǒng)的突發(fā)故障減少.而實際統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的突發(fā)故障是造成衍生事故的關(guān)鍵誘因.

4.2.3 研發(fā)系統(tǒng)自愈和自檢技術(shù)

自愈網(wǎng)絡(luò)是通過冗余線路的全自主倒閘，及時切換有微故障的線路，使得線路得到冷卻和自我修正，再次啟動線路時，作為瞬時故障的線路故障可能會消失.在自愈網(wǎng)絡(luò)中，瞬時故障出現(xiàn)的次數(shù)也被看做是系統(tǒng)狀態(tài)的主要標志.

5 結(jié)束語

通過本文分析，10kV變電所的主要安全威脅來自五個方面，通過對以上五個方面的逐一建模分析并建立對策，本文認為，10kV變電所的安全要素較為明晰，安全運行可以得到有效的控制.在十三五期間，隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)逐漸深入，電網(wǎng)的完全自主倒閘會大幅度降低變電所的故障和事故幾率.

〔1〕高東陽，牛力學(xué).如何做好變電所的安全管理和規(guī)范管理工作.［J］.黑龍江科學(xué)，2013，11（11）：13-15.

〔2〕黃鐵軍.淺談加強變電所安全穩(wěn)定運行的措施［J］.今日科苑，2010，6（06）：21-23.

〔3〕王超群，柴建設(shè)，王慶，等.利用模糊綜合評判評價某110kV變電所安全可靠性.［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，12（12）：28-30.

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