栗向鑫，羅亞洲，賈 琳，趙冬雯，侯喆瑞

(1.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；2.國家電網(wǎng)華北電力調(diào)控分中心，北京 100053；3.國網(wǎng)北京石景山供電公司，北京 100043；4.國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，北京 100000)

0 引言

近年來電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴大，以華北電網(wǎng)為例，2014 年新增 220 kV 及以上線路 4 426 km， 220 kV 及以上變電規(guī)模 50 996 MVA；2015 年新增220 kV 及以上線路 7 185 km，220 kV 及以上變電規(guī)模 55 691 MVA；2016 年、2017 年 220 kV 及以上線路長度及變電規(guī)模較之前又進一步提升。

新建輸變電設(shè)備在正式運行之前，需要進行一系列的啟動調(diào)試試驗，以驗證新建設(shè)備是否具備接入電網(wǎng)運行的條件。

以下在闡述輸變電工程啟動調(diào)試工作意義、作用及相關(guān)問題的基礎(chǔ)上，以電力系統(tǒng)運行安全為目標(biāo)，結(jié)合輸變電工程啟動調(diào)試工作現(xiàn)狀，將系統(tǒng)科學(xué)研究領(lǐng)域中的復(fù)雜巨系統(tǒng)研究方法、復(fù)雜關(guān)聯(lián)情景風(fēng)險識別法及WSR(物理-事理-人理)系統(tǒng)方法論的綜合評價法等，探索性地應(yīng)用到輸變電工程啟動調(diào)試工作實踐中，以完善輸變電工程啟動調(diào)試內(nèi)容。

1 輸變電工程啟動調(diào)試意義與內(nèi)容

1.1 輸變電工程啟動調(diào)試意義

電力系統(tǒng)是一個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，啟動調(diào)試則是在輸變電系統(tǒng)工程投運前，為掌握系統(tǒng)運行特性而進行的系統(tǒng)性試驗工作。該項工作的完成意味著建設(shè)階段的全面結(jié)束，標(biāo)志著運行階段的開始。

按照結(jié)構(gòu)化生命周期法，輸變電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生命周期由系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)可研、系統(tǒng)初設(shè)、系統(tǒng)建設(shè)、系統(tǒng)啟動調(diào)試、系統(tǒng)運行和維護、系統(tǒng)退運等階段組成，如圖1所示。

系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)可研、系統(tǒng)初設(shè)及系統(tǒng)建設(shè)均屬于系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)期，其主要任務(wù)是根據(jù)能源整體目標(biāo)、發(fā)展戰(zhàn)略及電網(wǎng)規(guī)劃確定輸變電工程建設(shè)計劃、接入系統(tǒng)安全穩(wěn)定性和現(xiàn)場安裝施工等工作。系統(tǒng)運行期則是新建輸變電工程經(jīng)試驗評估、驗收合格后正式交付使用，進入長期運行維護至系統(tǒng)退運的階段。

圖1 輸變電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化生命周期

由此可見，輸變電工程啟動調(diào)試是銜接電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化生命周期的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計功能和建設(shè)目標(biāo)以及系統(tǒng)運行安全性、可靠性最佳化的關(guān)鍵。

1.2 輸變電工程啟動調(diào)試內(nèi)容

輸變電工程啟動調(diào)試具有規(guī)模大、結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)緊密、技術(shù)要求高、知識面涉及廣、對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行影響較大等特點，其工作涉及電力系統(tǒng)通信、保護、自動化、運行方式、計劃、調(diào)度、基建等多專業(yè)，不僅包含針對安穩(wěn)控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、自動化及通信系統(tǒng)等電力系統(tǒng)二次設(shè)備的單系統(tǒng)調(diào)試，還有電力系統(tǒng)一次設(shè)備的打耐壓、測微水等常規(guī)試驗，以及對輸變電工程整體系統(tǒng)、功能和一、二次設(shè)備接口配合關(guān)系進行的系統(tǒng)整體啟動調(diào)試。輸變電工程啟動調(diào)試主要流程節(jié)點如圖2所示。

輸變電工程啟動調(diào)試具體工作內(nèi)容如下。

(1) 測試和驗證新建輸變電系統(tǒng)設(shè)備在工作電壓下，相關(guān)設(shè)備及各接口系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)的合理性；對新建輸變電系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的匹配能力進行充分的調(diào)試、檢驗和優(yōu)化，對整體工程質(zhì)量進行綜合評估。

(2) 測試和驗證新建輸變電設(shè)備在工作電壓下，輸變電系統(tǒng)一次設(shè)備運行的安全性和適應(yīng)性，二次設(shè)備系統(tǒng)相序、相位的正確性；檢驗繼電保護裝置、通信及遠動裝置系統(tǒng)的穩(wěn)定性及接線的正確性；檢驗通信、遠動裝置能否正常運行；測量新建輸變電設(shè)備參數(shù)，為設(shè)備交付運行提供技術(shù)支持。

(3) 在工作電壓下，驗證系統(tǒng)仿真計算結(jié)果，對新建輸變電系統(tǒng)進行動態(tài)運行檢測，掌握系統(tǒng)運行規(guī)律及設(shè)備運行特性，對系統(tǒng)功能和安全運行狀況進行評估，對能否交付運行做出評價。

(4) 對新建輸變電設(shè)備啟動調(diào)度執(zhí)行及其他調(diào)試相關(guān)計算方案的完備性、科學(xué)性進行檢驗；提高現(xiàn)場運行人員及調(diào)控人員對新建輸變電設(shè)備操作、運行特性掌控的熟練度，并從安全、可行性角度補充和完善相關(guān)調(diào)度運行管理規(guī)程。

圖2 輸變電工程啟動調(diào)試主要流程節(jié)點

2 輸變電工程啟動調(diào)試特點

從華北電網(wǎng)近年來啟動調(diào)試的500 kV輸變電工程情況來看，輸變電工程啟動調(diào)試工作具有以下特點。

(1) 涉及單位多。涵蓋建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、咨詢、運行、調(diào)度控制、系統(tǒng)集成、設(shè)備廠商等眾多單位。

(2) 持續(xù)時間長。從輸變電工程啟動調(diào)試準(zhǔn)備階段到實施完成，一般歷時3—6個月。

(3) 工作各環(huán)節(jié)、各節(jié)點相互依賴、相互交叉。輸變電工程啟動調(diào)試是由一個或者若干個具有相互關(guān)聯(lián)的工作組合而成的工作。要使輸變電工程在啟動調(diào)試期間安全開展各項調(diào)試工作，各個組合環(huán)節(jié)就需要通力合作、相互配合。例如，輸變電工程啟動調(diào)試需進行通信通道先行調(diào)試、開通，并且承攬調(diào)試和在運設(shè)備調(diào)度電話、保護通道、自動化通道等業(yè)務(wù)，這之后其涉及的新建安控系統(tǒng)、自動化和保護系統(tǒng)才具備安全調(diào)試的條件。由此可見，輸變電工程啟動調(diào)試工作是各個組合環(huán)節(jié)之間相互依賴、關(guān)聯(lián)影響的有機整體。

(4) 安全風(fēng)險高?；ㄊ┕ぁ⑦\行設(shè)備停電切改、單系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)整體調(diào)試等工作項目交叉進行，輸變電工程啟動調(diào)試時并未完全達到新建輸變電設(shè)備正式運行的條件，需要在運設(shè)備停電配合基建施工，整體工作需要工程啟動驗收委員會統(tǒng)一調(diào)度指揮。存在參建單位多、交叉作業(yè)多、突發(fā)事件多等問題，這給輸變電工程啟動調(diào)試期間的電力系統(tǒng)安全運行帶來一定的風(fēng)險。

(5) 質(zhì)量責(zé)任大。在輸變電工程啟動調(diào)試期間，新建輸變電設(shè)備均處于建成驗收初期，設(shè)備遺留問題多。隨著接入運行系統(tǒng)常規(guī)調(diào)試工作的開展，設(shè)備的質(zhì)量特性對啟動調(diào)試順利開展和在運電力系統(tǒng)的安全運行具有較大影響。

(6) 啟動調(diào)試高時限性。輸變電工程啟動調(diào)試通常需要一、二次運行設(shè)備以及通信設(shè)備停電配合，這降低了電力系統(tǒng)運行可靠性。部分電力工程還是民生工程，對啟動調(diào)試的時限要求較為嚴格，如果啟動調(diào)試期內(nèi)風(fēng)險無法預(yù)控，導(dǎo)致不能按期完成啟動調(diào)試，將會給電力系統(tǒng)安全運行帶來危害，也會導(dǎo)致民生問題無法按時解決。

由此可見，輸變電工程啟動調(diào)試是電力系統(tǒng)運行的一個特殊階段，把控輸變電工程啟動調(diào)試工作流程、分析輸變電工程啟動調(diào)試風(fēng)險是保障調(diào)試順利開展和電力系統(tǒng)安全運行不可或缺的環(huán)節(jié)。

3 輸變電工程啟動調(diào)試工作存在的問題

3.1 調(diào)控部門組織形式待改進

通常由輸變電工程所屬電力公司成立啟動驗收委員會。啟動驗收委員會代表公司全面負責(zé)組織工程竣工驗收、啟動調(diào)試、試運行工作。

對于輸變電工程啟動調(diào)試調(diào)控部門的機構(gòu)設(shè)置，有以下2種方案。

(1) 方案1。在啟動調(diào)試之初，選拔調(diào)度中心既有各個專業(yè)處、室人員組成啟動調(diào)試工作臨時辦公室，制定臨時辦公室工作細則，合理配置臨時辦公室相關(guān)崗位并明確崗位職責(zé)，配合調(diào)度指揮設(shè)備的安裝和調(diào)試，及時整理和收集相關(guān)技術(shù)資料。臨時辦公室負責(zé)啟動期各項工作的集中統(tǒng)一指揮，審核、編制、下達調(diào)度工作計劃，并加強與調(diào)試單位、建設(shè)單位以及專業(yè)廠家的工作聯(lián)系。臨時辦公室的建立，使得專業(yè)人員可以集中精力及早著手全面熟悉工程設(shè)計文件，參與啟動調(diào)試調(diào)度方案及運行方式研究、技術(shù)資料的收集等工作中，并按照啟動期日計劃，協(xié)調(diào)各建設(shè)、設(shè)備管理單位的施工作業(yè)，確保啟動調(diào)試及試運行任務(wù)及時完成。

這種啟動調(diào)試管理模式的優(yōu)點是臨時辦公室與調(diào)控中心、建設(shè)單位可以直接溝通，使管理機構(gòu)可以統(tǒng)一接管啟動調(diào)試整體工作；同時在不改變現(xiàn)有調(diào)度中心管理模式的前提下，能較好地完成新建輸變電設(shè)備啟動調(diào)試及調(diào)度權(quán)的過渡接管工作。

(2) 方案2。不成立任何臨時機構(gòu)，由調(diào)度各個專業(yè)處、室分別負責(zé)對應(yīng)專業(yè)的接管和設(shè)計工作，并根據(jù)本處、室的專業(yè)需求進行管理。

這種啟動調(diào)試管理模式是目前較為常用的模式，但是由于專業(yè)管理分散，若沒有調(diào)控中心層面的領(lǐng)導(dǎo)統(tǒng)一進行協(xié)調(diào)和管理，會造成各專業(yè)僅從本專業(yè)管理角度考慮工作進度和技術(shù)要求，導(dǎo)致專業(yè)間存在技術(shù)壁壘，使啟動調(diào)試工作無法有效協(xié)調(diào)。同時，由于對負責(zé)啟動調(diào)試的各專業(yè)人員沒有有效的管理和激勵措施，將導(dǎo)致工作目標(biāo)不統(tǒng)一，啟動調(diào)試工作進度緩慢。這種模式對輸變電工程啟動調(diào)試各項工作開展、調(diào)度管理和電力系統(tǒng)安全運行均不利。

3.2 安全風(fēng)險識別方法缺失

輸變電工程啟動調(diào)試的主要目的是檢驗新建設(shè)備在系統(tǒng)電壓下能否安全、穩(wěn)定運行。作為基建設(shè)備向運行設(shè)備的過渡階段，輸變電工程啟動調(diào)試具有物理變化過程復(fù)雜、關(guān)聯(lián)性強、運行方式控制及倒閘操作復(fù)雜等特點。隨著特高壓交直流及其配套工程、遠距離和大規(guī)模風(fēng)電送出系統(tǒng)、電網(wǎng)補強工程等輸變電工程投產(chǎn)速度加快，啟動調(diào)試期間，電力系統(tǒng)運行面臨很多不確定性因素，承受著異于常規(guī)運行的潛在風(fēng)險。如何研判輸變電工程啟動調(diào)試期間的風(fēng)險根源，明晰風(fēng)險因素本質(zhì)，保障電力系統(tǒng)安全運行，越來越引起電力工作者的重視。

輸變電工程啟動調(diào)試作為電力系統(tǒng)運行的特殊階段，新設(shè)備相互關(guān)聯(lián)出現(xiàn)故障的概率高于正常運行設(shè)備，影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行的風(fēng)險較高。

(1) 在新建一、二次設(shè)備的啟動調(diào)試期間，若系統(tǒng)運行方式某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，可能誘發(fā)與之關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)失調(diào)。

(2) 新建一、二次設(shè)備和系統(tǒng)運行方式的風(fēng)險因素之間存在關(guān)聯(lián)，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)面臨直接風(fēng)險和間接風(fēng)險的疊加，造成雙重破壞。

3.3 啟動調(diào)試整體評價缺失

參與輸變電工程啟動調(diào)試的部門通常為電力調(diào)控中心、電科院及工程建設(shè)管理單位。電科院受工程建設(shè)單位委托，進行新設(shè)備現(xiàn)場啟動調(diào)試試驗工作，并在啟動調(diào)試工作前期開展系統(tǒng)過電壓、潮流調(diào)試、啟動調(diào)試大綱等技術(shù)報告計算、編制工作。負責(zé)新設(shè)備調(diào)度運行的調(diào)控中心，根據(jù)電科院編寫的調(diào)試大綱編制調(diào)度執(zhí)行方案。

新建輸變電工程啟動調(diào)試的本質(zhì)是對正式投運前的輸變電設(shè)備進行調(diào)試，并對該新建工程運行方式的計算報告開展相關(guān)試驗和評價。

然而，在相關(guān)計算報告編制以及在新建輸變電設(shè)備啟動調(diào)試過程中，對新建輸變電工程系統(tǒng)調(diào)試狀態(tài)、與大電網(wǎng)運行特性匹配度以及啟動調(diào)試試驗是否科學(xué)完備等的評價，大部分是基于定性分析的，定量評價仍是一個難點。該評價將直接影響啟動調(diào)試及電網(wǎng)運行安全評價的客觀性、準(zhǔn)確性和權(quán)威性。因此，引入具有專業(yè)性、獨立性的第三方評估機構(gòu)是必要的，其作用不僅在于為電網(wǎng)調(diào)控中心能否采用電科院相關(guān)計算報告提供指導(dǎo)意見，還能為啟動調(diào)試過程是否科學(xué)合理、新建設(shè)備能否交付運行提供評估檢驗。

3.4 其他問題

如表1所示，根據(jù)實踐統(tǒng)計，500 kV輸變電工程啟動調(diào)試平均約為30天，而500 kV某電廠送出工程輸變電部分啟動調(diào)試只有19天。由于部分工程工期較緊，在輸電線組塔架線施工結(jié)束前，通信、自動化等部分子系統(tǒng)就已利用臨時通道或迂回通道開始調(diào)試。啟動調(diào)試周期短，一方面難以全面暴露新建系統(tǒng)各子系統(tǒng)中存在的問題；另一方面難以達到開關(guān)、刀閘等一次設(shè)備及二次設(shè)備系統(tǒng)磨合所需時間要求。按照系統(tǒng)可靠性理論中的失效率曲線效應(yīng)(見圖3)，新建輸變電工程各子系統(tǒng)內(nèi)部和彼此之間需要一定時間跨度的磨合，才會從失效率較高的早期階段進入失效率較低的隨機失效階段。在隨機失效階段，新建輸變電系統(tǒng)設(shè)備的安全性顯著提升，才適合正式投入運行。與此同時，由于遠距離送電的需求，輸電線路多經(jīng)過雷電、颶風(fēng)、雨霧等極端小氣候地區(qū)，氣候也成為影響輸變電線路運行的因素之一。因此，輸變電工程啟動調(diào)試需要較長時間，以驗證或模擬驗證不同故障或因素影響下新建設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性。

表1 啟動調(diào)試時間 天

圖3 失效率曲線

4 輸變電工程啟動調(diào)試管理工作要點

4.1 輸變電工程啟動調(diào)試流程優(yōu)化

圍繞新建工程投運這一最終目標(biāo)，協(xié)調(diào)相關(guān)部門的步調(diào)，國家電力調(diào)控中心下發(fā)了《新設(shè)備啟動調(diào)度管理流程及標(biāo)準(zhǔn)操作程序》，以規(guī)范流程各節(jié)點工作內(nèi)容及操作程序，實現(xiàn)對新設(shè)備調(diào)度啟動業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理。該流程涉及180余項流程節(jié)點，其中任一節(jié)點調(diào)試工作出現(xiàn)問題均可能導(dǎo)致工程啟動調(diào)試工作的整體推遲?；诒炯夒娋W(wǎng)運行特性及實際情況，進行啟動調(diào)試流程及調(diào)試計劃優(yōu)化，可以較好解決出現(xiàn)的不確定問題，在保證調(diào)試試驗驗證和效果的前提下縮短調(diào)試時間。

4.2 啟動調(diào)試案例庫的構(gòu)建

在啟動調(diào)試期間，在故障模式、影響及危害性分析 (failure mode effects and criticality analysis，F(xiàn)MECA)方法中，按照故障及缺陷的嚴重程度，將其分為4類：I類(災(zāi)難性故障)、II類(致命性故障)、III類(嚴重故障)、IV類(輕度故障)；按照故障出現(xiàn)概率，將其分為5級：A級(經(jīng)常發(fā)生)、B級(很可能發(fā)生)、C級(偶然發(fā)生)、D級(很少發(fā)生)、E級(極少發(fā)生)；按照故障危害水平，故障模式可分為無條件接受、補償措施下可接受、很難接受、不可接受等4類(見圖4)。

圖4 風(fēng)險判別矩陣

電力系統(tǒng)的集成度高，一、二次系統(tǒng)的功能需求和數(shù)據(jù)應(yīng)用復(fù)雜，自動化、通信、保護或安控系統(tǒng)等二次設(shè)備彼此之間以及與電網(wǎng)一次設(shè)備相互依存度較高。在啟動調(diào)試期間，一旦發(fā)生不可接受故障或連鎖缺陷事件，對電網(wǎng)造成的后果的嚴重程度可能會超出調(diào)控運行人員的控制范圍。而調(diào)控運行部門決策，尤其是調(diào)度命令，大都是根據(jù)各種監(jiān)測儀器對故障設(shè)備的監(jiān)測結(jié)果，由調(diào)控運行部門憑借調(diào)度規(guī)程和多年積累的電網(wǎng)運行經(jīng)驗分析判斷，從而下達的。這種決策方法的有效性取決于調(diào)控運行部門的業(yè)務(wù)水平，受主觀因素影響較大。為了克服傳統(tǒng)方法的弊端，需要建立分析-改進-分析動態(tài)過程，將不可接受風(fēng)險轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚪邮艿娘L(fēng)險可控模式，建立案例庫，豐富并完善各級、各類案例庫工作樣本，并評估案例庫對被檢系統(tǒng)安全的保障程度，以達到風(fēng)險可控的目的。

4.3 啟動調(diào)試風(fēng)險因素識別

電網(wǎng)運行安全以系統(tǒng)一次設(shè)備、通信系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)運行安全為基礎(chǔ)，關(guān)聯(lián)性強。輸變電工程啟動調(diào)試正是為上述新建設(shè)備及系統(tǒng)接入大電網(wǎng)而進行的。定性、定量地分析各子系統(tǒng)調(diào)試特性，預(yù)防電網(wǎng)啟動調(diào)試期間多系統(tǒng)、多風(fēng)險因素形成的復(fù)雜關(guān)聯(lián)事故，是一個亟待研究的問題。

4.4 系統(tǒng)生命周期的綜合評價

輸變電工程啟動調(diào)試只是眾多試驗流程中的一環(huán)，構(gòu)建系統(tǒng)生命周期“V”模型的輸變電工程綜合評價體系(見圖5)，并在各子系統(tǒng)與系統(tǒng)生命周期的各個階段內(nèi)引入可靠性、可用性、可維護性和安全性 (reliability availability maintainability safety，RAMS)評價，以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及技術(shù)條件為基礎(chǔ)，前瞻性地對系統(tǒng)進行RAMS評估；從產(chǎn)品需求和設(shè)計階段及早找出問題所在并進行優(yōu)化，減少系統(tǒng)后期變更的時間與經(jīng)濟成本，從而提升系統(tǒng)在啟動調(diào)試時的表現(xiàn)，降低運營階段的檢測與維護成本，整體提高系統(tǒng)的RAMS性能。

圖5 系統(tǒng)生命周期"V"模型

對系統(tǒng)實施全生命周期的檢測與評價，可將管理者在運營階段中對安全監(jiān)管的高度重視前推至系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試階段中，進而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可維護性，使系統(tǒng)的后期隨機失效率維持在一個較低的水平。

5 結(jié)束語

綜上所述，在輸變電工程啟動調(diào)試工作中，除了要繼續(xù)加強測試技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)外，更應(yīng)深入研究組織計劃的統(tǒng)籌編制與流程優(yōu)化、啟動調(diào)試案例的合理選取、系統(tǒng)狀態(tài)的風(fēng)險評價等問題，在各子系統(tǒng)、接口的設(shè)計與生產(chǎn)階段進行RAMS評價，制定準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)以減少系統(tǒng)風(fēng)險。當(dāng)前階段需加強各項規(guī)范的制定、完善，科學(xué)地確定測試所需的最短時間周期并強制加以保證。試驗中加強與調(diào)控部門的配合，強化對人員的演練，增加獨立第三方的安全評估作為驗收條件。