唐顯龍　鐘田勇

摘 要： 通過(guò)分析變電站主要設(shè)備的典型參數(shù)、故障發(fā)生原因等， 提出了變電站整站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)因素及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法。該方法在建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)量與故障率關(guān)系的基礎(chǔ)上， 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)估算設(shè)備故障率， 采用最優(yōu)潮流技術(shù)以等效負(fù)荷削減量為故障后果，量化變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)性指標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 變電站; 狀態(tài)監(jiān)測(cè); 風(fēng)險(xiǎn)

0 引言

近年來(lái)發(fā)生的多起大停電事故的調(diào)查表明， 變電站設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)是這些事故發(fā)生的主要原因。目前已有多種電力系統(tǒng)的可靠性分析和統(tǒng)計(jì)方法， 這些成果對(duì)推動(dòng)電力系統(tǒng)可靠性研究和工程應(yīng)用無(wú)疑起到積極而重要的作用。然而，現(xiàn)有的方法要么只能描述變電站主接線可靠性特點(diǎn); 由于現(xiàn)有技術(shù)難以預(yù)知故障發(fā)生的時(shí)間和位置，一般采用歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作評(píng)估分析，這給運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)確評(píng)估帶來(lái)不小誤差。一方面，歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)受到統(tǒng)計(jì)時(shí)段環(huán)境的影響， 難以反映其隨運(yùn)行環(huán)境的變化情況; 另一方面， 歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)本身具有滯后性，無(wú)法體現(xiàn)設(shè)備當(dāng)前的可靠性水平及檢修措施的影響。本文基于電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)理論基礎(chǔ)和南方電網(wǎng)實(shí)際，結(jié)合設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)和歷史故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)量與故障率的函數(shù)關(guān)系， 建立變電站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)， 基于風(fēng)險(xiǎn)可加性理論、設(shè)備狀態(tài)策略，研究變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法， 量化變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)水平。

1 變電站整站狀態(tài)評(píng)價(jià)

1. 1 變電站主設(shè)備的狀態(tài)參量

經(jīng)設(shè)備使用經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果表明， 設(shè)備在整個(gè)使用期間內(nèi)，發(fā)生的故障次數(shù)與使用時(shí)間之間是有宏觀規(guī)律的，雖然對(duì)每臺(tái)設(shè)備而言， 出現(xiàn)故障的次數(shù)和使用壽命各有差異， 但其整體的發(fā)展規(guī)律都是相同的是設(shè)備故障率和使用壽命之間的關(guān)系曲線，其曲線走向兩邊高， 中間低， 形似一個(gè)浴盆， 被稱為設(shè)備故障發(fā)生的“浴盆曲線[1]。

設(shè)備在整個(gè)使用期內(nèi)， 設(shè)備的故障率隨時(shí)間的變化可分為三個(gè)階段： 早期故障期、偶然故障區(qū)和耗損故障期。綜上所述，設(shè)備故障的發(fā)生、發(fā)展是有其自身規(guī)律，但變電站中的設(shè)備整體性能在大多情況下是連續(xù)變化的，因此通過(guò)分析變電站主設(shè)備的某些典型參數(shù)或故障發(fā)生原因，可以確定變電主設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)，并預(yù)測(cè)出其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。以下選取幾種常見(jiàn)的變電站主設(shè)備（ 變壓器、GIS、斷路器） 對(duì)其做狀態(tài)參量分析，選取現(xiàn)階段可以獲取以及未來(lái)很可能應(yīng)用的狀態(tài)量為其狀態(tài)評(píng)價(jià)所需的狀態(tài)參量， 并建立相應(yīng)的狀態(tài)量指標(biāo)體系。為簡(jiǎn)化分析， 這里暫不考慮隔離開關(guān)和互感器。

1. 2 GIS 狀態(tài)參量分析

GIS 指六氟化硫封閉式組合電器， 由斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器與電流互感器、絕緣結(jié)構(gòu)、接地開關(guān)、母線、出線套管、避雷器等組成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，造成 GIS非計(jì)劃停運(yùn)的部件主要有： 隔離開關(guān)、斷路器、接地開關(guān)、PT 與 CT、絕緣結(jié)構(gòu)、避雷器、出線套管裝置。

2 基于設(shè)備狀態(tài)的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

2. 1 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估概述

所謂風(fēng)險(xiǎn)，就是故障概率與故障后果的綜合。風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效概率評(píng)估是通過(guò)將以往大量失效案例的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與基于可靠性理論的計(jì)算相結(jié)合進(jìn)行的。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要是對(duì)失效模式進(jìn)行研究和作出后果分析（ Failure Modes and Effects Analysis[2] ， 即FMEA） 。對(duì)于設(shè)備可能發(fā)生的失效模式，都要詳細(xì)分析它自身設(shè)備的損失以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響、可能引發(fā)的后果以及需要采取什么措施。2. 2 考慮轉(zhuǎn)供的最優(yōu)負(fù)荷削減模型電力系統(tǒng)充裕度研究主要由三部分組成： 系統(tǒng)狀態(tài)選取、系統(tǒng)狀態(tài)分析、系統(tǒng)可靠性指標(biāo)計(jì)算[4] 。系統(tǒng)狀態(tài)分析指的是對(duì)選定系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行潮流計(jì)算， 確定系統(tǒng)是否違背運(yùn)行約束（ 節(jié)點(diǎn)電壓約束和支路容量約束） 。若違背， 則采取必要的校正措施對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。這些校正措施包括發(fā)電機(jī)再調(diào)度、變壓器抽頭調(diào)整、柔性交流輸電系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整。若校正后系統(tǒng)仍不能處于安全狀態(tài)， 最終將采取負(fù)荷削減的校正措施?？梢?jiàn)，最優(yōu)負(fù)荷削減模型[5] 是充裕度評(píng)估的重要組成部分之一。負(fù)荷轉(zhuǎn)供[6] 指負(fù)荷的供電通道由原來(lái)的通道轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪煌ǖ?，供電通道的改變?shí)質(zhì)上為向負(fù)荷供電的線路的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變， 負(fù)荷轉(zhuǎn)供會(huì)改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在輸電網(wǎng)可靠性評(píng)估中，當(dāng)某一故障引起系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷時(shí)，需要實(shí)施恰當(dāng)?shù)男Ｕ胧┫€路過(guò)載， 保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，持續(xù)向負(fù)荷供送電能。傳統(tǒng)的校正措施一般為調(diào)整發(fā)電機(jī)出力， 如果調(diào)整出力后仍存在

過(guò)負(fù)荷，則進(jìn)行必要的負(fù)荷削減。本文的負(fù)荷削減模型為線性規(guī)劃（ Linear Programming，簡(jiǎn)稱 LP） 模型， 因此本文將負(fù)荷轉(zhuǎn)供也作為一種校正措施， 增加消除過(guò)載的有效力度，減少不必要的負(fù)荷削減量。從負(fù)荷削減模型的角度看， 負(fù)荷轉(zhuǎn)供實(shí)質(zhì)上是改變了 LP 的參數(shù) B（ 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣） ， 從而影響到 LP 的目標(biāo)函數(shù)的結(jié)果。

3 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)變電站可靠性評(píng)估采用歷史平均數(shù)據(jù)無(wú)法反映實(shí)時(shí)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的局限性， 提出了基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和技術(shù)。該方法在建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)量與故障率關(guān)系的基礎(chǔ)上， 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)估算設(shè)備故障率，采用最優(yōu)潮流技術(shù)以等效負(fù)荷削減量為故障后果，量化變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)性指標(biāo)。在變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)采用了幾種關(guān)鍵的技術(shù)。用回路可靠性模型代替了傳統(tǒng)的元件可靠性模型， 大大減少故障預(yù)想集中的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)。負(fù)荷轉(zhuǎn)供也作為消除線路過(guò)載的一種校正措施在最優(yōu)負(fù)荷削減模型中應(yīng)用，采用連續(xù)變量的思想來(lái)處理負(fù)荷轉(zhuǎn)供控制離散變量的問(wèn)題，以應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)計(jì)算的需要。不同離散變量的取值代表不同的轉(zhuǎn)供方案， 通過(guò)各方案最優(yōu)潮流的計(jì)算結(jié)果可選擇最優(yōu)運(yùn)行的轉(zhuǎn)供方案。

參 考 文 獻(xiàn)

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