淺議電站電氣主接線安全性評(píng)估

張廷觀

（廣東火電工程總公司，廣東 廣州 510730）

安全、可靠、經(jīng)濟(jì)，是各行各業(yè)用戶對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求。而電氣主接線是發(fā)電廠、變電站的主要組成部分，是發(fā)電、輸電和配電設(shè)備中最重要的能量傳輸點(diǎn)，其擔(dān)負(fù)著匯集發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能，并向系統(tǒng)傳輸和分配的功能；變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，其電氣主接線起著變換和分配電能的作用，故電氣主接線是否具有足夠的可靠性，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)供電任務(wù)的完成與否。因此，對(duì)其電氣主接線的可靠性評(píng)估，是電力系統(tǒng)可靠性研究的重要內(nèi)容。

1 電氣主接線安全評(píng)估定義

變電所電氣主接線系統(tǒng)，一般包括以下電力元件：母線，變壓器，斷路器，電壓互感器，隔離開關(guān)以及繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置等輔助設(shè)備。

發(fā)電廠、變電站電氣主接線可靠性定義為：在組成主接線系統(tǒng)元件（斷路器、變壓器、隔離開關(guān)、母線等）的可靠性指標(biāo)已知和可靠性準(zhǔn)則給定的條件下，按可靠性評(píng)估準(zhǔn)則評(píng)估整個(gè)主接線系統(tǒng)滿足電力系統(tǒng)電能需求能力的量度。

2 電氣主接線安全評(píng)估內(nèi)容與步驟

2.1 評(píng)價(jià)內(nèi)容

變電所電氣主接線可靠性評(píng)估，是依據(jù)構(gòu)成主接線的電氣設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)學(xué)評(píng)估，建立其可靠性模型，通過可靠性計(jì)算，來定量論證主接線的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，使得主接線的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、檢修等工作，建立在更加科學(xué)的基礎(chǔ)上，通常對(duì)主接線可靠性的評(píng)估計(jì)算，包括以下主要內(nèi)容：

（1）通過主接線元件的可靠性數(shù)據(jù)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，來預(yù)測(cè)主接線的可靠性，并作為設(shè)計(jì)和分析主接線的依據(jù)；

（2）對(duì)不同的主接線方案進(jìn)行可靠性指標(biāo)的綜合比較，提供可靠性評(píng)估的概率性定量指標(biāo)，作為選擇主接線最優(yōu)方案的依據(jù)；

（3）對(duì)已經(jīng)在運(yùn)行的主接線，尋求可能的供電通道，來選擇最佳運(yùn)行方案；

（4）尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修計(jì)劃和采取相應(yīng)對(duì)策等；

（5）開展主接線的定量評(píng)估，為合理簡(jiǎn)化工程接線提供依據(jù)，充分發(fā)揮主接線可靠性技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的輔助作用。

在設(shè)計(jì)階段，主接線可靠性評(píng)估的主要工作，是通過采集的設(shè)備可靠性參數(shù)，評(píng)估不同備選主接線方案的可靠性水平，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)性評(píng)估的指標(biāo)，綜合選擇最優(yōu)的方案。

在運(yùn)行階段，主接線可靠性評(píng)估的主要工作，是通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行記錄的統(tǒng)計(jì)評(píng)估，得到站內(nèi)設(shè)備的可靠性參數(shù)，結(jié)合不同的運(yùn)行方式，評(píng)估主接線在不同運(yùn)行條件下的可靠性水平，并為運(yùn)行決策提供輔助決策信息。

2.2 評(píng)價(jià)步驟

對(duì)變電所電氣主接線可靠性進(jìn)行評(píng)估時(shí)，一般假定某一電源為起點(diǎn)，且假定電源點(diǎn)完全可靠。以某二次一母線為終點(diǎn)，然后評(píng)估和計(jì)算由起點(diǎn)到終點(diǎn)的可靠性指標(biāo)。一般變電所電氣主接線可靠性評(píng)估，可歸納為以下步驟：

（1）定義系統(tǒng)的范圍，列出其所包括的元件；

（2）給出每個(gè)元件的故障率、修復(fù)率、計(jì)劃?rùn)z修和停運(yùn)時(shí)間；

（3）定義系統(tǒng)故障判據(jù)，即規(guī)定主接線系統(tǒng)正常和故障的條件。就一般而言，變電所主接線系統(tǒng)的可靠性判據(jù)，主要是連續(xù)性，即停電為故障，不停電為正常；

（4）建立數(shù)學(xué)模型，選擇要計(jì)算的可靠性指標(biāo)，如概率、頻率、平均無故障時(shí)間、平均停電時(shí)間等。建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，要作一些基本假設(shè)；

（5）計(jì)算主接線系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

3 電氣主接線可靠性評(píng)估方法

3.1 邏輯表格法

在電氣主接線的可靠性分析中，常使用邏輯表格法。根據(jù)電氣主接線的實(shí)際情況，考慮單重及雙重故障的所有可能情況，將其發(fā)生頻次及造成的停運(yùn)時(shí)間歸納列成一張表格，然后根據(jù)可靠性指標(biāo)的定義，求出各項(xiàng)指標(biāo)，如停運(yùn)時(shí)間、停運(yùn)頻率等。這種方法依賴實(shí)際接線的類型與具體的接線方式，對(duì)于規(guī)模不大的電力系統(tǒng)而言，是簡(jiǎn)易可行的，但隨著電氣主接線規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行方式靈活多變。這種固定不變的邏輯表格法，已經(jīng)不能滿足電氣主接線可靠性分析計(jì)算的要求。

3.2 故障模式與后果分析法

故障模式與后果分析法，是一種傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估方法。這種方法通過對(duì)系統(tǒng)中各元件狀態(tài)的搜索，列出全部可能的系統(tǒng)狀態(tài)，然后根據(jù)所規(guī)定的可靠性判據(jù)，對(duì)系統(tǒng)的所有狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)分析，找出系統(tǒng)的故障模式集合，最后在此狀態(tài)集合的基礎(chǔ)上，求得系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。該種方法原理簡(jiǎn)單、清晰，模型準(zhǔn)確，但是，其作為一種歸納方法，要識(shí)別和分析每個(gè)元件所有可能的單故障模式或誤操作模式對(duì)系統(tǒng)和周圍元件的影響，因此，其計(jì)算量隨元件數(shù)目的增長(zhǎng)而成指數(shù)增長(zhǎng)。在大型電氣主接線中，元件數(shù)目及操作方式增多時(shí)，系統(tǒng)故障模式急劇增加，計(jì)算將變得冗長(zhǎng)繁瑣。

3.3 狀態(tài)空間法

狀態(tài)空間法就是將系統(tǒng)用其狀態(tài)和其間可能發(fā)生的轉(zhuǎn)移來表示，并據(jù)此求得系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。這種方法用于大型網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于計(jì)算量大大增加，必須采取一定限度的近似來保證精度。在近似準(zhǔn)確度能滿足要求時(shí)，這種評(píng)估方法是一個(gè)非常有用的方法。

3.4 最小割集法

最小割集法是將所計(jì)算的狀態(tài)限制在所謂的最小割集狀態(tài)內(nèi)，避免了計(jì)算全部的系統(tǒng)狀態(tài)，從而節(jié)省了計(jì)算量。特別是在電力系統(tǒng)中的元件為高可靠性元件時(shí)，其計(jì)算結(jié)果滿意。隨著大型水電站的出現(xiàn)，其電氣主接線結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，直觀地判斷出系統(tǒng)故障事件越來越困難，而最小割集法能較容易地判斷，并找出其薄弱環(huán)節(jié)，提出增強(qiáng)性措施。

3.5 基于故障擴(kuò)散的評(píng)估方法

這種方法利用前向搜索算法，確定斷路器動(dòng)作影響范圍；用故障擴(kuò)散方法，確定故障隔離的范圍，從而確定節(jié)點(diǎn)的故障類型。根據(jù)故障的類型，便可形成相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)、饋線以及系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。這種算法雖然以故障擴(kuò)算法為基礎(chǔ)，不需進(jìn)行等值處理，能一次性形成負(fù)荷點(diǎn)和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，但該算法在前向搜索斷路器時(shí)采用潮流計(jì)算，大大增加了計(jì)算量，所以還有待于提高。

3.6 網(wǎng)絡(luò)法

網(wǎng)絡(luò)法是國(guó)內(nèi)外對(duì)主接線可靠性研究中最為常用的方法，這對(duì)于包括大量元件的主接線來說，分析計(jì)算比較簡(jiǎn)單。主要因?yàn)槠浜?jiǎn)單，并且網(wǎng)絡(luò)模型與主接線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著自然的相似，這種方法主要采用故障模式后果分析，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變大時(shí)，各種故障后果分析將變得十分冗長(zhǎng)。

3.7 頻率和平均持續(xù)時(shí)間法

頻率和平均持續(xù)時(shí)間法，是一種基于Markov過程的方法，其運(yùn)用累積狀態(tài)的頻率和累積狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移頻率的概念，對(duì)于建立子系統(tǒng)、組合系統(tǒng)及整個(gè)系統(tǒng)的等效模型帶來很大的方便。具體的做法是，系統(tǒng)從電源端到負(fù)荷端逐次運(yùn)用Markov過程的基本理論列寫狀態(tài)空間圖求解，每一步均充分考慮元件的擴(kuò)大型。

4 實(shí)例

如某變電站中，35 kV側(cè)出線分別為負(fù)荷1和2，其出線分別帶著一個(gè)35 kV變電站，出線負(fù)荷很大，肩負(fù)著重要工礦企業(yè)及居民用戶的供電任務(wù)。在設(shè)定的運(yùn)行方式下，評(píng)估結(jié)果表明，這兩個(gè)負(fù)荷的期望故障受阻電能和期望停電損失費(fèi)用較大，即在可靠性水平相同的條件下，重要負(fù)荷如果發(fā)生故障導(dǎo)致中斷供電，造成的經(jīng)濟(jì)損失更大。為了對(duì)此類重要負(fù)荷提供更高的可靠性，使其停電損失費(fèi)用減小，達(dá)到可靠性與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，所以建議對(duì)這兩條負(fù)荷每條出線提供雙回線路供電，以此提高可靠性水平，減少經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)束語

我們得知電氣主接線是發(fā)電廠、變電站的主要組成部分，是發(fā)電、輸電和配電設(shè)備中最重要的能量傳輸點(diǎn),設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)學(xué)評(píng)估，建立其可靠性模型，通過可靠性計(jì)算方法分析了安全的可靠性及重要性。

[1]郭永基.可靠性工程原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

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