一種配電網(wǎng)可靠性評估算法
——改進(jìn)FMEA法

三峽大學(xué)科技學(xué)院 朱新春

一種配電網(wǎng)可靠性評估算法
——改進(jìn)FMEA法

三峽大學(xué)科技學(xué)院 朱新春

【摘要】本文在傳統(tǒng)FMEA法原理基礎(chǔ)上研究了一種改進(jìn)FMEA法的可靠性評估算法，該方法對化簡后的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，利用了傳統(tǒng)FMEA思路，不同之處是不必列寫復(fù)雜的故障模式后果分析表，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)列出故障關(guān)聯(lián)矩陣，通過矩陣運算得出各個負(fù)荷點的可靠性指標(biāo)，最后計算出系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，整個計算過程用計算機(jī)進(jìn)行編程。該算法思路清晰，程序簡單易懂，適合于從事配電網(wǎng)供電可靠性評估人員。

【關(guān)鍵詞】FMEA；可靠性評估算法；故障關(guān)聯(lián)矩陣

0 引言

人們生活水平逐漸提高，科技騰飛發(fā)展，電力用戶不斷增多，使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜，電力用戶對配電網(wǎng)供電可靠性的要求也越來越高。在對復(fù)雜的配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性分析時，傳統(tǒng)的FMEA法中建立故障模式后果分析表是相當(dāng)復(fù)雜的。改進(jìn)FMEA法在網(wǎng)絡(luò)化簡的基礎(chǔ)上，通過矩陣的相關(guān)運算計算出可靠性指標(biāo)，相比傳統(tǒng)FMEA法計算速度快，節(jié)約時間，提高了準(zhǔn)確性，該算法適用于較復(fù)雜的配電網(wǎng)，本課題的研究解決實際問題，具有實際意義。

1 改進(jìn)FMEA法介紹

1.1 網(wǎng)絡(luò)化簡法

復(fù)雜配電網(wǎng)的化簡方法如下：以熔斷器、分段開關(guān)、斷路器等開關(guān)設(shè)備為界，把較為復(fù)雜的配電網(wǎng)化簡成只含有一條主干線和幾條分支線路的網(wǎng)絡(luò)。同一段上的幾條分支線路所供負(fù)荷，可以等效為一條等效分支線路給一個等效負(fù)荷供電。因為同一段的任一條分支線路故障都會影響該段其他分支線路所帶負(fù)荷的供電。該段所有分支線路長度總和為等效分支線路的長度，該段所有分支線路所帶負(fù)荷容量之和為等效負(fù)荷的容量，若本段中存在首段裝有熔斷器或其他開關(guān)設(shè)備的分支線，則該分支線不參與化簡過程［1］。通過化簡法將圖1進(jìn)行化簡，等效為圖2。

圖1 某變電站10kV配電線路圖

圖2 10kV線路的簡化圖

1.2 矩陣確立

以圖3配電網(wǎng)的典型接線——放射式線路為例進(jìn)行分析，建立各個矩陣。表1列出用戶數(shù)、用戶容量等負(fù)荷數(shù)據(jù)，表2表示開關(guān)元件的故障率、修復(fù)時間、操作時間數(shù)據(jù)。

圖3 配電網(wǎng)模型圖

表1 用戶負(fù)荷情況表

表2 元件相關(guān)數(shù)據(jù)表

（1）確定故障關(guān)聯(lián)矩陣

對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以得出每個元件故障時，其對各個負(fù)荷的供電影響，用故障關(guān)聯(lián)矩陣反應(yīng)元件對負(fù)荷點是否有影響。矩陣的行代表每個元件，矩陣的列是每個負(fù)荷點，矩陣元素為各個元件對負(fù)荷點的影響，如果對應(yīng)元件對負(fù)荷點有影響則矩陣相應(yīng)元素為1，否則矩陣相應(yīng)元素為0。分析圖3配電網(wǎng)模型圖得出故障關(guān)聯(lián)矩陣F，則：

（2）確定故障停電時間矩陣

故障停電時間矩陣表明任一元件發(fā)生故障，每個負(fù)荷點的停電時間。以負(fù)荷點作為矩陣的列，各個元件作為矩陣的行，每個元件故障時，負(fù)荷點的停電時間作為矩陣元素。由于圖3配電網(wǎng)模型圖中包括分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)，故障線路段的前一級線路到電源點之間的線路所帶負(fù)荷不受故障線路影響；故障線路之后的線路所帶負(fù)荷由聯(lián)絡(luò)開關(guān)恢復(fù)供電，這部分負(fù)荷的停電時間是聯(lián)絡(luò)開關(guān)的操作時間，為0.05小時。變電站內(nèi)的斷路器或隔離開關(guān)故障時，可將聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，所有負(fù)荷轉(zhuǎn)為備用電源供電，負(fù)荷停電時間為聯(lián)絡(luò)開關(guān)的操作時間0.05小時［1］。故障停電時間矩陣T為：

（3）確定元件故障率矩陣L

根據(jù)每個元件的故障率、修復(fù)時間以及操作時間，確定故障率矩陣L。

（4）用戶數(shù)矩陣H和用戶容量矩陣S

根據(jù)用戶負(fù)荷情況表，建立H和S。

1.3 計算可靠性指標(biāo)

2 算例分析

利用改進(jìn)FMEA法對圖2 10kV配電網(wǎng)線路簡化圖進(jìn)行供電可靠性評估，并對該方法進(jìn)行驗證。

2.1 可靠性原始數(shù)據(jù)

圖2中設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)表如表3所示，用戶負(fù)荷表如表4所示。

表3 設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)表

表4 用戶負(fù)荷表

2.2 可靠性指標(biāo)分析

用該方法對配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性分析，得出表5負(fù)荷點可靠性指標(biāo)，圖4系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。

表5 負(fù)荷點可靠性指標(biāo)

圖4 配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)圖

將該方法計算出的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)列于表6，用傳統(tǒng)FMEA法對圖2可靠性進(jìn)行評估，可靠性指標(biāo)亦列于表6，兩種指標(biāo)進(jìn)行對比分析。

表6 系統(tǒng)可靠性指標(biāo)匯總表

總之，排除FMEA法自身的誤差影響，經(jīng)計算可靠性指標(biāo)相對誤差在0～4.28%，誤差最大不超過4.5%，通過對該算例的結(jié)果進(jìn)行對比分析，可見該法具有較高的正確性和有效性。

3 結(jié)論

本文提出改進(jìn)FMEA可靠性評估算法，該算法既繼承了FMEA法評估結(jié)果準(zhǔn)確度高等優(yōu)點，又克服FMEA法不適用于大規(guī)模配電網(wǎng)，以及運算速度慢等缺點。通過對比分析，驗證該方法是正確的，為配電網(wǎng)可靠性分析方法提供新的有力工具。

參考文獻(xiàn)

［1］朱新春.含小水電的配電網(wǎng)供電可靠性研究［D］.宜昌∶三峽大學(xué)，2015.

作者簡介：

朱新春（1984—），河北滄州人，三峽大學(xué)科技學(xué)院專任教師。