基于故障模式的變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)分析

張建新

摘 要：隨著電力事業(yè)不斷發(fā)展，輸變電網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍也越來越大，在輸變電設(shè)備運(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)各種故障問題，對設(shè)備故障進(jìn)行處理是提高變電運(yùn)行安全水平的重要途徑?；诠收夏Ｊ竭M(jìn)行變電設(shè)備故障分析可以對故障的演變過程以及故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，從而更好地控制風(fēng)險(xiǎn)。本文對變電設(shè)備故障問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：變電設(shè)備 故障分析 故障模式

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）10-0-01

引言

輸變電設(shè)備是電力系統(tǒng)的重要組成部分，確保變電設(shè)備正常運(yùn)行是維持電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，從電力企業(yè)發(fā)展的角度來看，在確保變電設(shè)備拿去運(yùn)行的同時(shí)，還應(yīng)該要考慮到設(shè)備運(yùn)行維護(hù)過程中的經(jīng)濟(jì)性，旨在追求經(jīng)濟(jì)效益最大化。關(guān)于變電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行故障風(fēng)險(xiǎn)的研究越來越普遍，電力企業(yè)也越來越重視變電故障風(fēng)險(xiǎn)，對于輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)的定義，當(dāng)前業(yè)內(nèi)普遍承認(rèn)的一種定義方式是：故障發(fā)生率與故障可能造成的后果的乘積。其中輸變電設(shè)備出現(xiàn)故障之后會帶來很多方面的影響，比如對人身安全造成影響，導(dǎo)致人們的生產(chǎn)生活用電中斷等，當(dāng)前關(guān)于變電設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)的分析，多數(shù)是將變電設(shè)備整體看成研究對象，采用定量的方式進(jìn)行分析，基于變電設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的概率以及故障帶來的危害，對故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析是最有效的評價(jià)方式。但是當(dāng)前我國基于故障模式的風(fēng)險(xiǎn)評估研究還不夠充分，未來還需要對變電設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行進(jìn)一步研究與分析。

一、當(dāng)前變電設(shè)備故障分析方法

當(dāng)前電力企業(yè)關(guān)于輸變電設(shè)備的故障分析主要采用故障模式和影響分析兩種方式，可對電力系統(tǒng)的變電設(shè)備故障進(jìn)行全面分析，對故障模式、原因、后果等進(jìn)行確定，但這種方式中含有比較強(qiáng)的主觀意愿，很難將分析的結(jié)果直接作為風(fēng)險(xiǎn)評判的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。另一種常用的方式是故障樹分析，這種分析方法可以用于對故障模式之間的因果關(guān)系進(jìn)行分析，因?yàn)樽冸娫O(shè)備的各種故障之間是相互聯(lián)系的，一個(gè)故障的長期積累也會導(dǎo)致另一個(gè)故障的出現(xiàn)。但故障樹分析模式也有一定的局限性：第一，故障樹分析模式中不易于直接觀察故障模式的后果；第二，在故障樹模式中，所有的事件都被假設(shè)為二態(tài)性，只有非有即無兩種狀態(tài)，但是變電設(shè)備的很多故障不能單純地使用非有即無來表示，而且故障的程度是不斷變化的；第三，故障樹模式的邏輯關(guān)系具有一定的確定性，在變電設(shè)備運(yùn)行過程中，各個(gè)設(shè)備故障之間的關(guān)系是不確定的，一個(gè)故障并不會絕對引起其他故障，故障之間用概率的關(guān)系進(jìn)行描述更為合理。另外，由于故障有很多潛在的風(fēng)險(xiǎn)，所以在對故障進(jìn)行分析的時(shí)候要結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)控制的需求，從根源上對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防，同時(shí)還需要分析風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展過程，從風(fēng)險(xiǎn)后果控制的角度著手減少損失。

二、給予故障模式的變電設(shè)備故障分析

1.基于領(lǐng)結(jié)模型的輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)定性分析

如上圖所示，在建立故障因果網(wǎng)絡(luò)圖之后，可以對變電設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步分析，同時(shí)還要對故障模式的發(fā)展過程進(jìn)行預(yù)測，對當(dāng)前故障模式發(fā)生的原因進(jìn)行詳細(xì)深入地分析，從而更了解變電設(shè)備的故障以及風(fēng)險(xiǎn)。這種分析方式被稱為領(lǐng)結(jié)模型，領(lǐng)結(jié)模型中包含了輸變電設(shè)備當(dāng)前出現(xiàn)故障的所有原因和結(jié)果，使得故障分析更加合理，而且能夠?qū)收巷L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效地防御。具體的分析方法如下：當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，首先要判斷變得設(shè)備可能存在的故障模式，然后將這個(gè)故障模式作為領(lǐng)結(jié)模型中的關(guān)鍵事件，再對關(guān)鍵事件在整個(gè)變電網(wǎng)絡(luò)圖中的位置進(jìn)行定位，沿著連接點(diǎn)向前搜索與之有直接或間接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)根節(jié)點(diǎn)，就可以找到該關(guān)鍵事件的根節(jié)點(diǎn)，即找到產(chǎn)生該故障的根本原因。將涵蓋所有節(jié)點(diǎn)的原有連接方式置于領(lǐng)結(jié)模型的左側(cè)與關(guān)鍵事件連接，然后再采用同樣的方法沿著關(guān)鍵事件所在的節(jié)點(diǎn)向后搜索，找到與關(guān)鍵事件有直接或者間接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)，直到葉節(jié)點(diǎn)，就可以獲得與該關(guān)鍵事件有關(guān)的后果節(jié)點(diǎn)，即該故障所產(chǎn)生的后果與風(fēng)險(xiǎn)。

例如某電力變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，根據(jù)故障成因生成繞組過熱的領(lǐng)結(jié)模型。繞組過熱的原因有很多，其中有一個(gè)是絕緣油作用，因?yàn)樵谧冸娫O(shè)備中，變壓器與絕緣油的物理位置以及功能上有連接，會造成故障之間的傳播，兩者之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。繞組過熱的直接原因有三種，一種是固有故障隱患，例如統(tǒng)包絕緣膨脹、導(dǎo)線制造不良，一種是應(yīng)力故障，包括設(shè)備過載帶來的故障，第三種是其他部件所帶來的影響，比如絕緣油的散熱性能不好。不同的故障原因會導(dǎo)致故障的發(fā)展過程不相同，從風(fēng)險(xiǎn)控制的角度來講采取的措施也不相同?；陬I(lǐng)結(jié)模型可以對故障模式的原因進(jìn)行逐一分析，從而找到相應(yīng)的應(yīng)對措施，減輕故障的風(fēng)險(xiǎn)和后果。

2.基于半馬爾科夫過程的故障風(fēng)險(xiǎn)定量分析

上述的領(lǐng)結(jié)模型可以對故障的發(fā)展情況進(jìn)行定性分析，但為了更好地了解故障帶來的風(fēng)險(xiǎn)，做好風(fēng)險(xiǎn)管控，則還需要對變電設(shè)備面臨的故障風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行量化確定。由于變電設(shè)備的故障模式是隨機(jī)發(fā)展的，會呈現(xiàn)出很多不確定性，因此可以采用隨機(jī)過程對其進(jìn)行定量描述。例如變電設(shè)備將來可能的狀態(tài)僅與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，則對故障發(fā)展情況進(jìn)行表示的時(shí)候就可以采用馬爾科夫過程進(jìn)行表示。馬爾科夫過程是一種隨機(jī)分析過程，在當(dāng)前的故障分析過程中應(yīng)用十分廣泛。傳統(tǒng)的馬爾科夫過程假設(shè)狀態(tài)的停留時(shí)間是呈指數(shù)分布的，但是在實(shí)際情況中很難滿足指數(shù)分布要求，在分析過程中可以將領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)變單鏈結(jié)構(gòu)，領(lǐng)結(jié)模型中的關(guān)鍵事件可能是由單一故障原因引起的，也可能是由于多種故障造成的，但是在分析的時(shí)候通常認(rèn)為故障原因是單獨(dú)作用的，因此，可以根據(jù)檢測到的變電設(shè)備的狀態(tài)信息，推測主要故障的原因，將領(lǐng)結(jié)模型簡單化，成為單鏈結(jié)構(gòu)。對于領(lǐng)結(jié)模型的后側(cè)所表示的故障后果，也有很多個(gè)不同的發(fā)展路徑，可以綜合分析當(dāng)前的故障模式，對故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更加清晰地表示。

在故障風(fēng)險(xiǎn)定量分析分析過程中，對于故障的描述一般有兩種過程，一種是由于某種性質(zhì)的應(yīng)力導(dǎo)致的設(shè)備劣化過程，比如外界的電、熱、機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。另一種故障則是突發(fā)的，是由于某一個(gè)突然的刺激造成的故障，是由關(guān)鍵事件直接導(dǎo)致的故障，在故障分析過程中基本可以使用這兩種方式對故障進(jìn)行描述。

結(jié)語

綜上所述，變電設(shè)備故障分析是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，隨著電力網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，變電設(shè)備越來越多，設(shè)備出現(xiàn)故障的概率也越來越大?；诠收夏Ｊ綄ψ冸娫O(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，可以更好地找到故障原因，并且采取有針對性的措施對故障進(jìn)行處理，提高故障處理水平。

參考文獻(xiàn)

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