配網(wǎng)狀態(tài)檢修關(guān)鍵技術(shù)分析

彭慶平 熊杰

摘要：當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入電氣化時(shí)代，各行各業(yè)對(duì)電能的依賴程度和可靠性需求越來越高，保證各級(jí)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)基本要求。配電網(wǎng)在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中電壓等級(jí)最低，但卻擔(dān)負(fù)著連接區(qū)域高壓電網(wǎng)和電力用戶的重要作用。由于重視程度不夠、投入資金不足等歷史原因，我國配電網(wǎng)的發(fā)展相對(duì)滯后，配電設(shè)備老舊、故障率高、城鄉(xiāng)差異大、自動(dòng)化覆蓋率低、供電可靠性不高等問題尤為突出。電網(wǎng)現(xiàn)狀距離堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)高可靠性、高自動(dòng)化率的目標(biāo)仍有較大差距。但是目前的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)逐步為配電網(wǎng)狀態(tài)檢修奠定了硬件基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；狀態(tài)檢修；關(guān)鍵技術(shù)

1引言

2013年9月份，由中國國家電網(wǎng)公司、國際電工委員會(huì)、德國電氣工程師協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦的論壇：國際智能電網(wǎng)論壇在德國柏林開幕。期間，中國國家電網(wǎng)公司董事長劉振亞做了重要講話。他提到，包括中國在內(nèi)，世界電網(wǎng)應(yīng)以建立一個(gè)高質(zhì)量、高效率、經(jīng)濟(jì)效益好的的現(xiàn)代電網(wǎng)——堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為共同目標(biāo)。2009年，中國便著手規(guī)劃堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的研究，主要致力于相關(guān)技術(shù)研究以及設(shè)備的開發(fā)制造；2011年國家電網(wǎng)公司全面開展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)工作，計(jì)劃到2020年全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。

當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入電氣化時(shí)代，各行各業(yè)對(duì)電能的依賴程度和可靠性需求越來越高，保證各級(jí)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)基本要求。配電網(wǎng)在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中電壓等級(jí)最低，但卻擔(dān)負(fù)著連接區(qū)域高壓電網(wǎng)和電力用戶的重要作用。由于重視程度不夠、投入資金不足等歷史原因，我國配電網(wǎng)的發(fā)展相對(duì)滯后，配電設(shè)備老舊、故障率高、城鄉(xiāng)差異大、自動(dòng)化覆蓋率低、供電可靠性不高等問題尤為突出。電網(wǎng)現(xiàn)狀距離堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)高可靠性、高自動(dòng)化率的目標(biāo)仍有較大差距。

隨著全社會(huì)對(duì)供電可靠性要求越來越高，傳統(tǒng)的“周期性”檢修方式已無法滿足電網(wǎng)日常運(yùn)行維護(hù)要求。近年來，我國電氣設(shè)備質(zhì)量不斷提升，也為開展?fàn)顟B(tài)檢修提供了技術(shù)保障?！盃顟B(tài)檢修”取代“周期性檢修”也將成為歷史必然。

2常用的故障率模型

研究設(shè)備的可靠性即研究設(shè)備的故障率，都需要構(gòu)建設(shè)備的故障率模型，通常采用的設(shè)備故障率分布主要有正態(tài)分布、指數(shù)分布和威布爾分布等。其中威布爾分布主要應(yīng)用于設(shè)備故障率與運(yùn)行時(shí)間關(guān)系密切的一種規(guī)律變化，指數(shù)分布大多用于研究故障率不隨時(shí)間變化的設(shè)備，所以在研究電力設(shè)備可靠性分析方面，應(yīng)用最多的是威布爾分布。通過分析研究大多數(shù)設(shè)備的故障率與時(shí)間密切相關(guān)，是時(shí)間的函數(shù)，圖1為設(shè)備的故障浴盆曲線，從曲線中可以看出設(shè)備故障率隨設(shè)備運(yùn)行時(shí)間變化的規(guī)律，分為早期故障階段、偶然故障階段和損耗故障階段。

第一階段為早期故障期，也稱為早期失效期，當(dāng)設(shè)備出廠后，剛投入運(yùn)行，由于設(shè)備制造過程中的家族缺陷或安裝調(diào)試過程中的干擾等因素，設(shè)備在初始運(yùn)行階段的故障率高，隨著設(shè)備中各部件不斷磨合，設(shè)備故障率逐漸降低，進(jìn)入到穩(wěn)定運(yùn)行期。在該階段，一般設(shè)備先進(jìn)行試運(yùn)行，對(duì)因試運(yùn)行結(jié)果有缺陷而不能正常運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行篩選，避免正式投入運(yùn)行造成嚴(yán)重后果。

第二階段為偶然故障期，也稱為偶然失效期，在這一階段，設(shè)備運(yùn)行狀況穩(wěn)定，故障率較低。如果在此階段內(nèi)發(fā)生故障，主要是由外界因素引起，如惡劣的氣候變化、施工或者人為破壞等。同時(shí)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢查，掌握運(yùn)行狀況，進(jìn)而可以延長該階段時(shí)間，降低設(shè)備故障率。

第三階段為損耗故障階段，也稱為損耗失效期，由于設(shè)備運(yùn)行時(shí)間過長，其中各部件存在磨損、老化等現(xiàn)象，造成設(shè)備整體性能降低，運(yùn)行效率低下，故障率增加，使其最終失效報(bào)廢。在此階段，需要增加設(shè)備的維修次數(shù)，進(jìn)而降低設(shè)備的故障率，延長設(shè)備的使用壽命。

3故障預(yù)測的流程

通過上述分析，配電設(shè)備故障率的預(yù)測流程如圖2所示：

（1）根據(jù)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行威布爾參數(shù)估計(jì)和曲線擬合，得出基于威布爾分布的故障率曲線；

（2）獲取當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障率曲線擬合；

（3）根據(jù)維修方式，選擇役齡回退因子；

（4）將設(shè)備當(dāng)前故障率對(duì)應(yīng)到基于威布爾分布的故障率曲線上，在結(jié)合役齡回退因子，算出設(shè)備的實(shí)際役齡；統(tǒng)計(jì)設(shè)備年故障率，確定故障率遞增因子，最后計(jì)算出維修后的設(shè)備故障率。

4檢修時(shí)機(jī)的選擇

配電設(shè)備狀態(tài)檢修一般在設(shè)備故障浴盆曲線中偶然故障期和損耗故障期進(jìn)行，可以降低故障率，減少設(shè)備維修成本及故障后所造成的經(jīng)濟(jì)損失。然而維修次數(shù)過少，會(huì)造成設(shè)備故障率增加，使得故障維修成本增加，造成總成本增加，維修過多會(huì)造成檢修成本過高而導(dǎo)致總成增加，如圖3為配電設(shè)備維修總成本曲線所示，可以看出，所以如何合理安排檢修的次數(shù)，以及維修的周期是非常重要的。

建立配電設(shè)備狀態(tài)檢修模型是以最小成本為主要目標(biāo)，屬于單目標(biāo)模型，然而在設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行過程中，保障設(shè)備在檢修周期內(nèi)的可靠性也是非常重要的。因此在建模過程中需要考慮設(shè)備的可靠性，第一種方法是將設(shè)備可靠性指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)加入到目標(biāo)函數(shù)中，改進(jìn)后的模型將變?yōu)橐宰钚〕杀竞涂煽啃詾橹笜?biāo)的多目標(biāo)模型，對(duì)模型進(jìn)行求解的問題就變成多目標(biāo)規(guī)劃問題，求解過程較復(fù)雜；第二種方法是在約束條件上將可靠性作為條件之一，目標(biāo)函數(shù)不變，這樣求解過程較第一種方法簡單。

基于最小成本的配電設(shè)備狀態(tài)檢修模型建立過程中提到了剩余時(shí)間，剩余時(shí)間的存在使得此問題在求解過程中存在合理的可行解，很多針對(duì)此問題的研究認(rèn)為剩余時(shí)間的存在是合理的，其實(shí)如果剩余時(shí)間過大，會(huì)讓我們聯(lián)想到所建立模型的目標(biāo)函數(shù)所求得的最小成本值是依賴于剩余時(shí)間，所以要使剩余時(shí)間盡可能的小。改進(jìn)后的數(shù)學(xué)模型不僅考慮了設(shè)備的可靠性，同時(shí)也控制了剩余時(shí)間的大小。

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