風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行危險(xiǎn)辨識(shí)及安全評(píng)價(jià)的研究

馮賽

摘 要：隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題已經(jīng)受到了社會(huì)的高度重視，對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行危險(xiǎn)辨識(shí)及安全評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，有利于提升電能供給的穩(wěn)定性。本文首先對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行危險(xiǎn)辨識(shí)作出簡(jiǎn)要闡述，然后提出一種模糊概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法，并結(jié)合實(shí)例，對(duì)其方法的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)運(yùn)行 危險(xiǎn)辨識(shí) 安全評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：F407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

模糊概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要是在概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，利用事故樹分析及故障類型分析等方法，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備危險(xiǎn)和事故發(fā)生復(fù)雜性進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的手段。一般情況下，模糊概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)流程可以概括為：查閱數(shù)據(jù)→危險(xiǎn)源辨識(shí)→判斷是否對(duì)關(guān)鍵設(shè)備造成影響→計(jì)算嚴(yán)重度→判斷是否為可接受風(fēng)險(xiǎn)→計(jì)算發(fā)生概率→確認(rèn)風(fēng)險(xiǎn)度。

1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行危險(xiǎn)辨識(shí)

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行危險(xiǎn)因素辨識(shí)可以分為四個(gè)方面：（1）對(duì)電網(wǎng)電壓的影響。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)多利用軟并網(wǎng)，在啟動(dòng)時(shí)具有較大的沖擊電流，其具體影響包含了電壓波動(dòng)、諧波以及閃變等，同時(shí)電壓穩(wěn)定性的影響可分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題與動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題。（2）對(duì)電網(wǎng)頻率的影響。風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電能力占系統(tǒng)總?cè)萘繘Q定了接入電網(wǎng)系統(tǒng)頻率受到風(fēng)電場(chǎng)的影響。（3）對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的影響。發(fā)電機(jī)頻繁投切可能會(huì)損害接觸器。（4）對(duì)電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃的影響。風(fēng)電隨機(jī)性會(huì)影響電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃性，風(fēng)能具有不可控性和隨機(jī)性。在并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，主要設(shè)備的危險(xiǎn)辨識(shí)包含發(fā)電機(jī)、變壓器、過(guò)電保護(hù)與接地裝置、電抗器、隔斷開關(guān)、高壓斷路器及繼電保護(hù)裝置等，如在發(fā)電機(jī)中，設(shè)計(jì)缺陷、固定不良、絕緣磨損導(dǎo)致定子組短路出現(xiàn)電氣事故、固定不良、機(jī)械性能不合格、回油不暢等問(wèn)題[1]。

2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行安全評(píng)價(jià)

2.1 關(guān)鍵設(shè)備分析

2.1.1 嚴(yán)重度分析

在確認(rèn)重大危險(xiǎn)設(shè)備后，需要對(duì)設(shè)備產(chǎn)生事故嚴(yán)重度進(jìn)行計(jì)算。故障模式的不同會(huì)讓系統(tǒng)故障、子系統(tǒng)故障存在差異，對(duì)此，需要?jiǎng)澐止收系燃?jí)。在本文中，故障等級(jí)共分為四級(jí)：（1）Ⅰ級(jí)?？赡茉斐上到y(tǒng)損失會(huì)人員死亡，影響致命。（2）Ⅱ級(jí)?？赡軙?huì)造成較為嚴(yán)重的職業(yè)病和傷害，可能會(huì)損壞主要系統(tǒng)，影響嚴(yán)重。（3）Ⅲ級(jí)。可能會(huì)造成輕度職業(yè)病與次要系統(tǒng)的損壞，可能會(huì)讓人員發(fā)生輕傷。（4）Ⅳ級(jí)。不會(huì)讓系統(tǒng)受到損壞，不會(huì)讓人員出現(xiàn)傷害與職業(yè)病，屬于可以忽略的影響。

設(shè)故障和事故影響大小是 ，系統(tǒng)受到的影響是 ，事故、故障發(fā)生頻數(shù)是 ，防治事故的難易度是 ，對(duì)系統(tǒng)熟悉程度為 ，故障嚴(yán)重度 。在 中，生命損失系數(shù)為5.0，損失相當(dāng)為3.0，功能損失為1.0，無(wú)功能損失為0.5；在 中，系統(tǒng)造成兩個(gè)以上重大影響系數(shù)為2.0，一個(gè)以上重大影響為1.0，對(duì)系統(tǒng)無(wú)過(guò)大影響為0.5；在 中，易于發(fā)生系數(shù)為1.5，能夠發(fā)生系數(shù)為1.0，不太可能發(fā)生為0.7；在 中，不能防治事故系數(shù)為1.3，能夠防治為1.0，易于防治為0.7；在 中，不夠熟悉新技術(shù)系數(shù)為1.2，較為熟悉為1.0，相當(dāng)熟悉為0.8.

事故發(fā)生可能性等級(jí)共有五個(gè)，按照頻繁到不可能發(fā)生，其等級(jí)依次為A、B、C、D、E，最高風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為1，最低風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)是20.在18～20中，是可以接受且不需要評(píng)審的；在10～17中，是由條件接受的，需要接受評(píng)審的；在6～9中，是不希望有的風(fēng)險(xiǎn)；在1～5中，是不能接受的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.2 故障概率分析

依照對(duì)象系統(tǒng)性質(zhì)、分析目的和分析程序的差異，可以利用故障樹分析關(guān)鍵設(shè)備故障概率。在故障樹分析過(guò)程中，需要確保其編制過(guò)程具有嚴(yán)密的邏輯性，在對(duì)其進(jìn)行編制時(shí)，需要反映出邏輯關(guān)系與內(nèi)在聯(lián)系，一般情況下，故障樹分析程序可以概括為：熟悉系統(tǒng)→調(diào)查事故、確認(rèn)事件→編制是事故樹、調(diào)查原因事件、利用技術(shù)資料、確認(rèn)目的事故概率、簡(jiǎn)化事故樹→定性分析、定量分析→制定安全措施→改善系統(tǒng)。

在定性分析中，需要確認(rèn)最小割集、最小徑集和結(jié)構(gòu)重要度，最小割集是引起頂上事件出現(xiàn)的最起碼基本事件集合，通常情況下，可以采用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法求得最小割集，在標(biāo)準(zhǔn)式中，最小項(xiàng)數(shù)量代表了故障樹最小割集數(shù)量。最小割集與最小徑集存在對(duì)偶特點(diǎn)，利用故障樹對(duì)偶數(shù)，可以讓最小徑集得以求出。如果基本事件發(fā)生概率相同，那么頂上事件受到基本事件的影響程度為結(jié)構(gòu)重要度，利用最小割集與最小徑集，可以對(duì)其進(jìn)行判斷。

在定量分析中，需要分析概率重要度、頂上事件概率、臨界主要度。設(shè)基本事件i在t時(shí)刻所處狀態(tài)為 ，利用二點(diǎn)分布，可以對(duì)其取值進(jìn)行表示，

隨機(jī)事件 期望值和基本事件i在t時(shí)刻發(fā)生的概率相同，因此，

結(jié)合門故障樹結(jié)構(gòu)函數(shù)、定性分析用最小割集計(jì)算頂事件發(fā)生概率公式，設(shè)第i個(gè)基本事件概率為 ，第i個(gè)最小割集中基本事件 屬于第j個(gè)最小割集或是第s個(gè)最小割集的表示為 ，最小割集序數(shù)為r，可以得出估算公式：

對(duì)故障樹進(jìn)行定量分析，依照危險(xiǎn)程度的不同，其量化值同樣存在差異，在危險(xiǎn)程度為頻繁時(shí)，量化值為0.9≤P<1；在危險(xiǎn)程度為很可能時(shí)，量化值為0.8≤P<0.9；在危險(xiǎn)程度為可能時(shí)，量化值為0.2≤P<0.8；在危險(xiǎn)程度為極少時(shí)，量化值為0.01≤P<0.2；在危險(xiǎn)程度為不可能時(shí)，量化值為P<0.01。利用傳統(tǒng)故障樹分析方法與模糊理論進(jìn)行結(jié)合，可以表示基本事件發(fā)生概率。利用模糊概率方法，結(jié)合工程技術(shù)人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)與判斷，可以讓模糊數(shù)隸屬函數(shù)得以構(gòu)造，可以對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行描述與評(píng)價(jià)，讓描述系統(tǒng)不確定性得到準(zhǔn)確表述。幾何模糊數(shù)學(xué)多元擴(kuò)張?jiān)?，可以推算出“或門”模糊算子和“與門模糊算子”。分別為：

2.2 具體應(yīng)用

2.2.1 關(guān)鍵設(shè)備

對(duì)我國(guó)某風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)工程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)設(shè)備在有條件接受風(fēng)險(xiǎn)中，需要并網(wǎng)系統(tǒng)評(píng)審后接受的有3項(xiàng)，在不希望有的風(fēng)險(xiǎn)中有4項(xiàng)，在不可接受風(fēng)險(xiǎn)中有兩項(xiàng)。對(duì)發(fā)電機(jī)事故等級(jí)進(jìn)行分析，電氣事故嚴(yán)重性為Ⅰ，可能性為B，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)為2；火災(zāi)爆炸嚴(yán)重性為Ⅱ，可能性為D，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)為10；機(jī)械事故嚴(yán)重性為Ⅲ，可能性為C，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)為11。對(duì)此，電氣事故為重點(diǎn)分析對(duì)象。

2.2.2 事故嚴(yán)重度

依照 對(duì)其進(jìn)行分析， 、 、 、 和 的系數(shù)分別為3.0、2.0、1.5、1.0、1.0，對(duì)此進(jìn)行計(jì)算，可得出事故嚴(yán)重度S為9.0，依照嚴(yán)重度取值和事故等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，在S大于7的情況下，需要進(jìn)行再次分析。

2.2.3 事故發(fā)生概率

編制發(fā)電機(jī)電氣事故事故樹，計(jì)算最小割集，

其最小割集數(shù)量為11個(gè)，也就是說(shuō)，在該風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行中，有11種原因會(huì)讓發(fā)電機(jī)出現(xiàn)電氣事故。

計(jì)算最小徑集，

經(jīng)過(guò)分解計(jì)算，其最小徑集數(shù)量共有8個(gè)。對(duì)其重要度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合前文所說(shuō)公式，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)在 、 、 、 、 和 ，因此，需要對(duì)其進(jìn)行定期維修和監(jiān)測(cè)。對(duì)其事故發(fā)生概率進(jìn)行計(jì)算，基本事件為X，中間事件為B、C，頂上事件為A，依照隸屬函數(shù)，可以得到 、 和 數(shù)值，進(jìn)而求出發(fā)電機(jī)電氣事故基本事件概率值，求出頂事件發(fā)生概率處于0.202755到0.22495之間，在0.213855的概率最大，重要度是1，基本事件發(fā)生概率模糊性對(duì)頂事件發(fā)生概率模糊性具有決定作用。

2.2.4 風(fēng)險(xiǎn)度及評(píng)價(jià)

依照關(guān)鍵設(shè)備定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)計(jì)算方法，可以求出風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)工程中發(fā)電機(jī)電氣事故風(fēng)險(xiǎn)度R為（0.1924695，0.1，0.1），1.6≤R<3.6，危險(xiǎn)等級(jí)為不希望發(fā)生危險(xiǎn)事故，對(duì)其進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，可以發(fā)現(xiàn)基本事件中存在一定潛在隱患。對(duì)此，可以制定相關(guān)處理措施：（1）針對(duì)定子繞組半導(dǎo)體防暈層劣化導(dǎo)致事故，相關(guān)人員需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行處理，讓防暈層得到更新[3]；（2）針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間高于額定電壓造成的事故，相關(guān)人員需要對(duì)設(shè)備工況予以掌握，讓工作條件得到改善；（3）針對(duì)定子繞組半導(dǎo)體防暈層劣化事故，需要在交班時(shí)做好檢查工作；（4）針對(duì)溫度傳感器絕緣故障事故，相關(guān)人員需要在每個(gè)班次進(jìn)行檢查，對(duì)其進(jìn)行及時(shí)更換。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用模糊概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法，可以對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)和評(píng)價(jià)，可以分析關(guān)鍵設(shè)備故障概率，在實(shí)際應(yīng)用中，這種分析方法能夠幫助工作人員制定具有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)防范措施，為風(fēng)電場(chǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

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