基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的特高壓受端電網(wǎng)輸電設(shè)備檢修策略研究

楊曉輝，尹玉君，寇曉適（.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州45005；.南瑞集團(tuán)公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇南京06）

基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的特高壓受端電網(wǎng)輸電設(shè)備檢修策略研究

楊曉輝1，尹玉君2，寇曉適1
（1.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州450052；2.南瑞集團(tuán)公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇南京211106）

特高壓交直流大容量輸電對(duì)于保障受端電網(wǎng)供電可靠性意義重大。結(jié)合工程實(shí)踐，研究了面向特高壓受端電網(wǎng)的輸電設(shè)備協(xié)調(diào)檢修策略。以華中地區(qū)某特高壓落點(diǎn)省級(jí)電網(wǎng)為例，分析并找出受端電網(wǎng)中與特高壓輸送功率存在強(qiáng)耦合關(guān)系的重要設(shè)備；依據(jù)設(shè)備檢修引入的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估指標(biāo)，提出了相關(guān)設(shè)備與特高壓的檢修協(xié)調(diào)原則及設(shè)備檢修安排的優(yōu)先順序。提出的方法對(duì)于特高壓受端電網(wǎng)編制年度檢修計(jì)劃，保障特高壓正常運(yùn)行具有借鑒意義。

檢修策略；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；特高壓；受端電網(wǎng)

0 引言

設(shè)備檢修是保證設(shè)備安全和電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的一項(xiàng)重要措施，隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大和設(shè)備數(shù)量的急劇增加，科學(xué)合理的設(shè)備檢修策略顯得尤為重要。特高壓交直流具有大容量、遠(yuǎn)距離輸電的顯著特征，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到受端電網(wǎng)的供電可靠性。因此，受端電網(wǎng)在制定設(shè)備檢修計(jì)劃時(shí)，必須優(yōu)先考慮相關(guān)設(shè)備與特高壓直流的協(xié)同配合，避免因檢修安排不當(dāng)造成特高壓的非正常運(yùn)行。

根據(jù)設(shè)備實(shí)際狀態(tài)制定檢修計(jì)劃，相比傳統(tǒng)的定期檢修方式可以顯著提高電網(wǎng)整體運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性［1］。目前，我國(guó)電力系統(tǒng)正在從定期檢修逐步向狀態(tài)檢修過(guò)渡［2］，然而現(xiàn)有的狀態(tài)檢修主要從設(shè)備個(gè)體角度出發(fā)制定檢修策略［3，4］，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行中設(shè)備間的關(guān)聯(lián)性、設(shè)備檢修對(duì)電網(wǎng)的影響考慮不足，作出的決策結(jié)果可能引起較大的系統(tǒng)損失，這一問(wèn)題已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注［5－8］。文獻(xiàn)［9］介紹了一種考慮系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的輸電系統(tǒng)檢修規(guī)劃方法，不僅給出了最低風(fēng)險(xiǎn)檢修計(jì)劃，而且給出了計(jì)劃停運(yùn)期間最可靠的系統(tǒng)運(yùn)行方式。文獻(xiàn)［10］以供電售電損失最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立供電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化模型，并采用改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行求解。上述文獻(xiàn)從系統(tǒng)角度來(lái)制定設(shè)備檢修計(jì)劃，但沒(méi)有考慮設(shè)備狀態(tài)因素對(duì)檢修的影響。文獻(xiàn)［11］提出了電網(wǎng)狀態(tài)檢修的概念，研究了電網(wǎng)檢修風(fēng)險(xiǎn)和故障風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)學(xué)表達(dá)，構(gòu)建了以檢修風(fēng)險(xiǎn)和故障風(fēng)險(xiǎn)最小為目標(biāo)函數(shù)的狀態(tài)檢修決策模型。文獻(xiàn)［12］提出一種計(jì)及設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)及電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修決策優(yōu)化模型，以“綜合風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)用最小”為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)待修設(shè)備的檢修時(shí)序進(jìn)行了優(yōu)化。文獻(xiàn)［13］提出了一種以設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)的故障率計(jì)算、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，利用多目標(biāo)優(yōu)化的輔助決策方法實(shí)現(xiàn)檢修策略的優(yōu)化。文獻(xiàn)［14］提出以設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)給系統(tǒng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)增量作為重要度評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了以系統(tǒng)電量不足期望最小為目標(biāo)函數(shù)的輸電設(shè)備檢修計(jì)劃模型。

當(dāng)前，針對(duì)特高壓受端電網(wǎng)設(shè)備檢修引起的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析和檢修決策優(yōu)化研究仍有不足。本文在已經(jīng)獲得設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)最小為優(yōu)化目標(biāo)，提出了一種綜合考慮設(shè)備狀態(tài)和安全穩(wěn)定評(píng)估結(jié)果的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估指標(biāo)，依據(jù)該指標(biāo)給出了設(shè)備檢修時(shí)段安排和檢修排序建議。通過(guò)實(shí)際算例分析，表明了該方法的可行性。

1 基于狀態(tài)評(píng)價(jià)的設(shè)備故障率計(jì)算

設(shè)備故障率是系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)，而設(shè)備的健康狀態(tài)對(duì)設(shè)備的故障率有著直接影響［15］。運(yùn)行人員依據(jù)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果和國(guó)家電網(wǎng)公司頒布的Q／GDW 1168—2013，對(duì)設(shè)備各狀態(tài)量進(jìn)行量化評(píng)估，得出設(shè)備的狀態(tài)分值和設(shè)備狀態(tài)等級(jí)（分4種：正常、注意、異常、嚴(yán)重）。每種設(shè)備狀態(tài)等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)缺陷指數(shù)區(qū)間［16］，見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備狀態(tài)與缺陷指數(shù)區(qū)間的關(guān)系Table 1 Equipments condition and defect index

假定設(shè)備故障概率與其缺陷指數(shù)之間服從指數(shù)分布規(guī)律，如式（1）所示：

式（1）中：γ表示缺陷指數(shù)為d時(shí)設(shè)備的故障率；A，B，C為未知系數(shù)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)求式（1）中A，B，C取值方法。收集本地區(qū)近年（2年以上）的同類設(shè)備狀態(tài)區(qū)間分布數(shù)據(jù)和故障臺(tái)數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)清單Table 2 The statistics of history data

設(shè)備故障率應(yīng)滿足的一般方程式為：

式（2）中：N0為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)發(fā)生故障設(shè)備的總臺(tái)數(shù)；N1－N4為缺陷指數(shù)落在所劃分的4個(gè)區(qū)間的臺(tái)數(shù)；di為缺陷指數(shù)，推薦分別取統(tǒng)計(jì)樣本狀態(tài)在各區(qū)間的中值，0.5，1.5，2.5和3.5。

利用數(shù)值方法求得系數(shù)A，B，C后，便可得到故障率與缺陷指數(shù)之間的具體函數(shù)解析表達(dá)式。

2 系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

對(duì)于特高壓受端電網(wǎng)而言，由于設(shè)備檢修停運(yùn)帶來(lái)的電網(wǎng)輸電能力下降，對(duì)受端電網(wǎng)和特高壓的運(yùn)行都可能造成不利影響。本文充分考慮受端電網(wǎng)輸電通道／設(shè)備與特高壓之間的關(guān)聯(lián)性，以停運(yùn)設(shè)備對(duì)特高壓和受端電網(wǎng)輸電能力的影響程度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，用故障概率與控制代價(jià)相結(jié)合而形成的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)來(lái)量化這種影響，即：

式（3）中：Ri為設(shè)備i檢修引入的系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；n為特高壓敏感輸電斷面的設(shè)備集合；ΔPij為設(shè)備i檢修方式下，解決設(shè)備j故障所需的控制代價(jià)，用特高壓或送端機(jī)組減出力容量表示，MW；γj為基于狀態(tài)評(píng)價(jià)的設(shè)備j故障率。

3 考慮系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的特高壓受端輸電設(shè)備檢修決策流程

考慮系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的特高壓受端電網(wǎng)輸電設(shè)備檢修計(jì)劃制定流程如圖1所示。

（1）利用功率轉(zhuǎn)移比指標(biāo)，篩選出受端電網(wǎng)中與特高壓輸送功率存在強(qiáng)耦合關(guān)系的重要輸電斷面，得到參與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的設(shè)備集合。

（2）根據(jù)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果估算重要輸電斷面中相關(guān)線路的故障率。

圖1 輸電設(shè)備檢修計(jì)劃制定流程Fig.1 Flow chart of planning transmission maintenance schedule

（3）對(duì)重要輸電斷面中某一線路檢修方式進(jìn)行安全穩(wěn)定評(píng)估，得到該線路檢修方式下存在安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)想故障集和對(duì)應(yīng)的控制代價(jià)，計(jì)算系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

（4）對(duì)重要輸電斷面中所有線路逐一重復(fù)步驟（3）。

（5）根據(jù)各線路檢修對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)影響建立設(shè)備重要性排序表，依次進(jìn)行檢修計(jì)劃編制。

4 算例分析

應(yīng)用本文所建立的設(shè)備故障概率和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)華中地區(qū)某特高壓直流受端電網(wǎng)2016年的500 kV輸電線路檢修安排進(jìn)行決策優(yōu)化。該電網(wǎng)2014年投運(yùn)±800 kV特高壓直流輸電工程，額定輸送容量8000 MW，通過(guò)6回500 kV線路送出［17］，特高壓受端近區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架示意圖如圖2所示。

圖2 特高壓受端電網(wǎng)近區(qū)網(wǎng)架示意圖Fig.2 Diagram of UHV receiving power grid

以2016年枯水期電網(wǎng)典型運(yùn)行方式數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，考慮不同負(fù)荷水平和特高壓輸送功率的組合，分4種方式進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及檢修策略研究，如表3所示。

表3 4種方式說(shuō)明Table 3 Four operation modes of power grid

利用功率轉(zhuǎn)移比指標(biāo)，找出與特高壓輸電功率水平存在強(qiáng)耦合關(guān)系的輸電通道及組成線路：雙回線1＋雙回線4＋雙回線8組成的特高壓送出斷面（簡(jiǎn)稱斷面A）和雙回線14＋雙回線17＋15＋16組成的中部—南部電網(wǎng)輸電斷面（簡(jiǎn)稱斷面B）。對(duì)斷面A和斷面B組成線路分別進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)和故障率估算，設(shè)備狀態(tài)及故障率估算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 輸電設(shè)備狀態(tài)及故障率Table 4 Status and failure rate of transmission equipment

以方式1輸電斷面A中線路8a檢修為例，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算過(guò)程如下：對(duì)方式1線路8a停運(yùn)情況下的系統(tǒng)進(jìn)行N－1安全分析，得到存在安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)想故障集和對(duì)應(yīng)的控制措施，見(jiàn)表5。由式（3）得到線路8a檢修方式下的特高壓運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為4.80。

4種方式下輸電斷面A、斷面B設(shè)備檢修情況下的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表6、表7。

由表6、表7可知：（1）在特高壓滿功率方式下，斷面A、斷面B都不宜安排線路檢修；（2）斷面A設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)與特高壓輸送功率水平密切相關(guān)，斷面A設(shè)備檢修時(shí)段建議安排在特高壓?jiǎn)渭?jí)運(yùn)行或停運(yùn)方式。根據(jù)線路檢修造成影響大小，建議的檢修優(yōu)先順序是線路8、線路4、線路1；（3）相比斷面A，影響斷面B設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)的主要因素是負(fù)荷水平，大負(fù)荷方式下設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)明顯高于小負(fù)荷方式。斷面B線路檢修建議安排在小負(fù)荷方式，建議的檢修優(yōu)先順序是線路14、線路16、線路17、線路15。

表5 線路8a檢修方式N－1安全分析Table 5 N－1 security analysis of line 8a maintenance mode

表6 斷面A設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果Table 6 Risk assessment results of transmission interface AMW

表7 斷面B設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果Table 7 Risk assessment results of transmission interface BMW

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于潮流分析和功率轉(zhuǎn)移比指標(biāo)，找出了受端電網(wǎng)中與特高壓輸送功率存在強(qiáng)耦合關(guān)系的重要輸電斷面，基于設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)和系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析結(jié)果，對(duì)檢修方式下的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了量化評(píng)估，提出了受端電網(wǎng)重要輸電設(shè)備與特高壓的檢修協(xié)調(diào)原則，并在此基礎(chǔ)上給出了設(shè)備檢修安排的排序建議，為檢修人員合理編制輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃提供了科學(xué)決策依據(jù)。

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Research on the Maintenance Strategy of UHV Receiving End Power Grid Transmission Equipment Based on Risk Assessment

YANG Xiaohui1，YIN Yujun2，KOU Xiaoshi1
（1.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou 450052，China. 2.NARI Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing 211106，China.）

UHV AC／DC power transmission is of great significance to ensure the power supply reliability of the receiving power grid.In combination with the engineering practice，the coordination and maintenance strategy of transmission equipment for UHV receiving power network is studied in this paper.Take the case of a provincial power grid in central China，the important equipments in this UHV receiving power grid，strongly coupled with UHV transmission power，are found out.According to the quantitative evaluation index of power grid operation risk，maintenance principle and priority of maintenance arrangement for the relevant equipments are put forward.The proposed method can be used for the preparation of the annual maintenance plan for an UHV power grid.

maintenance strategy；risk assessment；UHV；receiving end power grid

TM73

：A

：2096－3203（2017）02－0072－04

楊曉輝

楊曉輝（1982—），女，河南洛陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事輸變電設(shè)備試驗(yàn)檢測(cè)及設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)研究工作；

尹玉君（1978—），男，湖北武漢人，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與控制研究工作；

寇曉適（1978—），男，河南許昌人，高級(jí)工程師，從事輸變電設(shè)備試驗(yàn)檢測(cè)及設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)研究工作。

（編輯 徐林菊）

2016－11－30；

2016－12－15