變電站運行風(fēng)險評估方法分析

唐顯龍　鐘田勇

摘 要： 通過分析變電站主要設(shè)備的典型參數(shù)、故障發(fā)生原因等， 提出了變電站整站運行風(fēng)險相關(guān)因素及運行風(fēng)險評估算法。該方法在建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測量與故障率關(guān)系的基礎(chǔ)上， 基于實測數(shù)據(jù)估算設(shè)備故障率， 采用最優(yōu)潮流技術(shù)以等效負荷削減量為故障后果，量化變電站運行風(fēng)險性指標。

關(guān)鍵詞： 變電站; 狀態(tài)監(jiān)測; 風(fēng)險

0 引言

近年來發(fā)生的多起大停電事故的調(diào)查表明， 變電站設(shè)備強迫停運是這些事故發(fā)生的主要原因。目前已有多種電力系統(tǒng)的可靠性分析和統(tǒng)計方法， 這些成果對推動電力系統(tǒng)可靠性研究和工程應(yīng)用無疑起到積極而重要的作用。然而，現(xiàn)有的方法要么只能描述變電站主接線可靠性特點; 由于現(xiàn)有技術(shù)難以預(yù)知故障發(fā)生的時間和位置，一般采用歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)作評估分析，這給運行風(fēng)險準確評估帶來不小誤差。一方面，歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)受到統(tǒng)計時段環(huán)境的影響， 難以反映其隨運行環(huán)境的變化情況; 另一方面， 歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)本身具有滯后性，無法體現(xiàn)設(shè)備當(dāng)前的可靠性水平及檢修措施的影響。本文基于電力系統(tǒng)風(fēng)險理論基礎(chǔ)和南方電網(wǎng)實際，結(jié)合設(shè)備實時狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)和歷史故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測量與故障率的函數(shù)關(guān)系， 建立變電站風(fēng)險評價指標， 基于風(fēng)險可加性理論、設(shè)備狀態(tài)策略，研究變電站運行風(fēng)險評估方法， 量化變電站運行風(fēng)險水平。

1 變電站整站狀態(tài)評價

1. 1 變電站主設(shè)備的狀態(tài)參量

經(jīng)設(shè)備使用經(jīng)驗和試驗結(jié)果表明， 設(shè)備在整個使用期間內(nèi)，發(fā)生的故障次數(shù)與使用時間之間是有宏觀規(guī)律的，雖然對每臺設(shè)備而言， 出現(xiàn)故障的次數(shù)和使用壽命各有差異， 但其整體的發(fā)展規(guī)律都是相同的是設(shè)備故障率和使用壽命之間的關(guān)系曲線，其曲線走向兩邊高， 中間低， 形似一個浴盆， 被稱為設(shè)備故障發(fā)生的“浴盆曲線[1]。

設(shè)備在整個使用期內(nèi)， 設(shè)備的故障率隨時間的變化可分為三個階段： 早期故障期、偶然故障區(qū)和耗損故障期。綜上所述，設(shè)備故障的發(fā)生、發(fā)展是有其自身規(guī)律，但變電站中的設(shè)備整體性能在大多情況下是連續(xù)變化的，因此通過分析變電站主設(shè)備的某些典型參數(shù)或故障發(fā)生原因，可以確定變電主設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)，并預(yù)測出其未來發(fā)展趨勢。以下選取幾種常見的變電站主設(shè)備（ 變壓器、GIS、斷路器） 對其做狀態(tài)參量分析，選取現(xiàn)階段可以獲取以及未來很可能應(yīng)用的狀態(tài)量為其狀態(tài)評價所需的狀態(tài)參量， 并建立相應(yīng)的狀態(tài)量指標體系。為簡化分析， 這里暫不考慮隔離開關(guān)和互感器。

1. 2 GIS 狀態(tài)參量分析

GIS 指六氟化硫封閉式組合電器， 由斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器與電流互感器、絕緣結(jié)構(gòu)、接地開關(guān)、母線、出線套管、避雷器等組成。據(jù)統(tǒng)計，造成 GIS非計劃停運的部件主要有： 隔離開關(guān)、斷路器、接地開關(guān)、PT 與 CT、絕緣結(jié)構(gòu)、避雷器、出線套管裝置。

2 基于設(shè)備狀態(tài)的變電站運行風(fēng)險評估方法

2. 1 運行風(fēng)險評估概述

所謂風(fēng)險，就是故障概率與故障后果的綜合。風(fēng)險分析中的失效概率評估是通過將以往大量失效案例的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與基于可靠性理論的計算相結(jié)合進行的。風(fēng)險評估主要是對失效模式進行研究和作出后果分析（ Failure Modes and Effects Analysis[2] ， 即FMEA） 。對于設(shè)備可能發(fā)生的失效模式，都要詳細分析它自身設(shè)備的損失以及對整個系統(tǒng)的影響、可能引發(fā)的后果以及需要采取什么措施。2. 2 考慮轉(zhuǎn)供的最優(yōu)負荷削減模型電力系統(tǒng)充裕度研究主要由三部分組成： 系統(tǒng)狀態(tài)選取、系統(tǒng)狀態(tài)分析、系統(tǒng)可靠性指標計算[4] 。系統(tǒng)狀態(tài)分析指的是對選定系統(tǒng)狀態(tài)進行潮流計算， 確定系統(tǒng)是否違背運行約束（ 節(jié)點電壓約束和支路容量約束） 。若違背， 則采取必要的校正措施對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行調(diào)整。這些校正措施包括發(fā)電機再調(diào)度、變壓器抽頭調(diào)整、柔性交流輸電系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整。若校正后系統(tǒng)仍不能處于安全狀態(tài)， 最終將采取負荷削減的校正措施?？梢?，最優(yōu)負荷削減模型[5] 是充裕度評估的重要組成部分之一。負荷轉(zhuǎn)供[6] 指負荷的供電通道由原來的通道轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪煌ǖ?，供電通道的改變實質(zhì)上為向負荷供電的線路的運行狀態(tài)發(fā)生改變， 負荷轉(zhuǎn)供會改變網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。在輸電網(wǎng)可靠性評估中，當(dāng)某一故障引起系統(tǒng)過負荷時，需要實施恰當(dāng)?shù)男Ｕ胧┫€路過載， 保證系統(tǒng)正常運行，持續(xù)向負荷供送電能。傳統(tǒng)的校正措施一般為調(diào)整發(fā)電機出力， 如果調(diào)整出力后仍存在

過負荷，則進行必要的負荷削減。本文的負荷削減模型為線性規(guī)劃（ Linear Programming，簡稱 LP） 模型， 因此本文將負荷轉(zhuǎn)供也作為一種校正措施， 增加消除過載的有效力度，減少不必要的負荷削減量。從負荷削減模型的角度看， 負荷轉(zhuǎn)供實質(zhì)上是改變了 LP 的參數(shù) B（ 節(jié)點導(dǎo)納矩陣） ， 從而影響到 LP 的目標函數(shù)的結(jié)果。

3 結(jié)論

針對傳統(tǒng)變電站可靠性評估采用歷史平均數(shù)據(jù)無法反映實時運行風(fēng)險的局限性， 提出了基于狀態(tài)監(jiān)測的變電站運行風(fēng)險評估方法和技術(shù)。該方法在建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測量與故障率關(guān)系的基礎(chǔ)上， 基于實測數(shù)據(jù)估算設(shè)備故障率，采用最優(yōu)潮流技術(shù)以等效負荷削減量為故障后果，量化變電站運行風(fēng)險性指標。在變電站運行風(fēng)險評估時采用了幾種關(guān)鍵的技術(shù)。用回路可靠性模型代替了傳統(tǒng)的元件可靠性模型， 大大減少故障預(yù)想集中的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)。負荷轉(zhuǎn)供也作為消除線路過載的一種校正措施在最優(yōu)負荷削減模型中應(yīng)用，采用連續(xù)變量的思想來處理負荷轉(zhuǎn)供控制離散變量的問題，以應(yīng)對實時計算的需要。不同離散變量的取值代表不同的轉(zhuǎn)供方案， 通過各方案最優(yōu)潮流的計算結(jié)果可選擇最優(yōu)運行的轉(zhuǎn)供方案。

參 考 文 獻

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