基于設(shè)備時(shí)變故障率的海上油田電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估

賈 凱，任 惠，鄭至斌

（華北電力大學(xué) 電力工程系，河北 保定 071003）

0 引言

海上油氣資源的開采動(dòng)力來源于海上油田電力系統(tǒng)。與陸地電網(wǎng)相比，海上油田電力系統(tǒng)具有系統(tǒng)容量相對(duì)較小、電氣設(shè)備安裝集中、電網(wǎng)輸電線路短、單機(jī)載荷比重大、作業(yè)條件惡劣等特點(diǎn)，導(dǎo)致其抗擾動(dòng)的能力較弱，供電可靠性相對(duì)較低[1]。某油田電網(wǎng)過去10年間的故障案例統(tǒng)計(jì)顯示，該電網(wǎng)設(shè)備類故障占比達(dá)到 76.9%。因此，研究電氣設(shè)備可靠性對(duì)保障油田電力系統(tǒng)安全供電具有重要意義。

在電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí)，往往采用恒定故障率[2]或者時(shí)變故障率[3-6]作為元件可靠性評(píng)估參數(shù)。恒定故障率不能反映設(shè)備故障率與故障因素之間的影響關(guān)系，無法用于準(zhǔn)確評(píng)估電力系統(tǒng)的停電風(fēng)險(xiǎn)。在時(shí)變故障率的計(jì)算中，通常需要考慮運(yùn)行條件、設(shè)備老化、天氣條件、負(fù)載率等因素[3-5]的影響；但是通常建立的設(shè)備失效模型并不完善，比如沒有考慮設(shè)備檢修方式與設(shè)備故障率變化之間的關(guān)系等。文獻(xiàn)[6]簡(jiǎn)化了時(shí)變故障率的建模方法，雖然一定程度上彌補(bǔ)了恒定故障率用于建模時(shí)的不足，但是建模方法相對(duì)粗糙，存在準(zhǔn)確性問題。文獻(xiàn)[7-9]利用健康指數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，來反映電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)故障率，但文獻(xiàn)[7-8]中提出的健康指數(shù)模型待定系數(shù)的確定過程會(huì)引入較大誤差；文獻(xiàn)[9]根據(jù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)量對(duì)各設(shè)備建立評(píng)估指標(biāo)體系時(shí)，設(shè)定的健康指數(shù)權(quán)重受主觀因素影響，這樣得到的評(píng)估模型并不能準(zhǔn)確反映設(shè)備狀態(tài)。

海上油田電力系統(tǒng)是一個(gè)同時(shí)包含發(fā)電、輸電、配電、用電系統(tǒng)的獨(dú)立電網(wǎng)；其電氣設(shè)備種類繁多，電氣聯(lián)系密切，故障涉及多種組件，而且受多種故障因素影響。系統(tǒng)中，某一設(shè)備部件故障除了會(huì)導(dǎo)致該設(shè)備失效，還可能會(huì)引發(fā)其他電氣設(shè)備失效。以往文獻(xiàn)關(guān)于可靠性的研究都是考慮在設(shè)備整體層面上建立設(shè)備的可靠性模型，沒有考慮到設(shè)備及其不同組件、以及不同設(shè)備間的影響關(guān)系；因此這些研究不完全適用于特定的海上油田電力系統(tǒng)電氣設(shè)備的可靠性評(píng)估。

針對(duì)以上問題，本文提出了基于油田電網(wǎng)歷史故障數(shù)據(jù)的電氣設(shè)備時(shí)變故障率計(jì)算方法：首先，根據(jù)海上油田電網(wǎng)的歷史故障數(shù)據(jù)，利用知識(shí)圖譜方法，總結(jié)導(dǎo)致各類設(shè)備失效的原因及影響因素。然后，結(jié)合電氣設(shè)備的失效影響因素，建立了計(jì)及設(shè)備及部件相互影響的電氣設(shè)備基本失效模型；同時(shí)考慮設(shè)備組成元件運(yùn)行年限、檢修策略等因素的影響，對(duì)基本失效模型進(jìn)行了修正，提出設(shè)備的時(shí)變故障率計(jì)算方法。最后，將設(shè)備時(shí)變故障率代入油田電網(wǎng)評(píng)估模型中，比較不同故障率計(jì)算方法對(duì)油田電網(wǎng)重要負(fù)荷節(jié)點(diǎn)可靠性的影響，以識(shí)別油田電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)。

1 基于知識(shí)圖譜的海上油田電力系統(tǒng)歷史故障分析

所研究的海上油田電網(wǎng)歷史故障數(shù)據(jù)，以故障報(bào)告/檢修記錄的形式給出，包含了近 10年發(fā)生的235起故障數(shù)據(jù)。本文通過提取故障過程涉及到的停運(yùn)/故障設(shè)備，利用知識(shí)圖譜故障分析方法，挖掘故障記錄中所蘊(yùn)含的設(shè)備故障機(jī)理與其組成部件間的影響關(guān)系，為建立設(shè)備的失效模型提供依據(jù)。

知識(shí)圖譜（knowledge graph，KG）是 2012年正式提出來的概念，其本質(zhì)是以一種基于語義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)庫來反映不同實(shí)體之間復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系。構(gòu)成 KG的基本單元可以用三元組來表示，形如K=(E,R,S)，其中，E是知識(shí)庫中的實(shí)體，R是實(shí)體之間的關(guān)系，S是知識(shí)庫所有三元組的集合[10]。當(dāng)KG以有向圖形式表示時(shí)，實(shí)體以節(jié)點(diǎn)形式存在，關(guān)系以連接2個(gè)節(jié)點(diǎn)的有向邊形式存在，如圖1所示。

圖1 知識(shí)圖譜有向圖表示Fig.1 Directed graph representation of knowledge graph

相較于傳統(tǒng)的故障分析方法，基于知識(shí)圖譜的故障分析方法具有故障知識(shí)語義關(guān)系更豐富、故障分析更精確、故障分析范圍更廣泛、故障多層次分析的優(yōu)點(diǎn)[11]。結(jié)合文獻(xiàn)[12]提出的電網(wǎng)故障處置知識(shí)圖譜構(gòu)建方法，可以得到如圖2所示的海上油田電網(wǎng)主要設(shè)備故障分析的知識(shí)圖譜。

圖2 海上油田電網(wǎng)設(shè)備故障知識(shí)圖譜Fig.2 Knowledge graph of offshore oilfield power grid equipment failure

由電氣設(shè)備的故障分析知識(shí)圖譜可以看出，每類電氣設(shè)備的故障涉及多種組件失效；而且，受多種故障原因影響，不同組件的失效模式存在差別。因此，僅對(duì)設(shè)備整體建立失效模型則顯粗糙，不能準(zhǔn)確反映設(shè)備的可靠性水平。

對(duì)于圖2給出的電氣設(shè)備知識(shí)圖譜，可以假設(shè)設(shè)備各個(gè)組件故障之間相互獨(dú)立，進(jìn)而采用串聯(lián)系統(tǒng)的分析方法，對(duì)各設(shè)備進(jìn)行可靠性建模。

2 基于歷史故障數(shù)據(jù)的設(shè)備失效模型及時(shí)變故障率計(jì)算方法

根據(jù)前面基于知識(shí)圖譜的海上油田電網(wǎng)歷史故障數(shù)據(jù)分析，建立電氣設(shè)備及其部件的失效模型；再基于模型提出設(shè)備的故障率計(jì)算方法。

2.1 電氣設(shè)備基本失效模型

海上油田電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備及其組成部件均可視為可修復(fù)元件，以最簡(jiǎn)單的2狀態(tài)失效模型表示每個(gè)設(shè)備或組成部件的狀態(tài)以及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移概率。以透平機(jī)組為例，透平機(jī)組串聯(lián)系統(tǒng)包括壓氣機(jī)、燃燒室、透平、發(fā)電機(jī)、啟動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)及相依元件等組成部件，其串聯(lián)系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 透平機(jī)組串聯(lián)系統(tǒng)圖Fig.3 Turbine unit series system diagram

對(duì)于一個(gè)含有N個(gè)元件的串聯(lián)系統(tǒng)，若已知第i個(gè)元件的失效率、修復(fù)率、平均修復(fù)時(shí)間分別為λi、μi、ri，其中i=1,2,···,N，則有如下關(guān)系。

式中：λi為串聯(lián)系統(tǒng)各組成元件的失效率；λS、μS、AS、US分別為串聯(lián)系統(tǒng)的失效率、修復(fù)率、可用率和不可用率。不可用率即為待求的設(shè)備故障率。

2.2 電氣設(shè)備失效修正模型

海上油田生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多變，電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于相對(duì)惡劣的工作環(huán)境，運(yùn)行性能和工作壽命受到嚴(yán)重影響。環(huán)境溫度過高、相對(duì)濕度過高，會(huì)加速電氣設(shè)備絕緣老化過程；海上的特殊鹽霧環(huán)境也會(huì)腐蝕電氣設(shè)備元器件，使其工作性能下降；遭遇極端天氣時(shí)，電氣設(shè)備受振動(dòng)沖擊，易導(dǎo)致設(shè)備損壞、內(nèi)部器件接觸不良[13]。此外，海上油田平臺(tái)屬于離岸作業(yè)，交通不便。受平臺(tái)空間限制，設(shè)備安裝集中[14]，導(dǎo)致海上平臺(tái)電氣設(shè)備維護(hù)檢修成本更高、檢修周期更長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備絕緣老化、接觸不良等問題無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

由于海上油田電力系統(tǒng)電氣設(shè)備運(yùn)行于特殊環(huán)境條件下，所以必須考慮設(shè)備運(yùn)行年限、油田電網(wǎng)維護(hù)檢修計(jì)劃對(duì)設(shè)備失效率的影響。

2.2.1 考慮運(yùn)行期限的修正模型

電氣設(shè)備在其整個(gè)運(yùn)行期限的各時(shí)段發(fā)生故障的概率是不同的，通常用浴盆曲線來刻畫。在初始運(yùn)行期，由于設(shè)計(jì)制造缺陷、設(shè)備磨合等原因，設(shè)備的初始失效率相對(duì)較高。隨著設(shè)備的運(yùn)行磨合，設(shè)備失效率呈下降趨勢(shì)。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期；設(shè)備失效率趨于恒定，可以視為一個(gè)常數(shù)。設(shè)備運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間后，進(jìn)入耗損期；隨著設(shè)備各部件的絕緣老化加重，設(shè)備失效率呈上升趨勢(shì)。

Weibull分布模型[15]在電氣設(shè)備壽命可靠性分析中被廣泛使用。設(shè)備失效率隨時(shí)間變化的規(guī)律[3]可以采用式（5）表示：

2.2.2 考慮檢修策略的修正模型

電力設(shè)備在使用過程中遭受電、熱、機(jī)械應(yīng)力等作用后，設(shè)備本身的電氣與機(jī)械性能隨運(yùn)行時(shí)間增加逐漸下降[16]。設(shè)備部件的可靠度與失效率、時(shí)間的關(guān)系，如式（6）所示。

式中：t為設(shè)備運(yùn)行年限；A為比例系數(shù)；B為曲率系數(shù)；C為老化系數(shù)。

式（6）中，可靠度與設(shè)備部件運(yùn)行時(shí)間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。在穩(wěn)定運(yùn)行期，設(shè)備組件的老化過程緩慢，設(shè)備性能與可靠度變化不大；設(shè)備進(jìn)入耗損期后，老化過程明顯加快，性能降低迅速，可靠性隨之降低，設(shè)備組件失效率升高。

假設(shè)：每次定期檢修的力度不變，即每次定期檢修對(duì)設(shè)備部件可靠度的改變量ΔR不變。圖4中，曲線2、3分別代表未經(jīng)檢修時(shí)的可靠度與失效率隨時(shí)間變化趨勢(shì)，曲線1、4分別代表采取固定檢修間隔Δt時(shí)可靠度與失效率的變化趨勢(shì)。在穩(wěn)定運(yùn)行期，定期檢修對(duì)設(shè)備可靠度改變不大，設(shè)備維持基本不變的失效率水平；在耗損期，在定期檢修力度不變的情況下，設(shè)備可靠度無法恢復(fù)至穩(wěn)定運(yùn)行期水平，可靠性整體水平仍然呈下降趨勢(shì)。

圖4 設(shè)備可靠度與失效率變化趨勢(shì)示意圖Fig.4 Schematic diagram of the change trend of equipment reliability and failure rate

若以進(jìn)入耗損期的第一個(gè)檢修周期對(duì)可靠度的改變值為基準(zhǔn)，則由式（6）推得的每次定期檢修對(duì)設(shè)備部件失效率的改變值Δλi為一定值。由此可以得到綜合考慮運(yùn)行年限、檢修策略的失效率修正模型，如式（7）所示。

式中：k≥0,k∈N；ΔT為檢修時(shí)間間隔。

特別的是，對(duì)于油田電網(wǎng)出現(xiàn)的接線端子、螺栓松動(dòng)等設(shè)備相依元件，由于每次定期檢修均對(duì)其進(jìn)行檢查加固或者換新，使其狀態(tài)性能達(dá)到最佳；故認(rèn)為該類元件僅經(jīng)歷穩(wěn)定運(yùn)行期和耗損期，而且每次檢修使其重新經(jīng)歷穩(wěn)定運(yùn)行期，于是失效率修正公式為：

式中：k≥0,k∈N；β3的含義與式（5）相同；Δt為部件穩(wěn)定運(yùn)行期時(shí)間間隔，即Δt=T2-T1。

2.3 電氣設(shè)備時(shí)變故障率計(jì)算方法

建立設(shè)備及其部件的失效修正模型后，即可以得到電氣設(shè)備的時(shí)變故障率計(jì)算方法，步驟如下。

（1）根據(jù)設(shè)備及其部件的臺(tái)賬數(shù)據(jù)、檢修記錄等統(tǒng)計(jì)得到投運(yùn)時(shí)間、檢修次數(shù)等，代入式（7）和式（8），求得設(shè)備各部件的時(shí)變失效率。

（2）根據(jù)歷史故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到相關(guān)設(shè)備各個(gè)部件的平均修復(fù)時(shí)間，代入式（2）求得設(shè)備部件的修復(fù)率。

（3）將設(shè)備各部件的時(shí)變失效率與修復(fù)率代入式（3）和式（4），計(jì)算得到時(shí)變故障率（即不可用率）。

3 海上油田電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法

3.1 評(píng)估方法

由于海上油田電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、規(guī)模較小，系統(tǒng)元件數(shù)較少，故本文采用狀態(tài)枚舉法與 POWERWORLD仿真相結(jié)合的方法對(duì)其進(jìn)行可靠性評(píng)估。評(píng)估流程如圖5所示。

圖5 可靠性評(píng)估流程圖Fig.5 Reliability assessment flowchart

3.2 評(píng)估指標(biāo)

本文采用節(jié)點(diǎn)電力不足期望值作為評(píng)估指標(biāo)，從負(fù)荷切除概率的角度，來衡量故障后由于發(fā)電容量不足或系統(tǒng)潮流約束造成的各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷缺失量的期望值。節(jié)點(diǎn)電力不足期望值的計(jì)算公式如式（9）所示。

式中：Pn為n節(jié)點(diǎn)負(fù)荷有功損失；pl為故障場(chǎng)景l(fā)發(fā)生的概率，可由場(chǎng)景l(fā)下的各故障設(shè)備的不可用率相乘得到；En為節(jié)點(diǎn)n的電力不足期望值。

此外，本文還采用節(jié)點(diǎn)電力不足概率分布，來表述各種故障情況下各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷切除的概率規(guī)律，提供節(jié)點(diǎn)在不同失負(fù)荷情況下的概率信息。

4 實(shí)例分析

某海上油田電網(wǎng)包括4個(gè)發(fā)電平臺(tái)和17個(gè)井口平臺(tái)。連接于同一母線的井口平臺(tái)合并處理作為節(jié)點(diǎn)負(fù)荷。發(fā)電平臺(tái)簡(jiǎn)化為發(fā)電機(jī)組。電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 油田電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.6 Topological structure diagram of oil field power grid

圖6中，節(jié)點(diǎn)1、2、9、11連接有發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量分別為 4×10.695 MW、6×10.5 MW、3×12.5 MW、3×11.5 MW。油田電網(wǎng)運(yùn)行方式與系統(tǒng)的負(fù)荷工況有關(guān)。在最大負(fù)荷工況下，油田電網(wǎng)的機(jī)組按照“14用2備”原則投入運(yùn)行，共計(jì)有10種運(yùn)行方式?？紤]最不利于系統(tǒng)可靠運(yùn)行的情況，本文選擇熱備容量最小的一種運(yùn)行方式進(jìn)行仿真。發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的發(fā)電容量與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)有功負(fù)荷數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 各節(jié)點(diǎn)有功負(fù)荷、裝機(jī)容量數(shù)據(jù)Tab.1 Active load and installed capacity data of each node MW

4.1 透平機(jī)組時(shí)變故障率計(jì)算

以透平機(jī)組為例。根據(jù)透平機(jī)組及其各部件的臺(tái)賬數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到投運(yùn)時(shí)間，然后由10年內(nèi)透平機(jī)組各部件的歷史故障數(shù)據(jù)確定設(shè)備故障發(fā)生時(shí)間并計(jì)算年失效率；將設(shè)備組件運(yùn)行年限、年失效率等數(shù)據(jù)代入式（5）進(jìn)行擬合，得到各元件的相關(guān)參數(shù)和初始失效率λi，如表2所示。其他電氣設(shè)備的元件參數(shù)見附表A1—A3，供參考。

附錄A：

表A1 繼電保護(hù)裝置的元件參數(shù)Tab.A1 Component parameters of relay protection device

表A2 變壓器的元件參數(shù)Tab.A2 Component parameters of transformer

表A3 線路的元件參數(shù)Tab.A3 Component parameters of line

表2 透平機(jī)組的元件參數(shù)Tab.2 Component parameters of turbo unit

假設(shè)目前油田電力系統(tǒng)所采取的定期檢修時(shí)間間隔為0.5年。根據(jù)平臺(tái)設(shè)備運(yùn)行及檢修日志，計(jì)算透平機(jī)組除相依元件以外的各部件進(jìn)入各自耗損期后，在第一個(gè)檢修間隔內(nèi)的平均失效率λim；而按式（5）計(jì)算如果不進(jìn)行檢修，在進(jìn)入耗損期一個(gè)檢修時(shí)間間隔后的失效率λi0；兩者相減得到透平機(jī)組各元件因檢修導(dǎo)致的失效率改變量Δλi。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 檢修策略影響的失效率變化量Tab.3 Change in failure rate affected by maintenance strategy

由此，將以上參數(shù)代入式（5）—（8）可以得到綜合考慮運(yùn)行年限、檢修策略的透平機(jī)組各元件失效率，最后代入式（1）求得透平機(jī)組在不同檢修策略下的變化曲線，如圖7所示。

圖7 透平機(jī)組失效率變化趨勢(shì)Fig.7 Variation trend of turbine failure rate

圖7中，在第25年時(shí)，透平機(jī)組失效率明顯下降是部件換新導(dǎo)致。由圖7可以看到，采取不同檢修策略時(shí)，設(shè)備進(jìn)入耗損期后失效率有所差別：當(dāng)設(shè)備不進(jìn)行檢修，失效率將隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)而不斷上升；而采取一定的時(shí)間間隔檢修，設(shè)備失效率雖整體仍呈上升趨勢(shì)，但是與未檢修相比，失效率水平有所下降；同時(shí)，檢修時(shí)間間隔越短，設(shè)備失效率降低幅度越大，越有利于設(shè)備的可靠運(yùn)行。

4.2 電氣設(shè)備可靠性參數(shù)計(jì)算結(jié)果

先采用相同的設(shè)備時(shí)變失效率計(jì)算方法得到其他設(shè)備的失效率變化趨勢(shì)；然后根據(jù)2.3節(jié)的設(shè)備時(shí)變故障率計(jì)算方法的步驟，分別采用平均失效率、時(shí)變失效率λt計(jì)算得到故障率（不可用率）US、USt，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 設(shè)備可靠性參數(shù)Tab.4 Equipment reliability parameters

由表4可以看出，采用平均失效率、時(shí)變失效率計(jì)算得到的設(shè)備故障率有所差別：由后者計(jì)算出的故障率較大。對(duì)相同的故障場(chǎng)景來說：設(shè)備故障率提高將導(dǎo)致故障場(chǎng)景概率有所提高；節(jié)點(diǎn)電力不足期望等評(píng)估指標(biāo)將偏高，表明海上油田系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性更低。

4.3 可靠性評(píng)估結(jié)果及分析

根據(jù)圖5流程，對(duì)各種枚舉得到的運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行仿真。

節(jié)點(diǎn)電力不足期望評(píng)估結(jié)果如圖8所示。

圖8 節(jié)點(diǎn)電力不足期望Fig.8 Insufficient node power expectation

由圖8可以看出，基于設(shè)備時(shí)變失效率計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)電力不足期望普遍高于基于歷史平均失效率的計(jì)算結(jié)果。節(jié)點(diǎn)5、6、7的電力不足期望值較高，主要因?yàn)?、6節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，而且節(jié)點(diǎn)負(fù)荷需求也比較大。支路5、6在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)易過載，需要采取切除負(fù)荷措施保證該線路不被切除。節(jié)點(diǎn)7負(fù)荷需求大，受其他節(jié)點(diǎn)可靠性影響較大，故導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電力不足期望相對(duì)較高。節(jié)點(diǎn)1在仿真運(yùn)行方式下4臺(tái)機(jī)組全部接入，供電可靠性高，故電力不足期望較小。節(jié)點(diǎn)2、10由于負(fù)荷需求大，受其他節(jié)點(diǎn)可靠性影響較大，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電力不足期望相對(duì)較高。節(jié)點(diǎn)8相對(duì)其他節(jié)點(diǎn)而言，負(fù)荷需求要小得多，導(dǎo)致電力不足期望很小。在僅有1臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行的方式下，節(jié)點(diǎn)9供電可靠性較低，節(jié)點(diǎn)電力不足期望較高。

為了進(jìn)一步挖掘各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷切除的概率規(guī)律，依據(jù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的失負(fù)荷比例（損失負(fù)荷與節(jié)點(diǎn)額定負(fù)荷的比重）統(tǒng)計(jì)各節(jié)點(diǎn)不同失負(fù)荷情況下的概率信息。分析節(jié)點(diǎn)發(fā)生高比例失負(fù)荷故障的概率，結(jié)果如圖9所示。

圖9 節(jié)點(diǎn)高比例失負(fù)荷概率Fig.9 High ratio of node load loss probability

由圖9可以看出，節(jié)點(diǎn)5、6、7、9發(fā)生高比例切負(fù)荷的概率較大，即在實(shí)際生產(chǎn)過程中，節(jié)點(diǎn)5、6、7、9所屬平臺(tái)發(fā)生大規(guī)模失電的可能性較大。

為了分析不同設(shè)備對(duì)以上節(jié)點(diǎn)的影響關(guān)系，統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)5、6、7、9切負(fù)荷故障中不同的故障設(shè)備占比，結(jié)果如圖10所示。

圖10 節(jié)點(diǎn)失負(fù)荷故障中不同故障設(shè)備占比Fig.10 Proportion of different faulty equipment in node load failure

由圖10可以看出：節(jié)點(diǎn)5、6作為系統(tǒng)的關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，由其他發(fā)電節(jié)點(diǎn)供電，有一定的發(fā)電備用，可靠性受系統(tǒng)變壓器、線路故障影響更大；而節(jié)點(diǎn)7、9主要由發(fā)電節(jié)點(diǎn)9供電，而且與節(jié)點(diǎn)9的電氣距離很短，其可靠性與透平機(jī)組的可靠運(yùn)行關(guān)系密切。按照節(jié)點(diǎn)9投入機(jī)組數(shù)量來劃分運(yùn)行方式，則節(jié)點(diǎn)9在不同運(yùn)行方式下的電力不足期望值如表5所示。

表5 不同運(yùn)行方式下節(jié)點(diǎn)9可靠性分析Tab.5 Reliability analysis of node 9 in different operating modes

可以看出，節(jié)點(diǎn)9在3臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行方式下的電力不足期望最低。這說明在該運(yùn)行方式下，供電可靠性最高，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)最低。

4.4 可靠性提升措施

為提高上述高比例切負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行可靠性，需重點(diǎn)關(guān)注影響上述節(jié)點(diǎn)的主要設(shè)備的可靠性。例如對(duì)于節(jié)點(diǎn)5、6，可以考慮優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過海纜的敷設(shè)將輻射性網(wǎng)絡(luò)改造為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)不同油田平臺(tái)間的互聯(lián)；對(duì)于節(jié)點(diǎn)7、9，可以考慮合理選擇風(fēng)險(xiǎn)最低的運(yùn)行方式，如在其他平臺(tái)/節(jié)點(diǎn)設(shè)置備用機(jī)組，節(jié)點(diǎn)9投入3臺(tái)透平機(jī)組的方式下運(yùn)行，以提高節(jié)點(diǎn)7、9的供電可靠性。

5 結(jié)論

結(jié)合海上油田電力系統(tǒng)的歷史故障數(shù)據(jù)和油田電網(wǎng)的自身特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的電氣設(shè)備失效率計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種綜合考慮設(shè)備運(yùn)行年限、檢修策略影響的電氣設(shè)備時(shí)變失效率計(jì)算方法?；谒岱椒?，對(duì)油田電網(wǎng)進(jìn)行了可靠性分析，得到如下結(jié)論：

（1）所提方法考慮了影響設(shè)備可靠運(yùn)行的各種因素，克服了采用歷史平均失效率計(jì)算不夠準(zhǔn)確的問題。算例分析表明，本方法得到的設(shè)備失效率結(jié)果可以反映電網(wǎng)的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）基于所提方法得到的油田電網(wǎng)可靠性評(píng)估結(jié)果，更符合油田電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況；由此可以識(shí)別系統(tǒng)可靠運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，可為相關(guān)針對(duì)性的改進(jìn)措施提供參考。