基于狀態(tài)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修策略研究

國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司延安供電公司變電檢修中心 齊 帥 孫 亮

在我國(guó)自然能源分布失衡的大背景下，建立現(xiàn)代化電網(wǎng)成為提高我國(guó)能源開發(fā)效率的基本渠道。高壓輸電是大型區(qū)域電網(wǎng)連接的方式之一，可以確保特高壓交流1000kV、直流±800kV 與多級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。但是高壓輸變電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，故障因子具有突發(fā)、多變性，既往輸變電設(shè)備事后檢修技術(shù)已無(wú)法滿足當(dāng)前輸變電設(shè)備的檢修需求。因此，從狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估視角入手，研究輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修策略具有非常重要的意義。

1 輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修的相關(guān)概述

狀態(tài)檢修是一種以輸變電設(shè)備的狀態(tài)為依據(jù)而開展的預(yù)防性作業(yè)，需要檢修人員在全面掌握輸變電設(shè)備健康水平、技術(shù)指標(biāo)與運(yùn)行狀況的前提下，恰當(dāng)調(diào)整檢修周期，開始變壓器、斷路器與隔離開關(guān)的狀態(tài)檢修[1]。檢修內(nèi)容主要如表1。

表1 輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修內(nèi)容

如表1所示，輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修的關(guān)鍵在于盡可能多地掌握變電氣設(shè)備全過程管理信息，抓住輸變電設(shè)備的初始狀態(tài)[2]。同時(shí)運(yùn)用局部放電檢測(cè)儀、紅外成像儀等精密儀器測(cè)試設(shè)備狀態(tài)。根據(jù)獲得的輸變電設(shè)備狀態(tài)信息，評(píng)價(jià)輸變電設(shè)備健康狀況，指導(dǎo)線下運(yùn)維[3]。

2 基于狀態(tài)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)

2.1 基于狀態(tài)評(píng)價(jià)的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)

狀態(tài)評(píng)估是狀態(tài)檢修的前提和基礎(chǔ)，對(duì)于狀態(tài)檢修具有重要意義，可以幫助輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修這明確不確定性損失，預(yù)先采取可行性較高、成本適宜的檢修方案。狀態(tài)評(píng)價(jià)主要是在確定輸變電設(shè)備各個(gè)狀態(tài)量的前提下，以輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)，考慮設(shè)備資產(chǎn)與設(shè)備故障干擾因子，推測(cè)輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。進(jìn)而根據(jù)所推測(cè)的輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，探究輸變電設(shè)備檢修策略的優(yōu)化方案。輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的根本目的是根據(jù)輸變電設(shè)備既往表現(xiàn)推測(cè)不確定性的潛在損失。而不確定性潛在損失的確定前提是損失源頭、目標(biāo)以及主體的明確，一般可以利用相對(duì)值指標(biāo)進(jìn)行衡量、估算、評(píng)價(jià)。輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)估涉及了定性評(píng)估、定量評(píng)估兩個(gè)方面，兩者互為補(bǔ)充，前者可以為后者提供指導(dǎo)，后者則可以為前者奠定基礎(chǔ)。

2.2 基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估特指在效益（含經(jīng)濟(jì)、社會(huì)）、成本、風(fēng)險(xiǎn)三因素間尋求效益最大、風(fēng)險(xiǎn)最小、可靠性更高的目標(biāo)?；陲L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)可以借鑒基于可靠性的狀態(tài)檢修方案，從可靠度、可用率、故障率等幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中可靠度特指輸變電設(shè)備在運(yùn)行條件一定、時(shí)間區(qū)間明確情況下，達(dá)成規(guī)定功能的能力；可用率特指輸變電設(shè)備在運(yùn)行條件異地跟、時(shí)間區(qū)間（時(shí)刻）明確情況下，處于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力；故障率特指輸變電設(shè)備無(wú)故障時(shí)間的平均倒數(shù)。

3 狀態(tài)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 狀態(tài)評(píng)價(jià)

3.1.1 狀態(tài)量的選擇

正確選擇狀態(tài)量，是基于狀態(tài)評(píng)價(jià)的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修的第一步。狀態(tài)量即反映輸變電設(shè)備狀態(tài)變化的信息，比如，帶電測(cè)試、在線監(jiān)測(cè)、設(shè)備缺陷、檢修缺陷、停電試驗(yàn)、家族型缺陷等直接或間接彰顯輸變電設(shè)備狀態(tài)的信息。在狀態(tài)量選擇時(shí)，需要確保狀態(tài)量可直接且富有效力地反映輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、輸變電設(shè)備事故發(fā)展趨勢(shì)。在確保狀態(tài)量對(duì)輸變電設(shè)備狀態(tài)反應(yīng)敏感、可靠的前提下，分析現(xiàn)有技術(shù)與規(guī)范，保證狀態(tài)量可順利獲取、規(guī)范判斷。以斷路器為例，其包括一般狀態(tài)量（對(duì)設(shè)備性能、安全運(yùn)行影響相對(duì)處于較低水平）、重要狀態(tài)量（對(duì)設(shè)備性能、安全運(yùn)行影響相對(duì)處于較高水平），因涉及狀態(tài)量較多，可以從操作機(jī)構(gòu)、本體、合閘電阻、并聯(lián)電容器幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中操作機(jī)構(gòu)狀態(tài)量包括分合閘線圈、儲(chǔ)能發(fā)電機(jī)、微動(dòng)開關(guān)、機(jī)械特性、輔助開關(guān)、動(dòng)作計(jì)數(shù)器、繼電器、機(jī)構(gòu)箱、彈簧機(jī)構(gòu)特殊狀態(tài)量、液壓機(jī)構(gòu)特殊狀態(tài)量、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)特殊狀態(tài)量等；本體包括基礎(chǔ)及支架、SF6壓力表、瓷套、均壓環(huán)、紅外測(cè)溫、主回路電阻、相間連桿等；合閘電阻狀態(tài)量為高電阻、低電阻、中電阻；并聯(lián)電容器狀態(tài)為出線結(jié)構(gòu)、絕緣等。

3.1.2 設(shè)備狀態(tài)的評(píng)價(jià)

在輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，需要貫徹可執(zhí)行度處于較高水平、操作難度小的原則，以狀態(tài)量扣分值的量判定設(shè)備狀態(tài)。即以輸變電設(shè)備狀態(tài)量重要程度為主要評(píng)價(jià)依據(jù)，以輸變電設(shè)備劣化程度為輔助評(píng)價(jià)依據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)。其中輸變電設(shè)備狀態(tài)量的考核形式為“扣分值”，計(jì)算公式如下：

式（1）中A、B、E 分別為狀態(tài)量應(yīng)扣分值、基本分值、狀態(tài)量權(quán)重。

輸變電設(shè)備劣化程度包括I 級(jí)、II 級(jí)、III 級(jí)、IV 級(jí)四個(gè)級(jí)別，I 級(jí)表示輸變電設(shè)備劣化程度最輕，對(duì)應(yīng)的基本扣分值為2分；II 級(jí)表示輸變電設(shè)備劣化程度較輕，對(duì)應(yīng)的基本扣分值為4分；III 級(jí)表示輸變電設(shè)備劣化程度較嚴(yán)重，對(duì)應(yīng)的基本扣分值為8分；IV 級(jí)表示輸變電設(shè)備劣化程度最嚴(yán)重，對(duì)應(yīng)的基本扣分值為10分。而狀態(tài)量的重要程度決定了權(quán)重，一般狀態(tài)量的權(quán)重為1、2，重要狀態(tài)量的權(quán)重為3、4。

3.1.3 狀態(tài)等級(jí)的確認(rèn)

從狀態(tài)等級(jí)來(lái)看，可以將輸變電設(shè)備狀態(tài)劃分為正常、注意、異常、嚴(yán)重幾個(gè)等級(jí)。其中正常狀態(tài)表現(xiàn)為各狀態(tài)量平穩(wěn)且處于標(biāo)準(zhǔn)限度內(nèi)，輸變電設(shè)備可以正常發(fā)揮功能。比如，斷路器本體合計(jì)扣分小于30分（單項(xiàng)扣分小于等于10分），操作機(jī)構(gòu)合計(jì)扣分小于20分（單項(xiàng)扣分小于等于10分），并聯(lián)電容器與合閘電阻合計(jì)扣分均小于12分（單項(xiàng)扣分均小于等于10分）；注意特指輸變電設(shè)備狀態(tài)量朝著接近標(biāo)準(zhǔn)限值方向發(fā)展，需要加密觀測(cè)。比如，斷路器本體合計(jì)扣分大于等于30分（單項(xiàng)扣分小于等于16分，大于等于12分），操作機(jī)構(gòu)合計(jì)扣分大于等于20分（單項(xiàng)扣分小于等于16分，大于等于12分），并聯(lián)電容器與合閘電阻合計(jì)扣分均大于等于12分（單項(xiàng)扣分小于等于16分，大于等于12分）；異常表示輸變電設(shè)備重要狀態(tài)量超出標(biāo)準(zhǔn)限值，需要采取停電檢查維修措施。比如，斷路器本體單項(xiàng)扣分小于等于24分且大于等于20分，操作機(jī)構(gòu)單項(xiàng)扣分小于等于24分且大于等于20分，并聯(lián)電容器與合閘電阻單項(xiàng)扣分小于等于24分且大于等于20分；嚴(yán)重表示輸變電設(shè)備重要狀態(tài)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)限值，需要立即停電檢查修理。比如，斷路器本體、操作機(jī)構(gòu)、并聯(lián)電容器與合閘電阻單項(xiàng)扣分均大于等于30分。

輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)可以劃分為部件評(píng)價(jià)、整體評(píng)價(jià)兩個(gè)部分，前者是根據(jù)狀態(tài)評(píng)分并考慮單項(xiàng)狀態(tài)量扣分、部件合計(jì)扣分，完成若干狀態(tài)量扣分疊加。在任意一個(gè)狀態(tài)量單向扣分、全部部件合計(jì)扣分達(dá)到正常狀態(tài)時(shí)，則整體評(píng)價(jià)為正常狀態(tài)；而在任意一個(gè)部件狀態(tài)未注意、異常、嚴(yán)重時(shí)，則整體評(píng)價(jià)為其中最嚴(yán)重的狀態(tài)。比如，在斷路器本體狀態(tài)未注意，操作機(jī)構(gòu)狀態(tài)為正常，并聯(lián)電容器狀態(tài)為異常時(shí)，整體評(píng)價(jià)為異常。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在可靠度、可用率、故障率、平均壽命、全壽命周期成本幾個(gè)評(píng)估因子中，與輸變電設(shè)備自身面臨風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備故障導(dǎo)致其他風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)系最緊密的因素為故障率，可以故障率為核心因子，將特定時(shí)刻輸變電設(shè)備的評(píng)價(jià)故障率與特定時(shí)刻可能損失的資產(chǎn)相乘后得到。在輸變電設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，不僅需要計(jì)算設(shè)備故障率，而且需要分享故障引發(fā)的后果，因此，根據(jù)輸變電設(shè)備使用壽命，可以對(duì)故障出現(xiàn)可能性進(jìn)行分析。一般可以將輸變電故障概率劃分為1%、2.5%、5%、7.5%、10%幾個(gè)等級(jí)，分別為極不可能、不可能、可能、非?？赡?、極其可能，對(duì)應(yīng)的設(shè)備使用壽命為0～14年、15年～29年、30年～44年、45年～59年、大于等于60年。

以某型號(hào)變壓器為例其故障類型主要為不適當(dāng)維修、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝、材料品質(zhì)、操作錯(cuò)誤、不適當(dāng)短路應(yīng)力、雷電及其他，發(fā)生比例分別為7%、7%、10%、12%、17%、3%、7%、5%、32%。其中短路故障、放電故障可觀測(cè)，故障模式、現(xiàn)象及可供評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)參量如表2。

表2 變壓器短路故障與放電故障可觀測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)參量

在明確變壓器故障類型及現(xiàn)象后果之后，可以利用基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣搭建方法，進(jìn)行故障發(fā)生頻度、故障影響度的量化評(píng)價(jià)。其中變壓器故障發(fā)生頻度可以劃分為1、2、3、4、5幾個(gè)等級(jí)，分別描述為不可能、極少、偶爾、可能、經(jīng)常，對(duì)應(yīng)的發(fā)生概率為≤1/150000、≤1/2000、≤1/80、≤1/8、≥1/2；而故障影響度可以劃分為1、2、3、4幾個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)的影響度為可忽略、適中、較為嚴(yán)重、后果極其嚴(yán)重，可分別描述為影響極小、輕微影響（受傷）、較大影響（功能部分喪失或受傷）、重大影響（功能喪失、重傷）。鑒于變壓器風(fēng)險(xiǎn)值是上述風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率、影響的綜合函數(shù)。即：風(fēng)險(xiǎn)值=f（發(fā)生概率，影響后果），對(duì)應(yīng)不同風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率、影響后果，可以獲得若干風(fēng)險(xiǎn)值。風(fēng)險(xiǎn)值A(chǔ)=f（發(fā)生概率：經(jīng)常，影響后果：嚴(yán)重）；風(fēng)險(xiǎn)值B=f（發(fā)生概率：可能，影響：較為嚴(yán)重）；風(fēng)險(xiǎn)值C=f（發(fā)生概率：偶爾，影響后果：適中）；風(fēng)險(xiǎn)值D=f（發(fā)生概率：極少或不可能，影響后果：可忽略），對(duì)應(yīng)的輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣如表3。

表3 輸變電設(shè)備變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣

同類別設(shè)備可以依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)值大小進(jìn)行序列排布，為設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、試驗(yàn)、技術(shù)改造與檢修提供依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在輸變電運(yùn)行維護(hù)行業(yè)日益發(fā)達(dá)的二十一世紀(jì)，國(guó)家及用戶對(duì)輸變電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠性、設(shè)備完好率均提出了較高的要求，狀態(tài)檢修呈現(xiàn)出無(wú)法代替的優(yōu)勢(shì)。因此，輸變電設(shè)備運(yùn)維人員應(yīng)在定期檢修、事后檢修手段實(shí)施的基礎(chǔ)上，實(shí)施以狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢修策略，及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸變電設(shè)備故障苗頭，及時(shí)處理，降低工作成本，提高供電可靠性。