特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評估探索

燕 灝，栗向鑫，趙冬雯

(1.國網(wǎng)北京市電力公司石景山供電公司，北京 100043；2.國家電網(wǎng)華北分部, 北京 100053)

0 引言

啟動調(diào)試是特高壓交流工程建成后投入運行前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是特高壓交流工程安全高效運行的有力保障。自首條特高壓交流線路長治—南陽—荊門工程啟動調(diào)試后，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)開展了多項特高壓交流工程啟動調(diào)試，啟動調(diào)試技術(shù)基本成熟，并積累了大量寶貴的經(jīng)驗。

我國首條跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的特高壓交流線路長治—南陽—荊門工程啟動調(diào)試歷時近6個月；特高壓交流北京東—濟(jì)南工程啟動調(diào)試歷時近3個月，結(jié)合既有特高壓交流工程建設(shè)經(jīng)驗，啟動調(diào)試技術(shù)顯著提升；特高壓交流北京東—濟(jì)南輸變電工程，啟動調(diào)試采用調(diào)試人員現(xiàn)場下令模式，由于調(diào)試銜接、設(shè)備消缺等因素，啟動調(diào)試時間較計劃時間相對滯后；特高壓交流昌樂—濟(jì)南—石家莊—晉北—蒙西工程，線路總長達(dá)1 132 km，工程新建變電站在河北和天津與500 kV主網(wǎng)存在電氣聯(lián)系，山西、內(nèi)蒙境內(nèi)變電站僅做開關(guān)站使用，電壓控制要求較為苛刻，河北—山西段線路存在過電壓風(fēng)險，經(jīng)過反復(fù)計算和論證，創(chuàng)新采用分段啟動調(diào)試的模式，即“先站內(nèi)啟動，后站間啟動”，取得較好的調(diào)試效果；特高壓交流廊坊南—錫盟工程，啟動調(diào)試期間出現(xiàn)雨雪天氣，部分線路及桿塔覆冰、積雪，對調(diào)試試驗和設(shè)備管理提出了嚴(yán)峻的考驗；特高壓交流天津南—保定—晉中—榆橫工程，啟動調(diào)試首次增加了VFTO、可控避雷器等過電壓抑制措施試驗，通過調(diào)試試驗和風(fēng)險預(yù)控，新建一、二次設(shè)備充分磨合，工程順利投運。

特高壓交流工程啟動調(diào)試是工程建設(shè)的最后一個階段，同時也是系統(tǒng)運行的第一個階段，參與單位眾多，受關(guān)注程度較高。在特高壓交流工程規(guī)模化建設(shè)時代來臨的背景下，針對特高壓交流工程啟動調(diào)試效果進(jìn)行研究，對于促進(jìn)電網(wǎng)運行整體管理能力具有一定的現(xiàn)實意義。下面探討建立特高壓交流輸變電工程啟動調(diào)試效果評估模型，以期為評判工程啟動調(diào)試效果探索相關(guān)技術(shù)手段。

1 啟動調(diào)試基本概念

“啟動調(diào)試”，即基建工程各系統(tǒng)間的綜合聯(lián)調(diào)，廣義的理解，既包含“調(diào)”又包含“試”，指的是開展基建工程所有的子系統(tǒng)調(diào)試工作，使其符合設(shè)計要求、正常運行條件，保障整體系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)效果，滿足正常運行要求。啟動調(diào)試是在一定時間內(nèi)持續(xù)動態(tài)的過程，經(jīng)由電網(wǎng)大系統(tǒng)到設(shè)備子系統(tǒng)多次反饋和調(diào)試優(yōu)化，由此判斷系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的完整性、合理性和科學(xué)性。

特高壓交流工程啟動調(diào)試，是工程建設(shè)階段和運行階段銜接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是向電力系統(tǒng)調(diào)度運行和運維檢修部門移交工程的重要保證，就管理而言，啟動調(diào)試階段是特高壓交流工程建設(shè)及運行工作中技術(shù)性最強(qiáng)、協(xié)調(diào)配合要求最高的環(huán)節(jié)之一。

特高壓交流輸變電工程建設(shè)過程中涉及許多高新技術(shù)，且交流輸變電系統(tǒng)由多個獨立的子系統(tǒng)有機(jī)組合而成。特高壓交流輸變電系統(tǒng)各子系統(tǒng)及其接口較為復(fù)雜，其既相互獨立又相互聯(lián)系、相互制約。為保障特高壓交流工程啟動調(diào)試后安全運行，使其滿足電網(wǎng)整體運行控制的要求，需要進(jìn)行整體性的啟動調(diào)試，使所有系統(tǒng)及接口相互匹配和正常運行，達(dá)到優(yōu)化各系統(tǒng)狀態(tài)和整體性能的效果。因此，特高壓交流工程啟動調(diào)試是必要且不可或缺的。按照系統(tǒng)可靠性理論中的失效率曲線效應(yīng)(如圖1所示)，新建特高壓交流工程各子系統(tǒng)內(nèi)部和彼此之間需要一定時間跨度的磨合，才會從失效率較高的早期階段進(jìn)入失效率較低的隨機(jī)失效階段，此時新建系統(tǒng)設(shè)備的安全性得到顯著的提升，適合正式投入運行。

圖1 失效率曲線

2 啟動調(diào)試效果評估指標(biāo)

2.1 指標(biāo)選取原則

特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評估前，需要選取合適的評估指標(biāo)作為度量啟動調(diào)試—電網(wǎng)運行特征的參數(shù)，通過衡量其質(zhì)量好壞，來評定特高壓交流工程啟動調(diào)試效果。根據(jù)特高壓交流工程啟動調(diào)試安全系統(tǒng)特征，構(gòu)建特高壓交流工程啟動調(diào)試安全指標(biāo)應(yīng)是由若干相互聯(lián)系、相互作用、相互交織、具有層次性和結(jié)構(gòu)性指標(biāo)組成的有機(jī)集合。

由于特高壓交流工程啟動調(diào)試復(fù)雜且層次眾多，子系統(tǒng)既有相互作用，又有相互間的輸入與輸出；啟動調(diào)試效果評估指標(biāo)中既有動態(tài)的指標(biāo)又有靜態(tài)的指標(biāo)，既有定性的指標(biāo)又有定量的指標(biāo)，因此，特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評估指標(biāo)體系應(yīng)該具有一定的層次結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇靈敏、可度量且內(nèi)涵豐富的指標(biāo)作為評價指標(biāo)，具體應(yīng)遵循以下原則：

1) 科學(xué)性：指標(biāo)體系一定要建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，能夠較客觀、真實地反映特高壓交流工程啟動調(diào)試的內(nèi)涵。

2) 完備性與信息綜合性：要求指標(biāo)體系覆蓋面廣，能綜合反映特高壓交流工程啟動調(diào)試效果的相關(guān)方面。

2.2 指標(biāo)構(gòu)建過程

構(gòu)建特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評價指標(biāo)體系可采用以下步驟。

1) 對特高壓交流工程啟動調(diào)試效果進(jìn)行層次分析。

2) 對描述特高壓交流工程啟動調(diào)試基本層次狀態(tài)指標(biāo)進(jìn)行“海選”。

3) 初步確立指標(biāo)體系。

4) 采取專家分析法等科學(xué)評估手段，確立符合工程實際的指標(biāo)體系。

根據(jù)特高壓交流工程啟動調(diào)試效果指標(biāo)建立的原則，通過分析指標(biāo)間的關(guān)系，初步篩選體現(xiàn)特高壓交流工程啟動調(diào)試安全內(nèi)涵、調(diào)試過程的因素，探索構(gòu)建特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評價指標(biāo)，如表1所示。隨著特高壓交流工程啟動調(diào)試工作持續(xù)優(yōu)化，指標(biāo)和評估方法也會隨之不斷調(diào)整。

表1 特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評估指標(biāo)

由于各個指標(biāo)的量綱不同，其評價的標(biāo)準(zhǔn)也不同，為了將各個指標(biāo)合成一個綜合評價結(jié)果，首先必須將每個指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，即將指標(biāo)與其標(biāo)準(zhǔn)值相比較。因此，指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值在評價過程中是一組很重要的量，它是衡量人們對被評價對象的指標(biāo)值滿意程度的標(biāo)準(zhǔn)。反映了在一定時期人們對評價對象某一方面發(fā)展水平的要求，這種要求是一類或者某一個被評對象某一方面發(fā)展的客觀可能性與人們對它的主觀期望的綜合。在特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評價指標(biāo)中，指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)體現(xiàn)“電網(wǎng)安全運行”這個總要求。

3 啟動調(diào)試效果評價模型

設(shè)y為特高壓交流工程啟動調(diào)試效果，x1，x2，…，xn分別為影響特高壓交流工程啟動調(diào)試效果的評估指標(biāo)，f(xi)為描述各評估指標(biāo)xi(i=1，2，…，n)獨立作用對特高壓交流工程啟動調(diào)試效果的貢獻(xiàn)函數(shù)，則有：

式（1）兩側(cè)均除以y，可得：

將表1中各因素代入式(2)中，可得式(3)：

其中：

式(3)中，λ、α、β、δ、ε、γ為各類指標(biāo)的權(quán)重，且λ+α+β+δ+ε+γ=1。

由于評估指標(biāo)Q是一個較為復(fù)雜的研究課題，常用方法有定性分析法、統(tǒng)計學(xué)相關(guān)法、實證研究法、智能方法和系統(tǒng)工程法等，在分析過程中，不僅要構(gòu)建相應(yīng)分析因子，還需要考慮相關(guān)分析因子之間存在的關(guān)聯(lián)性，鑒于篇幅限制，暫不考慮可靠性因素，僅針對設(shè)備系統(tǒng)功能實現(xiàn)和建設(shè)質(zhì)量情況建立評估模型，則有：

由以上可知，式(3)可以轉(zhuǎn)換為：

其中，m為特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評價值(m＜1)；λ+α+β+δ+ε≈1。

權(quán)重可以由啟動調(diào)試相關(guān)負(fù)責(zé)人根據(jù)工作經(jīng)驗和表1中各評價指標(biāo)影響程度的強(qiáng)弱對λ、α、β、δ、ε的重要性進(jìn)行分析和評估，按照λ+α+β+δ+ε=1的原則，獨立給出各個權(quán)重參數(shù)的值；然后再對各權(quán)重參數(shù)求出平均值，以此作為最終的各權(quán)重參數(shù)值。

綜上，對已知k個特高壓交流工程啟動調(diào)試效果分別進(jìn)行評價，可得到k個m值，然后對這k個m值求平均，則有：

可將m—作為特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評價的閾值，對于第k+1個特高壓交流工程啟動調(diào)試，可按照上述方法進(jìn)行評估，得到評估值為mk+1，若mk+1＜m—，則評價該工程調(diào)試效果不好；若mk+1＞m—，則評價該工程調(diào)試效果可以接受，并且mk+1值越大越好。

4 實例分析

4.1 樣本采集

采集3個特高壓交流輸變電工程啟動調(diào)試數(shù)據(jù)，由于參與工作深度不同，部分?jǐn)?shù)據(jù)存在誤差，隨著研究持續(xù)深入，可采用問卷調(diào)查法、現(xiàn)場記錄法、資料審閱法等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、歸納和分析，以期能夠更加貼近工程實際。

4.2 樣本計算

3個特高壓交流工程啟動調(diào)試數(shù)據(jù)整理如表2，3，4所示。由式(5)可知，m為特高壓交流工程啟動調(diào)試效果評價值；且λ+α+β+δ+ε≈1，根據(jù)平均值法，可得λ=α=β=δ=ε=0.2。

表2 a工程樣本數(shù)據(jù)

表3 b工程樣本數(shù)據(jù)

將權(quán)重值代入式(5)，可以得到三個特高壓交流工程啟動調(diào)試效果的m值，分別為：m1=0.972，m2=0.941，m3=0.943。

特高壓交流工程a、b、c分別通過3個月、4個月和6個月時間完成啟動調(diào)試各項工作，并投入運行。建立這3個工程啟動調(diào)試項目評價值曲線，如圖2所示，可知：

1) 特高壓交流輸變電工程a、b、c分別通過3、4、6個月啟動調(diào)試后投入運行。歷時3個月的工程a調(diào)試時間低于工程b、c，但其m值高于工程b、c，由此可知，啟動調(diào)試效果與啟動調(diào)試時間正相關(guān)性不顯著。

2) 特高壓交流輸變電工程b的m值略大于工程c的m值，這是由于特高壓交流輸變電工程b接入系統(tǒng)網(wǎng)架電氣支撐較為堅強(qiáng)，而工程c接入網(wǎng)架電氣支撐較為薄弱。由此可知，啟動調(diào)試效果與調(diào)試時間、停電切改方案、接入系統(tǒng)強(qiáng)弱、二次系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等因素相關(guān)聯(lián)，不同工程與相關(guān)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度有所不同。后續(xù)將深入開展不同類型工程指標(biāo)關(guān)聯(lián)度評價研究分析。

3) 特高壓交流輸變電工程a、b、c的m值平均值為0.952；工程b、c的m值平均值為0.942，浮動于0.940上下。由此，可初步推測m值在0.940左右的特高壓交流工程啟動調(diào)試效果基本符合投運條件。

5 討論

特高壓交流工程啟動調(diào)試是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)工程，因接入系統(tǒng)、調(diào)試時間、設(shè)備選型等不同，每個工程均存在其特有的屬性，且該屬性對于電網(wǎng)運行方式、調(diào)試項目、檢測標(biāo)準(zhǔn)等均有不同的需求。在工程啟動調(diào)試前，結(jié)合工程可研初設(shè)，建設(shè)工期，一、二次設(shè)備情況，接入系統(tǒng)運行情況等安排啟動調(diào)試方案，在確保工程可靠投運的基礎(chǔ)上，動態(tài)調(diào)整調(diào)試項目數(shù)量，并在合理調(diào)試窗口內(nèi)，最大限度確保調(diào)試項目檢測實現(xiàn)率和合格率，以期特高壓交流工程一、二次設(shè)備運行與邏輯、參數(shù)之間匹配達(dá)到最優(yōu)，為工程順利投運奠定更加良好的基礎(chǔ)。

與此同時，鑒于電網(wǎng)運行方式的可控性，可探索將常規(guī)的串聯(lián)調(diào)試項目部分改變?yōu)椴⒙?lián)調(diào)試，采用“先站內(nèi)、后站間”啟動調(diào)試方式，即將站內(nèi)出線解引，先完成站內(nèi)一二次設(shè)備調(diào)試，再將站內(nèi)出線接引，進(jìn)行站間啟動調(diào)試。一方面可以更加精準(zhǔn)地完成站內(nèi)各項試驗，取得試驗樣本數(shù)據(jù)并第一時間完成站內(nèi)消缺，確保工程主設(shè)備、主系統(tǒng)安全性、可靠性；另一方面，可以將站內(nèi)試驗數(shù)據(jù)與站間試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行相互校驗，以期能夠多層次多角度驗證啟動調(diào)試前過電壓、潮流穩(wěn)定等相關(guān)計算科學(xué)性，并獲得更多、更符合實際的調(diào)試數(shù)據(jù)，為工程投入運行提供更好、更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

此外，為實現(xiàn)效果評估更加準(zhǔn)確，工程的組織可靠性、人因可靠性和過程可靠性需要進(jìn)一步細(xì)化并融入評估模型中，以期能夠為調(diào)試人員、運行人員和運維人員提供更為精準(zhǔn)的信息。近年來廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域的灰色理論、數(shù)據(jù)挖掘、馬爾科夫狀態(tài)分析法等，可應(yīng)用于可靠性的監(jiān)測、提取和分析評估。對于評估工作，選取第三方機(jī)構(gòu)也是可選方案之一，對于評價人員，同樣需要探討相應(yīng)約束機(jī)制，以防止投機(jī)行為給電網(wǎng)安全帶來不利影響。

6 結(jié)束語

以上提出了工程啟動調(diào)試效果評價指標(biāo)選取和評價模型建立的基本設(shè)想。啟動調(diào)試效果評估分析了輸變電工程啟動中設(shè)備、可靠性、測量等因素，使得相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜铱梢愿鶕?jù)工程實際情況，做出貼近實際的分析與判斷。電網(wǎng)公司需要根據(jù)電網(wǎng)運行實際情況，進(jìn)一步細(xì)化指標(biāo)體系和評估標(biāo)準(zhǔn)。

目前，特高壓交流電網(wǎng)已處于建設(shè)投運的高峰期，因此需要進(jìn)一步深入總結(jié)目前已有的工作經(jīng)驗，圍繞電力系統(tǒng)可靠性和安全性這一主題，對啟動調(diào)試效果進(jìn)行研究，進(jìn)一步完善適合特高壓輸變電工程啟動調(diào)試工作體系。