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1、电网状态检修摘要：随着电力事业和科学技术的快速发展，传感技术、计算机技术微电子技术综合智 能系统等技术日益科学与规范，使得多功能、多状态的在线监测技术和离线监测技术得到了 广泛的推广和应用。在状态检修背景下，为解决电网运行整体与输变电设备个体之间的矛盾 和冲突，在已有研究成果基础上，提出电网状态检修的概念，在输变电设备状态检修决策过 程中，给出电网故障风险和电网检修风险的定义以及相应的量化表达式。依据设备状态预测， 以电网故障风险和电网检修风险的和最小为目标，将设备检修、运行以及电网整体性能在概 率引导下相互牵制，形成电网状态检修的数学模型，并给出相应的解决方法。关键词：输变电设备；状态检修；
2、故障风险；检修风险1引言电力关系到国民经济的可持续发展。随着现代社会和经济的发展，对能源的巨大需求 促进了电力工业的飞速发展，使得电力系统向大容量、超高压和跨区域方向发展。然而，随 着系统容量的增大和电力网规模的扩大，电力设备故障给人们的生产和现代生活所带来的 影响也越来越大，因此对系统的稳定经济运行也提出了越来越高的要求，而保证系统经 济性和稳定性的一个强有力措施就是在提高电力设备使用率的同时保障其正常运行。目前 的设备检修体制，即计划检修，并不能满足要求。在高速发展的科学技术带动下，为适应 电力部门向市场化现代企业模式的转变，出现了一种新的检修策略，这就是电力设备状态 检修。所谓状态检修就
3、是根据设备的运行状态和健康状况而执行检修的预知性作业。以设备 当前的实际工作状况为依据，通过先进的状态监测和诊断手段、可靠性评价手段以及寿命 预测手段来判断设备的健康状态，识别故障的早期征兆，对故障部位的严重程度故障发展 趋势做出判断，并根据分析诊断结果，在设备性能下降到一定程度或故障将要发生之前主 动实施维修。实施状态检修主要有以下两个优点：其一，实施设备检修可以 防止设备过检修或欠检修，并利用经济性分析手段，确定 设备是否检修，以延长设备运行时间和检修时间间隔，减少检修项目，降低设备维修成 本，能够克服计划检修的种种弊端，避免大量的人力 物力和财力的重复浪费，延长设备 的稳定运行时间和使用
4、寿命。另外，实施状态检修可以 减少现场的工作任务和工作量，减少设备的停电次数和倒 闸操作次数，减少发生电气误操作事故的几率，对确保人身安全和设备安全十分有利，因 而使供电的可靠性得以明显提高，降低了检修成本，提高了经济效益，大大提高了设备 运行水平和管理水平。2电网状态检修的引出2.1设备检修与电网运行的关系在电网运行过程中，设备检修和故障是一对矛盾，处理这一矛盾的实质就是检修与运 行的协调，各种检修体制都是在不同程度上对这一矛盾进行的协调。其中的事后检修（即在 设备故障后进行的检修）减少了设备监测和检修费用，但面临较大故障风险的威胁，在现代 电网运行中是不可取的；而定期计划检修根据检修周期安
5、排的合理性程度，对二者间的处 理不可避免的存在着保守或冒进的情况。状态检修以设备当前的实际性能为依据对检修时 机进行决策，相比定期计划检修，提高了对检修时机把握的精确性，有效地协调了检修与 故障间的矛盾，但已有的研究大多只考了设备的个体性能，缺乏对设备间关联和电网运行 风险的考虑。其次，在电网运行过程中设备检修与运行策略之间充满关联性，主要体现在：一是内 在的关联，不同的检修与运行策略，设备运行中显现的效能不同，如设备的可靠性和载荷 能力与检修、运行交替的规律关系密切，恰当的检修与维护可提高运行的可靠性和载荷能 力，而所谓恰当是指检修也需要付出代价，就设备个体而言，其检修与运行就是一个折中 决
6、策的问题；二是外部的关联，待检修设备不同的安排方式，对电网运行质量(安全、可靠、 经济)至关重要，如待检修的设备集内元素间有功能(串联与并联，同时受制于基尔霍夫电 流定律和基尔霍夫电压定律)上的关联，也有捆绑式的经济利益上的关联，同时从不确定性 角度看，该集内元素不同的组合，抵御随机不确定性问题的能力也随之变化，显现出随机 性的关联。2.2设备故障率评价及其预测定期计划检修模型中，通常使用平均故障率来代表所有同类型设备的故障率，因而检 修时难以与设备性能进行关联。为了实现电网状态检修，需要跟踪设备的故障率及其发展 趋势，以及预测或估计检修后设备的故障率变化。根据输变电设备监测及状态评价结果，利
7、用国家电网公司输变电设备状态检修试验 规程以及相关设备的状态评价导则，可以求取各设备状态的评价分值，然后根据输变电 设备故障率与设备状态之间的关系，便可求取设备的故障率。设备故障率与设备状态之间 的关系可描述为：九=KecH(1)式中：入为设备故障率；K为比例系数；C为曲率系数；H1为设备状态评价分值。由此, 利用设备可靠度与其故障率间关系，可以求取待检修设备在研究周期内各时段的可靠度。在研究周期内，设备上一次检修至研究周期内时刻t之间的累计故障率为：H (t)= Jt0ct 九(T )dT +f t+t0ct 九(T )dT(2)t0 -A T0 -A Tactact式中：t0为设备当前的等
8、效役龄，该值可以根据设备当前对应的故障率在其对应的故act障率曲线(本文采用威布尔分布曲线对设备故障率曲线进行拟合，其尺度参数、形状参数分 别用a、B表示)上查得；T为距离上一次检修设备已运行的时间。研究周期内设备在时刻 t的可靠度R (t)为：R(t)二e-h(t)(3)运用役龄回退因子概念描述检修对设备性能的改善效果，建立检修前后设备故障率间 的关系如下：t = (0 +1 -1 )(1 0 )+1 -1 + teqact m actm acta(4)afeqX九(t) = X(t +1o ),tcbeactX式中：t为检修后设备等效役龄；e为役龄回退因 子；t为研究周期内设备对应的eqm
9、检修时刻；t为设备上一次检修对应的等效役龄；X (t)、X (t)分别为设备在研究周期 actbeaf内检修前后的时刻t对应的故障率。2.3电网状态检修的概念假设设备性能监测、状态估计、故障诊断以及未来设备故障率预测等技术完备有效， 在此基础上本文提出电网状态检修的概念。所谓电网状态检修，就是在设备性能在线跟踪 及预测的前提下，对应一定的研究周期内，从电网运行的角度，综合考虑设备个体性能、 设备间的关联性以及电网运行方式等，依据运行条件下电网检修风险与故障风险对应的损失价值和最小所实施的检修策略制定。2.4电网故障风险及其表达电网故障风险为研究周期内，由于输变电设备故障而引起的设备个体及电网的
10、损失。 这种损失不仅仅只是故障发生的概率，而是概率与后果的综合。具体表达如下所示：R二迓R (t)二迓工 P (t) F (t) + F (t)(5)FFsC1,sC 2, st=1t=1 seS (t)其中： F (t) = s (m,t)c ，F (t)=工 C (l)C1,ssfC 2, scmleL (s)式中：R(t)为研究周期内对应时段t的电网的故障风险；N为研究周期内所划分的时 段数；S (t )为电网在时段t所对应的事故集合；Ps(t)为时段t事故S发生的概率；F (t)C1,s 为时段t事故S所引起的电网损失；F (t)为时段t事故S所引起的设备个体损失；s (m,t)为C
11、2, ss时段t计及设备检修，事故S引起的电网非计划失负荷量；c为需求侧非计划失负荷单位赔 付费用；L(s)为事故S对应的故障设备集合；c (1)为设备l故障后引起的维修或更换费用。丿cm本文基于状态枚举的方法确定事故集及其发生的概率，事故集通过如下的二项式乘积 展开来求取：(P + Q )(P + Q )(P + Q )(6)1122N N式中：Pi和Qi分别为设备i工作和故障的彳既率；N为电网中设备的数目。事故s在时 段t发生的概率计算如下：P (t)=用。(t)迥FP (t)Siji=1j=1式中N和N - Nf分别为事故S中故障和工作的设备数量。2.5电网检修风险及其表达电网检修风险为
12、研究周期内，由于输变电设备检修而引起的设备个体及电网的损失。 这是由于状态检修作为一种预防性检修，是在设备故障前实施检修，在降低设备故障损失 的同时，不可避免的伴随着另外一种损失，这种损失是由于在设备故障前实施检修而不能 使其充分利用造成的，因此检修风险不仅与检修引起的设备检修费用和电网损失有关，而 且与该设备仍然能够正常运行的概率有关，同电网故障风险类似，是概率与后果的综合。 具体表达式为(t * Mc J )R =R (t)爲 工 P (t)MMMLC1,ttt=1t=1 (OeQ(t)其中： M (t)=C1(m, t) cm-se Sm ,t )(m t疋0 S( to,P ( t )
13、sf0, ) fCM(t)=C 2,(C (l)pmleL ()式中：Rm(t)为时段t电网的检修风险;Q为时段t设备检修场景的集合(当同一时段 有多个设备进行检修时，设备间运行状态(可靠；不可靠)将有多种组合，这里用检修场景 表示)；M (t)、M (t)分别为在时段t,检修场景3对应的电网损失、设备个体损失;C1,ttC 2,0S 、S分别为时段t计及检修、不考虑检修时，电网所对应事故集；S(0,t)为时段t检修场景3 ,检修引起的计划失负荷量；S(m,t)为时段t计及检修场景3f中对应检修停o, CD,m运设备，故障状态S所引起的非计划失负荷量；s (0,t)为时段t不考虑设备检修停运，
14、s ,o, f故障状态S所引起的非计划失负荷量；C为需求侧计划失负荷单位赔付费用；L g为检修场 m丿景3中可靠的设备集合；C (1)为设备l检修需要的费用。cm式(8)为研究周期内t时段检修场景3对应检修所引起的电网损失，其中：第1部分 表示检修引起的计划失负荷所导致的赔付费用；第2部分表示检修所引起的非计划失负荷 的赔付费用增量。在计算过程中，时段t检修场景3对应待检修的设备中，可靠的设备置为停运状态，不 可靠的设备置为运行状态，依此显现检修引起的损失。换言之，一旦决策设备检修，就意 味其可靠工作水平的丧失，由此引发的损失，即为检修风险的本质涵义。检修场景可通过以下二项式乘积展开来求取：(
15、R + F )(R + F )(R + F)(R + F )(9)1122i iMM式中：Ri和Fi分别为时段t设备i的可靠度和不可靠度；M为电网在时段t同时进行检修 的设备数目，由此检修场景的个数为2M。时段t检修场景3的概率计算如下：P (t)二 FIr (t)啊尸(t)(10)iji=1j=1式中M、M - M分别为时段t检修场景3对应检修设备中的可靠工作和不可靠工作设-一RR2.6检修风险与故障风险的关系电网检修风险与故障风险是对立的，电网检修风险反映电网检修过剩，由于检修而引 起的损失，对设备的使用过于保守；电网故障风险反映由于电网检修不足，设备发生故障 而引起的损失，对设备的使用过于冒进。电网检修风险与故障风险是统一的，二者统一于电网的安全经济运行水平。3电网状态检修的数学模型在给定的研究周期内，针对设备状态监测及预测技术，对需检修的设备集，电网状态 检修决策的目标函数为检修风险与故障风险的和最小，即min(R + R )(11)F M由式(11)可知，在满足设备检修、电网运行等相关约束的前提下，决策研究周期内设 备检修的安排。因此，电网状态检
