唐显龙　钟田勇

摘 要： 通过分析变电站主要设备的典型参数、故障发生原因等， 提出了变电站整站运行风险相关因素及运行风险评估算法。该方法在建立设备状态监测量与故障率关系的基礎上， 基于实测数据估算设备故障率， 采用最优潮流技术以等效负荷削减量为故障后果，量化变电站运行风险性指标。

关键词： 变电站; 状态监测; 风险

0 引言

近年来发生的多起大停电事故的调查表明， 变电站设备强迫停运是这些事故发生的主要原因。目前已有多种电力系统的可靠性分析和统计方法， 这些成果对推动电力系统可靠性研究和工程应用无疑起到积极而重要的作用。然而，现有的方法要么只能描述变电站主接线可靠性特点; 由于现有技术难以预知故障发生的时间和位置，一般采用历史统计数据作评估分析，这给运行风险准确评估带来不小误差。一方面，历史统计数据受到统计时段环境的影响， 难以反映其随运行环境的变化情况; 另一方面， 历史统计数据本身具有滞后性，无法体现设备当前的可靠性水平及检修措施的影响。本文基于电力系统风险理论基础和南方电网实际，结合设备实时状态检测数据和历史故障统计数据，建立设备状态监测量与故障率的函数关系， 建立变电站风险评价指标， 基于风险可加性理论、设备状态策略，研究变电站运行风险评估方法， 量化变电站运行风险水平。

1 变电站整站状态评价

1. 1 变电站主设备的状态参量

经设备使用经验和试验结果表明， 设备在整个使用期间内，发生的故障次数与使用时间之间是有宏观规律的，虽然对每台设备而言， 出现故障的次数和使用寿命各有差异， 但其整体的发展规律都是相同的是设备故障率和使用寿命之间的关系曲线，其曲线走向两边高， 中间低， 形似一个浴盆， 被称为设备故障发生的“浴盆曲线[1]。

设备在整个使用期内， 设备的故障率随时间的变化可分为三个阶段： 早期故障期、偶然故障区和耗损故障期。综上所述，设备故障的发生、发展是有其自身规律，但变电站中的设备整体性能在大多情况下是连续变化的，因此通过分析变电站主设备的某些典型参数或故障发生原因，可以确定变电主设备当前的健康状态，并预测出其未来发展趋势。以下选取几种常见的变电站主设备（ 变压器、GIS、断路器） 对其做状态参量分析，选取现阶段可以获取以及未来很可能应用的状态量为其状态评价所需的状态参量， 并建立相应的状态量指标体系。为简化分析， 这里暂不考虑隔离开关和互感器。

1. 2 GIS 状态参量分析

GIS 指六氟化硫封闭式组合电器， 由断路器、隔离开关、电压互感器与电流互感器、绝缘结构、接地开关、母线、出线套管、避雷器等组成。据统计，造成 GIS非计划停运的部件主要有： 隔离开关、断路器、接地开关、PT 与 CT、绝缘结构、避雷器、出线套管装置。

2 基于设备状态的变电站运行风险评估方法

2. 1 运行风险评估概述

所谓风险，就是故障概率与故障后果的综合。风险分析中的失效概率评估是通过将以往大量失效案例的数据统计分析与基于可靠性理论的计算相结合进行的。风险评估主要是对失效模式进行研究和作出后果分析（ Failure Modes and Effects Analysis[2] ， 即FMEA） 。对于设备可能发生的失效模式，都要详细分析它自身设备的损失以及对整个系统的影响、可能引发的后果以及需要采取什么措施。2. 2 考虑转供的最优负荷削减模型电力系统充裕度研究主要由三部分组成： 系统状态选取、系统状态分析、系统可靠性指标计算[4] 。系统状态分析指的是对选定系统状态进行潮流计算， 确定系统是否违背运行约束（ 节点电压约束和支路容量约束） 。若违背， 则采取必要的校正措施对系统运行状态进行调整。这些校正措施包括发电机再调度、变压器抽头调整、柔性交流输电系统的参数调整。若校正后系统仍不能处于安全状态， 最终将采取负荷削减的校正措施。可见，最优负荷削减模型[5] 是充裕度评估的重要组成部分之一。负荷转供[6] 指负荷的供电通道由原来的通道转变为另一通道，供电通道的改变实质上为向负荷供电的线路的运行状态发生改变， 负荷转供会改变网络的拓扑结构。在输电网可靠性评估中，当某一故障引起系统过负荷时，需要实施恰当的校正措施消除线路过载， 保证系统正常运行，持续向负荷供送电能。传统的校正措施一般为调整发电机出力， 如果调整出力后仍存在

过负荷，则进行必要的负荷削减。本文的负荷削减模型为线性规划（ Linear Programming，简称 LP） 模型， 因此本文将负荷转供也作为一种校正措施， 增加消除过载的有效力度，减少不必要的负荷削减量。从负荷削减模型的角度看， 负荷转供实质上是改变了 LP 的参数 B（ 节点导纳矩阵） ， 从而影响到 LP 的目标函数的结果。

3 结论

针对传统变电站可靠性评估采用历史平均数据无法反映实时运行风险的局限性， 提出了基于状态监测的变电站运行风险评估方法和技术。该方法在建立设备状态监测量与故障率关系的基础上， 基于实测数据估算设备故障率，采用最优潮流技术以等效负荷削减量为故障后果，量化变电站运行风险性指标。在变电站运行风险评估时采用了几种关键的技术。用回路可靠性模型代替了传统的元件可靠性模型， 大大减少故障预想集中的系统状态数。负荷转供也作为消除线路过载的一种校正措施在最优负荷削减模型中应用，采用连续变量的思想来处理负荷转供控制离散变量的问题，以应对实时计算的需要。不同离散变量的取值代表不同的转供方案， 通过各方案最优潮流的计算结果可选择最优运行的转供方案。

参 考 文 献

[1]潘乐真，张焰，俞国勤，杜成刚，状态检修决策中的电气设备故障率推算[J]电力自动化设备，2010，（02）：91- 94.

[2]徐华，赵萍，陈海昆.基于可靠性的输变电工程项目决策研究[J]华东电力，2013，（07）：1421 - 1423.

[3]李剑辉，李力，高超，等.电力系统充裕度评估分析系统的构建与实现[J]电力系统及其自动化学报，2013，25（05）13-21.

[4]金黎明，周宁，冯丽，等，赵渊.基于功率支援分区协调优化的电网可靠性评估，电力建设，2016，（10）：69 - 79.

[5]戚峰，陈刚，钱碧甫，等.220kV终端变电站负荷转供策略研究[J]浙江电力，2016，（09）：15-19.

[6]王大治，杨承河，侯方迪.配电网风险防控分析及安全预警技术的应用[J]浙江电力.2015，（12）：64-68.

[7]叶杰宏，芦兴.变电设备差异化运维策略的研究与应用[J]电力与能源，2015，（6）：775 -778.

[8]陈浩敏，李鹏，郭晓斌，等.面向巡维中心的变电站驾驶舱一体化监控系统关键技术 [J].电网与清洁能 源，2015，31（ 192），65-68.

[9]李鹏，许爱东，郭晓斌，等.面向巡维中心的变电站驾驶舱架构设计与实现[J]南方电网技术，2015，9（60），7-11.

[10]陈波，李鹏等.面向巡维中心的变电站驾驶舱统一信息平台设计[J]电网与清洁能源，2015，31（08）：70 -74.