邓奥攀，许宇翔，卢 海，胡 燃，吴 炅，曾晓晖，曾志武，曾杰中

(广东电网有限责任公司 广州供电局，广州 510000)

0 引 言

电网可靠性指标是电力部门制定电网规划方案和调整系统运行方式的重要参考依据[1-3]。在电网规划中，进行电网可靠性评估可充分暴露网架薄弱点，为采取针对性投资规划补强薄弱环节和构建坚强电网提供支撑；此外，为降低极端天气等因素导致的电网运行风险，调度部门须依据全面且准确的可靠性数据调整系统运行方式。因此，对电网进行可靠性分析具有重要的现实意义[4-5]。

系统元件的故障率和修复时间作为元件可靠性关键参数，是建立精确元件停运模型的基础，该数据的精确性决定系统可靠性评估的准确性[6]。传统模型假设元件的停运过程服从马尔科夫双状态模型，即元件的修复时间服从指数分布且恒定不变，通常取元件长期运行下的统计均值[7]。但实际中，诸如输电线路等户外设备，因其处于电网结构的不同位置，并直接暴露在外部环境中，即便是同类型设备，其修复时间受设备参数差异和外部环境变化也存在差异，如文献[8]统计分析某区域电网内配电设备故障修复时间分布，指出设备的修复时间受多种因素影响在一定范围内波动，并非恒定不变。

为建立元件停运时间模型，文献[9]统计某市架空线路故障维修时间分布，指出元件的停运时间为随机变量，并利用参数拟合方法提出了一种元件停运时间叠加指数模型。文献[10]综合考虑天气强度、元件地理位置和人力资源等因素，提出了一种适用于极端天气环境下的输电线路停运时间模型。文献[11]认为设备停运时间主要受雷电、覆冰和大雨等气象因素影响，利用权重赋值法提出元件停运时间简化模型。上述模型主要研究外部环境对线路停运时间的影响，并未综合考虑输电线路所处地形和塔身高度等设备参数对修复过程的影响，所建立的输电线路停运模型不够全面，将导致整体评估结果出现较大偏差[12]。

针对这一不足，提出了一种计及地形、天气和杆塔参数的输电线路停运时间模型。该模型将输电线路抢修作业拆分成各主要环节，统计分析各环节基准作业时间，构建综合影响因子以表征各因素对各环节作业时间的影响大小。分别应用传统模型和该文模型对改进的IEEE测试系统进行可靠性评估，通过对比分析验证该模型的全面性和精确性。

1 线路停电时间模型

输电线路因设备本体故障、外部隐患侵害和极端天气影响易发生重合闸失败的非计划停运，停运时长为线路跳闸时刻起至线路复电时刻止。故障抢修是恢复线路供电的重要手段之一，其作业时长受线路所处地形、杆塔参数和外部环境等影响存在较大差异。为准确预估输电线路停运时间，须定量分析各因素对抢修作业时间的影响。

1.1 基准时间

输电线路抢修作业环节可分为故障巡视、停电复电操作、赶赴故障现场、安装拆卸接地线和故障部位修复5大环节，输电线路停运抢修时间计算式为

(1)

式中：T为输电线路停运抢修时间总和；tm为各个环节所需时间，其中t1为故障巡视时间，t2为故障线路开关刀闸和同塔架设线路重合闸装置断开与闭合操作时间，t3为赶赴现场所需时间，t4为安装和拆卸接地线时间，t5为故障部位修复时间。

1.2 影响因素

根据运行经验，地形条件、杆塔高度、同塔回路数、支线数量和天气条件是影响输电线路停运抢修作业各环节的重要因素。

1)地形和天气条件。部分输电线路架设在孤岛和山区等车辆不易到达地区，作业人员只能徒步进行故障巡视和工器具搬运；在恶劣天气、过高或过低温度环境下人员体力消耗较快，工作速率缓慢，且存在工作间断的可能，因此复杂地形和恶劣天气均会延长作业时间。

2)杆塔高度。作业人员攀爬塔身较高的杆塔过程中受体力限制需停顿进行短暂休息，且杆塔高度越高，则作业位置的风速越大，作业人员越恐惧，不利于抢修作业。因此杆塔高度对抢修时间有一定影响。

3)同塔回路数。根据安全规程规定，在多回路线路同塔架设的杆塔上作业时，须与检修线路同塔架设的带电线路重合闸装置全部退出运行后，线路检修作业方可开始。因此，与检修线路同塔架设的线路数量越多，则变电运维人员操作线路重合闸的时间越长。因此输电线路的同塔架设情况对抢修时间有较大影响。

4)支线数量。当线路进行停电检修和恢复送电工作前，需要断开或闭合所有主线和支线两端的断路器、隔离开关和接地刀闸，这将增加变电运维人员操作时间。此外，为确保人身安全，工作地段各端以及可能送电至检修线路工作地段的支线均须安装接地线，支线越多则所需安装的接地线数量越多，所需时间越长。因此线路的支线数量对抢修时间具有一定影响。

1.3 影响因子

为定量分析各影响因素对抢修作业时间的影响大小，通过引入影响因子表征各因素影响程度，以此建立输电线路停电抢修时间的简化模型。统计分析调度自动化系统历史数据，以线路抢修作业各环节时间的平均值作为该环节的作业基准时间。采取控制变量法，选取某影响因素不同，而其他因素一致的数据样本，以该影响因素下作业时间平均值与基准作业时间的比值作为该因素的影响因子均值。通过分析华南某市近5年的数据，分别计算得到各影响因子K1、K2、K3、K4和K5均值如表1所示。

表1 影响因子Table 1 Impact factors

由表1可知：地形条件和天气条件对抢修作业时间影响较大，表明外部环境是影响作业过程的关键因素；杆塔高度、同塔回路数和支线数量等内部因素对抢修作业时间影响较小，但不可忽视。表1中计算得到的仅为各影响因子均值，为求取任一线路的各影响因子，需根据该线路实际参数对平均影响因子进行修正，分别用ki1、ki2、ki3、ki4和ki5表征地形、塔身高度、同塔回路数、支线数量和天气条件5个因素对线路i抢修时间的影响大小，其计算式为

(2)

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ki3=aK3

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ki4=bK4

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式中：pi为线路i中架设在山地的杆塔数量比例；P为同电压等级线路架设在山地的杆塔数量比例；hi为线路i中杆塔平均高度；H为同电压等级线路的杆塔平均高度；a和b分别为K3和K4的调和系数。当线路i的同塔回路数大于同电压等级线路的同塔回路数时，a为1.1，否则为0.9；当线路i的支线数量大于同电压等级线路的支线数量时，b为1.2，否则为0.8。

抢修作业过程中，各环节受多个影响因素共同影响，根据运行经验，统计分析得到各环节作业时间占比和综合影响因子，如表2所示。

表2 时间占比和综合影响因子Table 2 Time proportion and comprehensive impact factors

由表2可知，天气条件对所有工作环节均有影响，地形因素对作业人员进行故障巡视和携带工器具赶赴现场环节有影响，其余因素主要对塔上作业环节有影响。当某因素对某作业环节无影响时，则该因素对该作业环节的影响因子取值为1，否则为上式计算值。综合上述分析，在各影响因素下，线路i的抢修时间Ti为

(7)

2 算例计算

为验证文中提出的输电线路停运时间模型的合理性和准确性，分别采用该模型和传统模型对改进的IEEE-RBTS可靠性测试系统进行仿真[13]。该标准测试系统发电侧与输电侧充裕度相对平衡，能较好地体现输电线路可靠性对系统可靠性的影响。但原系统中元件参数设置过于简化，仅将输电线路抢修时间均值作为所有线路的停运抢修时间，同时缺少输电线路地形、杆塔高度、同塔回路数和支线数量等参数。为使得该系统更符合现场实际情况，同时体现各因素对抢修时间的影响，对该系统中输电线路的部分参数和接线方式进行补充，改进后的系统接线图和输电线路参数如图1和表3所示。

图1 改进后的IEEE-RBTS接线图Fig.1 Wiring diagram of improved IEEE-RBTS

表3 输电线路可靠性数据Table 3 Reliability data of transmission line

图1中，线路L1～L9为IEEE-RBTS测试系统初始线路，L10和L11为该文增添线路，分别为L5和L8的支线，其电气参数与主线保持一致，支路供应的最大负荷按照线路最大传输容量的60%设置。将输电线路所处地形分为山区和平原两部分，各输电线路杆塔的平均塔身高度和架设在山区的比例如表3所示。

为深入分析输电线路停运抢修时间对电网可靠性的影响，分别对以下几种情况进行讨论：

情况1：不考虑影响因素，系统中各输电线路停运抢修时间恒定不变，为系统给定的初始值，如表3所示。

情况2：考虑输电线路的地形条件、杆塔高度、同塔回路数和支路数量4个影响因素，其中L1、L2和L5分别与L6、L7和L8同塔双回路架设。抢修各环节时间占比如表2所示，抢修基准时间与情况1相同。

情况3：同时考虑天气因素，假设当天为大雨天气，其他条件与情况2相同。

2.1 抢修停运时间

为了分析各影响因素对线路停运抢修时间的影响，对情况2中各线路分别进行抢修时间计算，结果如图2所示。

图2 线路抢修时间Fig.2 Repair time of transmission line

由图2可知：L1、L6、L2和L7抢修所需时间较长,其原因为这些线路均为同塔多回路架设，杆塔高度较高，且大部分架设在山地，交通不便；L3、L4和L9抢修所需时间较短，其原因为这些线路均为单回路架设，杆塔高度较低，且大部分架设在平地，交通便利。所有线路的实际抢修时间均与基准时间存在一定偏差，如不考虑影响因素，假定所有线路的抢修时间为统计的基准时间，则会产生较大误差。

2.2 电网可靠性

为了分析各影响因素对电网可靠性的影响，以电量不足期望值(expected energy not supply，EENS)为指标对情况1、情况2和情况3分别进行可靠性计算，结果如表4所示。

表4 不同情形下的EENSTable 4 EENS for different case

由表4可知，情况2可靠性指标高于情况1，表明若不考虑影响因素，仅用线路的抢修基准时间表征所有线路的修复能力，计算得到的电网可靠性水平与电网真实可靠性水平存在较大误差。进一步分析可知:L1、L6、L2和L7为系统大容量电能传输关键通道，一旦其发生停运，较长的抢修时间将降低电网可靠性水平；情况3的可靠性指标显著高于情况2，表明天气因素是影响电网可靠性的重要因素，其原因为恶劣天气将延长抢修所有环节作业时间，致使线路修复能力降低，进而降低电网可靠性水平。

3 结 语

1) 输电线路抢修过程由故障巡视、停电复电操作、赶赴故障现场、安装拆卸接地线和故障部位修复等环节组成，各环节耗时受多种因素共同影响。

2) 以多回同塔方式架设在山区且塔身较高的杆塔故障抢修时间较长，应在此类输电线路附近常驻抢修力量。

3) 传统模型不考虑各影响因素，仅采用输电线路抢修时间均值作为输电线路的实际停电时间进行可靠性评估，其评估结果与电网真实可靠性水平存在较大误差。