電網(wǎng)設備系統(tǒng)檢修策略

湯宗亮，衡思坤，韋海榮

(1.連云港供電公司，江蘇連云港 222000；2.南京導納能科技有限公司，江蘇南京210028)

電網(wǎng)設備檢修方式經(jīng)歷了故障檢修、定期檢修和狀態(tài)檢修3個階段[1]。故障檢修是根據(jù)設備故障報修開展的，是一種失度檢修方式。定期檢修是基于保守的運行經(jīng)驗和設備使用說明書開展的，是一種過度檢修方式。隨著在線監(jiān)測技術的發(fā)展和輸變電設備制造工藝水平的提高，狀態(tài)檢修方式正在國內外逐步推廣。但是目前狀態(tài)檢修僅考慮設備自身的狀況，沒有充分考慮設備檢修對電網(wǎng)系統(tǒng)以及用電客戶的影響。因此，設備檢修方式需要繼續(xù)向系統(tǒng)狀態(tài)檢修和面向客戶的檢修方式邁進[2]。文中提出輸變電設備系統(tǒng)檢修策略，重點研究單一設備的狀態(tài)檢修如何向面向客戶的系統(tǒng)狀態(tài)檢修過渡。

1 系統(tǒng)狀態(tài)信息收集

1.1 系統(tǒng)狀態(tài)信息收集模型

系統(tǒng)狀態(tài)檢修的核心是系統(tǒng)狀態(tài)評價，而系統(tǒng)狀態(tài)評價的基礎是系統(tǒng)狀態(tài)信息收集。輸變電系統(tǒng)狀態(tài)信息收集是一個包含管理和技術手段的系統(tǒng)性工程。系統(tǒng)狀態(tài)信息收集模型如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)狀態(tài)信息特性分析

基于對某2000 MW負荷的地區(qū)電網(wǎng)近10年來的運行情況和設備缺陷狀況分析來看，輸變電系統(tǒng)狀態(tài)信息有以下幾個特點：（1）系統(tǒng)狀態(tài)信息包括設備和電網(wǎng)的運行狀況；（2）系統(tǒng)狀態(tài)量的影響程度不同地區(qū)不盡相同；（3）系統(tǒng)狀態(tài)信息是時間函數(shù)，狀態(tài)量的變化趨勢往往比狀態(tài)量本身的數(shù)值更為重要。

2 系統(tǒng)狀態(tài)評價

在系統(tǒng)狀態(tài)信息收集的同時開展系統(tǒng)狀態(tài)評價。系統(tǒng)狀態(tài)評價分為單一設備狀態(tài)評價、回路狀態(tài)評價和系統(tǒng)狀態(tài)評價3個階段。狀態(tài)評價結果分為正常狀態(tài)、注意狀態(tài)、異常狀態(tài)和嚴重狀態(tài)[3]。當評價量化值達到特定區(qū)間時，即認為評價結果為某種狀態(tài)。

2.1 單一設備的狀態(tài)評價

單一設備的狀態(tài)評價由設備部件的狀態(tài)評價構成。當設備各部件的狀態(tài)量量化值達到特定的區(qū)間時，則認為設備為某一狀態(tài)。對一些狀態(tài)信息量化值沒有達到限值但明顯差異的，有專門的評價方法。評價結果反應設備整體及所屬部件的最嚴重狀態(tài)。不同類型的設備應制定不同的評價方法。

2.2 回路的狀態(tài)評價

單一設備狀態(tài)評價結束后，進行設備所在的回路狀態(tài)評價。定義實現(xiàn)同一功能且相互影響的設備群組成一個回路。常見的回路包括母線回路、變電回路和輸電回路，見圖（2—4）。

圖2 母線回路

回路的狀態(tài)評價由回路設備狀態(tài)評價、回路隨機失效性評價、回路風險程度評價和回路技改反措評價四個部分組成。

圖3 變電回路

圖4 輸電回路

回路設備狀態(tài)評價包括回路內一、二次設備的狀態(tài)評價，評價結果反應回路內各設備的最嚴重狀態(tài)。

回路隨機失效性評價根據(jù)各類設備統(tǒng)計故障率，按照式（1）、（2）、（3）進行量化。其中單一設備的故障率由歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲得。

式中：rn（t）為評價時刻單一設備的可靠度；n為回路中設備的數(shù)量；λn為單一設備的故障率；t為評價的時間點；tn為設備上一次大修和全校驗的時間點；R（t）為評價時刻回路的可靠度；F（t）為評價時刻回路的失效率。

回路風險程度評價以設備故障率的浴盆曲線特性為依據(jù)，按照式（4）進行量化。

式中：Q（t）為回路的風險故障率；qn（t）為單一設備的風險故障率。回路的技改反措評價根據(jù)回路的危險點源及反措執(zhí)行情況來開展。

2.3 系統(tǒng)的狀態(tài)評價

回路評價結束以后，進行回路所在的系統(tǒng)狀態(tài)評價。定義為同一客戶群供電的所有回路的集合為系統(tǒng)。電網(wǎng)中系統(tǒng)的劃分如圖5所示，系統(tǒng)內部的環(huán)節(jié)和斷面如圖6所示。系統(tǒng)狀態(tài)評價由系統(tǒng)設備狀態(tài)評價和系統(tǒng)通流能力評價兩部分組成。系統(tǒng)設備狀態(tài)評價由系統(tǒng)內各回路設備的狀態(tài)評價構成，評價結果反應系統(tǒng)內回路設備的最嚴重狀態(tài)。系統(tǒng)通流能力評價由系統(tǒng)承載力評價和系統(tǒng)結構性評價兩部分組成。系統(tǒng)承載力評價反應的是系統(tǒng)各回路在最大潮流情況下的過載能力，系統(tǒng)結構性評價反應的是系統(tǒng)在故障下的自適應能力。系統(tǒng)的通流能力評價見表1。

3 系統(tǒng)檢修策略

3.1 系統(tǒng)檢修策略

圖5 電網(wǎng)系統(tǒng)劃分示意

圖6 系統(tǒng)環(huán)節(jié)和斷面劃分示意

表1 系統(tǒng)通流能力評價標準

系統(tǒng)狀態(tài)評價按照設備、回路和系統(tǒng)順序進行，而系統(tǒng)檢修策略的制訂則正好相反。系統(tǒng)檢修策略根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)評價結果，按照系統(tǒng)、回路和設備的順序逐步明確。系統(tǒng)評價和檢修策略工作過程如圖7所示。檢修策略的制定分為3個步驟：（1）確定系統(tǒng)、回路和設備的檢修級別；（2）確定系統(tǒng)的技術改造方案；（3）確定回路的檢修方案。

圖7 系統(tǒng)狀態(tài)評價和檢修策略工作過程

檢修級別分為3種情況：（1）停電檢修，根據(jù)檢修內容的復雜程度細分為A、B、C三類；（2）不停電檢修為D類；（3）帶電作業(yè)和事故搶修為E類。

3.2 系統(tǒng)檢修計劃

系統(tǒng)檢修策略是通過系統(tǒng)檢修計劃來執(zhí)行的。檢修計劃要明確檢修工作的具體執(zhí)行時間。首先根據(jù)回路檢修順序因子來確定各回路的檢修順序。檢修順序的因子越大，回路的檢修順序越靠前。檢修順序因子由回路的狀態(tài)和回路重要性2個因素決定[4]，其計算方法見圖 8和式（5）。

圖8 回路檢修順序因子計算方法

各回路的具體檢修時間通常采用啟發(fā)式算法的優(yōu)化程序進行優(yōu)化安排，就是以一個目標函數(shù)為方向，考慮各種約束條件，通過不斷地嘗試來尋找一個最優(yōu)結果。常見的目標函數(shù)是全網(wǎng)各回路檢修風險損失電量和最小，回路檢修風險損失電量計算見式（6）。

式中：W為停電風險損失電量；T為失效修復時間；f為失效頻率；t為計劃檢修天數(shù)；p為系統(tǒng)的平均負荷。

4 工程實例

選取港城地區(qū)110 kV蒼梧變10 kV母線所帶客戶集合為一個客戶群，為該客戶群服務的系統(tǒng)定義為蒼梧系統(tǒng)，包括鳳蒼線735線路、茅鳳線717線路、蒼梧1號主變、蒼梧2號主變、蒼梧10 kVⅠ母、蒼梧10 kVⅡ母、蒼梧10 kV母聯(lián)7個回路。每個回路由數(shù)量不等的一、二次設備組成，獨立完成一個輸、變電或者配電功能。具體系統(tǒng)組成如圖9所示。

圖9 蒼梧系統(tǒng)

單一設備狀態(tài)評價結果為：鳳蒼735線路為異常狀態(tài)，原因是絕緣子老化；735線路保護為注意狀態(tài)，原因是校驗周期到期；蒼梧變1號主變保護為注意狀態(tài)，原因是校驗周期到期。

綜合設備評價結果。回路的狀態(tài)評價結果為：鳳蒼735線路回路為異常狀態(tài)；蒼梧1號主變回路為注意狀態(tài)。

環(huán)節(jié)通流能力評價結果為：變電環(huán)節(jié)為嚴重狀態(tài)，原因是蒼梧主變N-1時2號主變過載超過40%；受電環(huán)節(jié)為異常狀態(tài)，原因是蒼梧10 kVⅡ母出線間隔數(shù)量不滿足導致部分線路過載。

綜合環(huán)節(jié)通流能力評價結果和回路狀態(tài)評價結果，該系統(tǒng)的總體評價為嚴重狀態(tài)，檢修策略見表2。

表2 蒼梧系統(tǒng)檢修策略

4 結束語

確保經(jīng)濟性和可靠性的適度檢修是狀態(tài)檢修。狀態(tài)檢修應從系統(tǒng)和用戶角度審視，依據(jù)整個系統(tǒng)的狀態(tài)來安排檢修的頻度和深度。系統(tǒng)狀態(tài)評價是核心，不僅要掌握設備的狀態(tài)，還要掌握回路以及整個系統(tǒng)的狀況。公司成本控制和用戶電量供應是檢修策略目標。狀態(tài)限值、環(huán)境保護和檢修業(yè)務外包等檢修策略約束條件需要進一步研究。

[1]陸頌元.美國幾個電廠狀態(tài)檢修技術的發(fā)展過程及特點[C]//全國火電機組狀態(tài)檢修研討會論文集.昆明：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2004：24-28.

[2]XU B，HAN X S，LI M，et al.System Maintenance Scheduling：Review and Prospect[C]//Proceeding of 2nd ISGT(Asia).天津：ISGT(Asia)，2012：37-55.

[3]國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術部.Q/GDW 174—2008架空輸電線路狀態(tài)檢修導則[S].北京：國家電網(wǎng)公司，2008.

[4]BALZER G，SCHMITT O，HALHANN M，et al.Maintenance and Refurbishment Strategies for M V Substations[C]//Proceeding of 16th CIRED.Amsterdam：CIRED，2001：77-81.