電網主變壓器與斷路器安全風險評估及防范策略研究

電網主變壓器與斷路器安全風險評估及防范策略研究

廣西電網公司電力科學研究院

對電力設備進行安全評估，掌握電力設備故障發生發展的概率和趨勢，提出防止電力系統發生事故的預防措施，降低甚至是避免事故的發生，并優化電力設備維修試驗，降低設備維護試驗的工作量，是提高電力設備技術監督和管理水平的有效手段，也是電力系統設備安全管控的必然趨勢。

變壓器；斷路器；形態評價；安全評估

保障電力設備安全、可靠、穩定與經濟運行是電力部門的一項重大工作，對電力設備進行安全評估，掌握電力設備故障發生發展的概率和趨勢，提出防止電力系統發生事故的預防措施，降低甚至是避免事故的發生，并優化電力設備維修試驗，降低設備維護試驗的工作量，是提高電力設備技術監督和管理水平的有效手段，也是電力系統設備安全管控的必然趨勢。

廣西電網公司電力科學研究院重視設備管理的基礎工作，著眼于技術監督的信息化、數據化、智能化，基于設備管理現狀積極探索設備管理模式如何在保證設備安全的前提下，實現設備效能和經濟效益最優。各級管理人員、技術人員在設備管理工作中，注重技術深挖和總結，承擔了南方電網公司重點科技項目“廣西電網主變壓器、斷路器安全風險評估及防范策略的研究”，及“廣西電網運行20年及以上變壓器安全經濟性分析”等與設備管理、狀態評價和風險評估密切相關的科技項目。“廣西電網主變壓器、斷路器安全風險評估及防范策略的研究”課題提出了完整的基于風險的狀態檢修體系，變壓器、線路和斷路器的風險定量評估方法和以設備維護費用最小為目標的短期維修決策方法，開發了實用化的基于風險的維修決策輔助系統，編制完成南方電網公司“變壓器風險評估導則”及“斷路器風險評估導則”。該課題1項實用新型專利“用于輸變電設備狀態檢修的計算機網絡”已獲授權。兩項發明專利“基于風險評估的輸變電設備狀態檢修體系”及“輸變電設備狀態檢修及風險評估輔助決策系統”已進入公開實審階段。兩項軟件著作權已獲授權。論文“基于風險的狀態檢修技術研究”入選第七屆南網論壇論文集。

一、積極推進廣西電網設備狀態評價及風險評估工作

1．規范和完善設備信息管理體系，推進技術監督信息化、數據化

廣西電網電力科學研究院開發了“基于風險的狀態檢修輔助決策系統”，規范和完善各大信息系統的狀態量信息，實現了家族性缺陷、巡檢、試驗以及在線監測等狀態量的信息化、數據化，“輔助決策系統”通過與上述信息系統數據接口實現了狀態量的自動評價。風險評估模塊作為“輔助決策系統”的核心模塊之一實現了與中調SCADA/EMS系統的實時數據傳輸，通過特定的保密協議獲取電網設備電氣信息、網絡拓撲連接關系、系統負荷斷面等數據，通過模塊算法的實現，輸出設備損失風險、人身環境風險、系統損失風險和社會損失風險并以貨幣形式體現，提出多種相應的綜合降低設備安全總風險的措施，達到了安全、效能和成本之間的綜合平衡。

2．建立狀態評價和風險評估標準體系

負責南方電網“變壓器風險評估導則”及“斷路器風險評估導則”的編制，參加歷次南方電網“變壓器狀態評價導則”及“斷路器狀態評價導則”的研討。建立了一套符合變壓器和斷路器特點的風險評估定量化指標體系，對已經進行狀態診斷的設備進行精量化的維修風險評估，得出維修風險值。維修風險值包含設備損失風險、人身環境風險、系統損失風險和社會損失風險。各風險值最后均以萬元為單位的貨幣形式展現。這一嘗試走在了國內電網公司的前列。

3．采用先進技術，加強設備狀態監測手段

負責南方電網變壓器類設備在線監測及帶電測試裝置技術標準的編制。采用變壓器油色譜等在線監測、變壓器局放測試等帶電檢測技術手段加強對設備狀態的監測。

4．開展狀態評價及風險評估試點

（1）評價計劃。按照廣西電網公司2011年設備狀態評價工作計劃，廣西電網公司電力科學研究院于2011年3月14日至31日先后赴玉林、南寧、崇左供電局組織開展設備狀態評價試點工作。開展狀態評價試點的設備為南寧、玉林、崇左供電局6個試點變電站共12臺110千伏及以上油浸式變壓器以及96組SF6斷路器。設備狀態評價依據為《Q/CSG 11001-2010 110千伏～500千伏油浸式電力變壓器（電抗器）狀態評價導則》《Q/CSG 11099-2010 110千伏～500千伏 SF6斷路器狀態評價導則》。試點評價采用的評價工具為輸變電設備狀態檢修輔助決策系統（http://10.194.64.225:8080/gxcbm/login.htm）。在開展試點評價工作前，電科院對供電局相關技術人員開展了輔助決策系統的技術培訓。

（2）評價結果。此次評價的108組設備中，除了1組斷路器評價結果為“注意狀態”外，其余設備評價結果均為“正常”。“注意狀態”的設備為玉林供電局220千伏陸川變電站2號主變變中102間隔2號主變110千伏側102開關，原因為：SF6氣體兩次補氣間隔小于1年大于半年。

5．推進廣西電網公司110千伏及以上變壓器、斷路器狀態評價工作

（1）根據試點情況完善狀態評價業務系統流程。根據安全風險管理體系建設及輸變電設備狀態檢修工作推進的要求，廣西電網公司下屬各供電局、梧州運維局按南方電網公司要求，在8月31日前完成了所屬110千伏及以上變壓器、斷路器的狀態評價工作，并隨后對其開展設備風險評估工作。3月至5月，廣西電網公司電力科學研究院協助南寧、玉林、崇左三所試點供電局，按照管理辦法，使用“廣西電網輸變電設備狀態檢修與風險評估輔助決策系統”對試點變電站110千伏及以上變壓器、斷路器開展了狀態評價，并對評價結果進行了匯總分析。5月至6月，電科院就設備狀態評價試點情況與試點供電局反饋交流，并按照南方電網公司狀態檢修實施方案對輔助決策系統的業務評價流程進行了調整。

（2）開展狀態檢修培訓。廣西電網公司于5月31日至6月2日、6月8日至6月10日，在南寧開辦了兩期狀態檢修培訓班，電力科學研究院派技術人員全程參與培訓指導。培訓內容包括：①廣西電網公司狀態檢修工作的精神和近期工作安排；②《南方電網公司狀態檢修管理辦法》、《南方電網公司2011年輸變電設備狀態檢修工作實施方案》；③Q/CSG 11099-2010《110千伏～500千伏SF6斷路器狀態評價導則》、Q/CSG 11001-2010 《110千伏～500千伏油浸式電力變壓器（電抗器）狀態評價導則；④設備狀態量的錄入、“輔助決策系統”理論及實操培訓等。

（3）深入供電局進行定期狀態評價工作技術指導。在設備狀態評價工作開展過程中，電力科學研究院派技術人員到供電局進行實地技術指導工作，確保廣西電網公司各供電局于8月31日前完成110千伏及以上變壓器、斷路器狀態評價工作。

二、開展對廣西電網老、舊變壓器開展安全經濟性評價

廣西電網現階段110千伏及以上電壓等級的變壓器共計492臺，運行15年及以上的有80臺，占到總數的16.26%；在這80臺變壓器中，運行年限超過20年的有15臺，另外還有65臺是介于15～20年的。與當前新型的變壓器相比，這些役齡超過15年的變壓器由于運行年限較長，空載損耗大，老化和滲漏情況較嚴重，一方面容易造成環境污染，增大電網損耗，另一方面由于其電壓等級較高，也給廣西電網的安全穩定運行帶來了較大的潛在隱患，電網可靠性的風險在不斷加大。

為了提高這類役齡較長變壓器的供電可靠性，更好地保障電網的安全、穩定、經濟運行，實現這一類變壓器運行安全隱患與運行經濟性能的分析，更好的指導這類變壓器設備的更換、改造、檢修與試驗等工作。廣西電網電力科學研究院負責組織對廣西電網下屬的80臺運行15年及以上變壓器進行安全經濟性評價。提出了變壓器狀態評價、風險評估及經濟性分析輔助決策的算法和模型。通過運用變壓器狀態評價和風險評估技術，分別從安全性和經濟性的角度對變壓器大修、改造或更換所能產生的效果進行綜合分析，模擬技改評估結果，提供變壓器未來最佳更換時期，實現對老舊變壓器的最優化管理。具體研究內容如下：

1．變壓器安全性和經濟性分析決定性原始參數的研究

由于設備運行、維護、管理等存在時間和空間的差異性，不同時期及不同電力部門在對同一類設備的試驗項目、數據獲取、數據管理等各方面均存在一定差異。因此，需要對所評估的設備進行深入的調研，制定影響變壓器安全和經濟性運行的相關信息。

2．變壓器評估所需數據的收集、審核和量化

對變壓器進行完整的安全性和經濟性分析涉及諸多數據項目，因此，需要合理整合各個資源，最大程度的保證數據收集的完整性、準確性及方便性。此外，對搜集信息的數字量化同樣需要制定嚴格、科學且具有實際操作性的量化標準。

3．變壓器安全性分析模型的研究

依據設備老化原理、特征狀態量診斷技術并綜合設備運行管理中所掌握的各種實際經驗，建立適用于老舊變壓器的安全性分析模型，得出表征設備所處安全狀態的健康指數和故障發生概率。

4．變壓器經濟型分析模型的研究

在安全性分析模型的基礎上，對變壓器運行潛在的故障類別、故障后果以及新老變壓器在損耗方面的差異性，分析變壓器運行的經濟性，并進行量化。

5．投資策略模型研究

綜合安全性和經濟性分析結果，制定同時考慮安全性和經濟性分析的變壓器投資策略，為變壓器的優化投資提供科學的指導依據。

通過本課題的研究，廣西電網公司電力科學研究院提出了變壓器健康狀態分析所需原始數據的定量標準，為設備評估所需數據的準確采集和客觀量化奠定了良好基礎，同時也為研究成果的快速普及提供了有利條件；實現了變壓器老化原理及特征狀態量診斷技術到設備健康狀態的工程化應用，得出了量化的變壓器健康指數；根據理論計算的設備故障發生概率與實際統計的設備故障率之間的模型和參數匹配，得出了針對變壓器未來故障發生概率的計算模型，實現了對變壓器未來故障發生概率的預測；基于變壓器狀態評估結果，通過對故障后果類別和故障后果的定量分析，實現了變壓器風險值的定量評估，為經濟性分析和投資策略的制定提供了技術基礎；基于NPV分析方法，結合變壓器的狀態、風險評估結果，以及各典型變壓器的損耗水平，實現了變壓器未來投資經濟性模型的研究。為廣西電網老舊變壓器在未來一段時間內的規劃管理提供了極具科學性的指導策略，有效的提高資金規劃的合理性和經濟效益。

三、開展廣西電網電力設備全壽命周期管理可行性研究

廣西電網輸變電設備數量多、品種雜、分布廣、變動多，管理起來非常困難，而且管理手段和方式各地方不一致。長期以來，在每年例行的資產清查盤點中都會清理出一大批有物無賬或有賬無物的資產。為解決這問題，近年來廣西電網公司陸續開展了清產核資、資產清理處置等專項工作，投入了大量人力物力。但是，目前取得的成效與精益化管理的要求還有較大差距，無法適應現代化企業管理的需要。

結合廣西電網現行設備管理方式和現有基礎，廣西電網公司電力科學研究院深入分析比較與國內外設備管理先進水平的差距，從技術、管理、可操作性層面提出分析比較報告和改進建議，提出了在廣西電網開展設備全壽命周期管理的總體初步設想和方案，制定試點單位設備全壽命周期管理試點工作的總體思路。設備全生命周期成本LCC（life cycle cost）管理是通過引入先進的理念，解決傳統管理模式下設備管理各階段被人為割裂的問題，實現對設備系統化、動態化的統籌管理，同時在確保安全性、可靠性的前提下，使設備全生命周期成本最低，實現企業整體效益的優化。針對廣西電網的實際需要，提出構建輸變電設備全生命周期成本的模型，對運行維護工作進行評估，對設備進行管理，在此基礎上進一步建立優化的設備投資策略模型，以此改進企業管理和業務流程，指導企業有效開展管理和生產活動。為了保證以上目標的實現，擬建立一套行之有效的信息系統，記錄和跟蹤設備全生命周期信息。該系統不僅實現設備“賬、卡、物”的一致，而且為設備運行狀況積累歷史數據。根據歷史數據反映的情況，可以實現設備成本估算模型中參數的動態調整，不斷優化設備投資策略。

四、修訂“變電設備標準缺陷知識庫”

根據廣西電網輸變電設備“缺陷定級標準”、“缺陷部位規范”、“缺陷類別規范”、“缺陷原因規范”，補充、修訂現有標準缺陷知識庫中缺陷部位、缺陷類別細分、缺陷表象描述、缺陷原因、處理措施、廣西缺陷等級及設備狀態等級，規范了缺陷流程。

輸變電設備的狀態檢修已經成為電力系統的熱點問題，但目前國內外尚未形成完善的比較適合電網企業的狀態檢修理論體系，對設備狀態的正確細分和及時檢測、故障機理的全面掌握、剩余壽命的準確預測、風險的合理評價、檢修計劃的科學安排都需要通過不斷地深化應用、總結經驗、學習國內外最新研究成果、開展科學的研究和探討、加強狀態檢修的工作管理來完善，因此，完善狀態檢修工作是一個持續改進、努力超越現有技術、追求卓越成果的過程。