配電設備故障率分析及檢修決策

湯雪松，劉 貞，王洪授，陳紅光，楊 弦，沙道鳳，孫會龍，尹志成

(1.重慶潼南區供電有限責任公司，重慶 402660；2.重慶理工大學低碳能源中心，重慶 400054；3.重慶房地產職業學院，重慶 404100)

1 前言

隨著運行時間的增加，配電設備在工作過程中可能會存在部分零部件損害甚至整個設備出現不同程度惡化的問題[1]。在設備狀態監測背景下，對配電設備故障進行預測分析，檢修工作人員通過考慮設備健康狀況、檢修經濟性、檢修效率等因素，選擇大修、小修或不修[2]。故障率的預測及分析，通常是通過對設備運行是狀態數據進行收集分析得到的[3]。目前在電力故障率預測與分析中主要通過風險評估法，建立故障率檢修與時間模型，來預測設備故障率[4]。在電力設備概率分布中常用的有指數分布、正態分布、威布爾分布等，其中基于健康指數的指數分布和威布爾分布應用的最為廣泛。本文基于設備健康狀況，建立健康指數和設備運行、維修時間的關系建立電力設備故障率求解模型，以此來進行故障率預測與分析，并針對設備發生故障率的大小和時間的周期長短進行檢修決策。

2 基于設備健康狀況的故障率求解

通過實時的設備監控數據統計分析可以看出設備故障率大小與設備的運行狀態密切相關，本文通過設備狀態監控系統的數據收集分析來獲取配電設備的的健康狀況，即“健康指數”(Health Index,HI).利用設備健康指數與故障率之間的關系來預測、求解析故障率[5]。其兩者之間的關系可表示為：λ=K×eC*HI

(1)

式(1)中，λ表示故障率；K為比例系數；C為曲率系數。

利用式(1)來研究配電設備在一個周期內時刻t對應的故障率為：

λ(t)=λ*(Δt+t)

(2)

式(2)中，λ(t)表示為在一個周期內t時刻的故障率；λ(Δt+t)表示為設備在Δt+t時刻的故障率。

以此類推，在研究的一個周期內，時刻的設備故障率滿足：

(3)

式(3)中，tm表示為電力設備檢修故障開始時間；Δtm表示為電力設備檢修故障持續的時間；tm+Δtm為故障檢修結束時間。

利用上述的故障率模型可求解出設備在一定周期內的時刻的故障率，同時可以根據故障率大小來求出可靠度(Reliability)：

(4)

式(4)表示為在某一時刻內設備正常運行的可靠程度是多少，其中可靠度R(t)與故障率F(t)的關系為：

F(t)=1-R(t)

(5)

3 生設備故障率原因分析

無論是配電設備本身運行耗損故障，還是外部環境導致的故障，都有可能給整個配電系統正常工作帶來巨大的障礙。同時，設備故障多發生在用電高峰期，一方面給用電消費者帶來不便，另一方面會造成巨大的經濟損失。因此分析設備故障發生的常見原因，可以幫助維修人員更快找到故障的源頭，也可以使工作人員加強日常的管理與維護。

3.1 設備自身運行故障

由于配電設備自身工作的特殊性，其需要二十四小時不間斷的聯想工作，且在運行過程中，自身的溫度會隨工作時間的增加越來越高，這加速了配電設備的老化程度，如果狀態檢修人員沒有及時發現或預估設備的工作狀態情況，對其進行日常維護，設備很容易因工作時間或溫度原因出現故障，從而導致停止工作。一旦主要設備發生故障，將會影響整個配電系統的正常運行，會導致巨大的經濟損失。因此，狀態檢修人員應根據監測系統反饋的設備工作運行數據，進行設備日常維護，防患于未然，以免設備出現大面積故障導致的一系列問題。

3.2 外部因素導致的故障

外部因素導致的設備故障可分為兩種情況：一種是工作人員日常維護不夠認真，維修技術不過關導致的設備二次損壞；一種是自然氣象災害引起的配電線路損壞。

在配電設備的日常運行與管理中，檢修人員扮演著重要的角色。在日常巡查中，工作人員負責記錄設備運行的原始狀態，根據實時監控的運行數據，以及狀態檢修的評估守則預判設備的各零部件是否存在異常，如果存在異常，巡查人員因工作疏忽或檢查記錄不認真，將有可能增加設備損壞的風險。同時在檢修過程中，如果檢修人員缺乏專業的檢修技術，不能準確的判斷故障源或維修操作不當都有可能導致設備在短時間內出現二次故障。因此想要減少人為因素導致的故障率，一方面要加強檢修管理，另一方面要提高維修人員專業技術。

自然災害造成的設備故障往往是突發性的，與此同時造成的配電系統損失也是大面積的、嚴重的。比如夏季的臺風、暴雨、雷電、泥石流等災害容易造成配電線路的絕緣部損壞，使得配電線和相關零部件保護層破損而暴露導致的燒毀現象；冬季的暴雪、凍雨、結冰等易造成配電設備在運行過程中發生故障。預防自然災害導致的設備故障，需要加強日常管理與維護，在氣象災害多發季節要加強巡視檢查，一旦發生故障要及時搶修，以免影響配電系統的正常運作。

4 狀態檢修決策優化

隨著狀態檢修在電力系統的應用與發展，其檢修方式的選擇也成為整個狀態檢修過程的重要環節之一。檢修方式選擇恰當將大大提高檢修的效率性和可靠性，反之，不僅會導致檢修不足或過度，還會造成巨大的經濟損失。

4.1 檢修方案具有專業性

目前針對配電設備檢修問題的研究，國內外學者大都關注的是基于故障率發生時間和檢修時間的檢修決策建模及其求解優化，很少有學者研究檢修方案的設計和選擇對檢修決策優化的作用。在狀態檢修中針對設備發生故障的大小不同，有多種檢修方案可以選擇，嚴格科學化的檢修方式才能更好的完成檢修任務。根據設備損壞的程度及可靠性、經濟性、安全性等考慮，可選擇更換設備、大修、小修、不修。依據監測的設備健康狀況，技術人員在考慮檢修時間和檢修費用的基礎上，針對設備劣化程度全面綜合的評價故障率大小以此來制定檢修方案。綜合的將檢修時間和檢修方式選擇融入到檢修計劃中，使得檢修決策更加貼近實際設備狀態，這將有利于延長設備的使用壽命。

4.2 避免周期性故障檢修

想要提高配電設備的生命周期,就需要加強前期的狀態監測與檢修。但實際上很多電力公司并不注重前期的狀態檢修，為了節約或減少前期工作，即使檢修人員在狀態檢修前期發現設備有些異常但依然可以正常工作時會選擇不予檢修，時間一久設備會出現成周期性的大面積損壞，這不僅單位了電力系統的正常工作，同時也消耗了巨大資金。同時，作者通過對潼南電力公司的調研發現，仍然有很多電力公司在狀態檢修中選擇周期性檢修，即在設備維護和檢修上有一定的周期預測性。隨著智能電網時代的到來，這種檢修方式的局限性將不斷暴露。電力科技技術的不斷進步與發展要求電力企業要摒棄舊的狀態檢修方式，應當逐漸杜絕周期性預測與檢修。電力企業應積極進行技術革新和檢修管理改革，只有這樣才能真正適應時代的發展。

5 結語

基于配電設備健康指數與其故障率之間的關系，構建設備故障率求解模型，并通過利用實時監測智能系統來獲取設備的運行健康數據，以此來求解、分析設備故障率。發現該模型是求解設備故障的依據，通過分析常見的設備故障發生原因，有利于在設備維護管理中加強故障率較高設備的巡視與監測，避免出現大的狀態故障檢修。同時，在現有狀態檢修技術及方案的基礎上，提出檢修優化決策方式，以此希望對配電設備狀態檢修做一些小小的貢獻。