基于風(fēng)險評估的特高壓受端電網(wǎng)輸電設(shè)備檢修策略研究

楊曉輝，尹玉君，寇曉適（.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州45005；.南瑞集團公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇南京06）

基于風(fēng)險評估的特高壓受端電網(wǎng)輸電設(shè)備檢修策略研究

楊曉輝1，尹玉君2，寇曉適1
（1.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州450052；2.南瑞集團公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇南京211106）

特高壓交直流大容量輸電對于保障受端電網(wǎng)供電可靠性意義重大。結(jié)合工程實踐，研究了面向特高壓受端電網(wǎng)的輸電設(shè)備協(xié)調(diào)檢修策略。以華中地區(qū)某特高壓落點省級電網(wǎng)為例，分析并找出受端電網(wǎng)中與特高壓輸送功率存在強耦合關(guān)系的重要設(shè)備；依據(jù)設(shè)備檢修引入的電網(wǎng)運行風(fēng)險量化評估指標(biāo)，提出了相關(guān)設(shè)備與特高壓的檢修協(xié)調(diào)原則及設(shè)備檢修安排的優(yōu)先順序。提出的方法對于特高壓受端電網(wǎng)編制年度檢修計劃，保障特高壓正常運行具有借鑒意義。

檢修策略；風(fēng)險評估；特高壓；受端電網(wǎng)

0 引言

設(shè)備檢修是保證設(shè)備安全和電網(wǎng)運行可靠性的一項重要措施，隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大和設(shè)備數(shù)量的急劇增加，科學(xué)合理的設(shè)備檢修策略顯得尤為重要。特高壓交直流具有大容量、遠距離輸電的顯著特征，其運行狀態(tài)直接關(guān)系到受端電網(wǎng)的供電可靠性。因此，受端電網(wǎng)在制定設(shè)備檢修計劃時，必須優(yōu)先考慮相關(guān)設(shè)備與特高壓直流的協(xié)同配合，避免因檢修安排不當(dāng)造成特高壓的非正常運行。

根據(jù)設(shè)備實際狀態(tài)制定檢修計劃，相比傳統(tǒng)的定期檢修方式可以顯著提高電網(wǎng)整體運行的可靠性和經(jīng)濟性［1］。目前，我國電力系統(tǒng)正在從定期檢修逐步向狀態(tài)檢修過渡［2］，然而現(xiàn)有的狀態(tài)檢修主要從設(shè)備個體角度出發(fā)制定檢修策略［3，4］，對電網(wǎng)運行中設(shè)備間的關(guān)聯(lián)性、設(shè)備檢修對電網(wǎng)的影響考慮不足，作出的決策結(jié)果可能引起較大的系統(tǒng)損失，這一問題已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注［5－8］。文獻［9］介紹了一種考慮系統(tǒng)風(fēng)險的輸電系統(tǒng)檢修規(guī)劃方法，不僅給出了最低風(fēng)險檢修計劃，而且給出了計劃停運期間最可靠的系統(tǒng)運行方式。文獻［10］以供電售電損失最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立供電設(shè)備檢修計劃優(yōu)化模型，并采用改進遺傳算法進行求解。上述文獻從系統(tǒng)角度來制定設(shè)備檢修計劃，但沒有考慮設(shè)備狀態(tài)因素對檢修的影響。文獻［11］提出了電網(wǎng)狀態(tài)檢修的概念，研究了電網(wǎng)檢修風(fēng)險和故障風(fēng)險的數(shù)學(xué)表達，構(gòu)建了以檢修風(fēng)險和故障風(fēng)險最小為目標(biāo)函數(shù)的狀態(tài)檢修決策模型。文獻［12］提出一種計及設(shè)備故障風(fēng)險及電網(wǎng)運行風(fēng)險的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修決策優(yōu)化模型，以“綜合風(fēng)險費用最小”為優(yōu)化目標(biāo)，對待修設(shè)備的檢修時序進行了優(yōu)化。文獻［13］提出了一種以設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)的故障率計算、風(fēng)險評估方法，利用多目標(biāo)優(yōu)化的輔助決策方法實現(xiàn)檢修策略的優(yōu)化。文獻［14］提出以設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)給系統(tǒng)帶來的風(fēng)險增量作為重要度評價指標(biāo)，建立了以系統(tǒng)電量不足期望最小為目標(biāo)函數(shù)的輸電設(shè)備檢修計劃模型。

當(dāng)前，針對特高壓受端電網(wǎng)設(shè)備檢修引起的系統(tǒng)風(fēng)險分析和檢修決策優(yōu)化研究仍有不足。本文在已經(jīng)獲得設(shè)備狀態(tài)檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)風(fēng)險最小為優(yōu)化目標(biāo)，提出了一種綜合考慮設(shè)備狀態(tài)和安全穩(wěn)定評估結(jié)果的系統(tǒng)風(fēng)險量化評估指標(biāo)，依據(jù)該指標(biāo)給出了設(shè)備檢修時段安排和檢修排序建議。通過實際算例分析，表明了該方法的可行性。

1 基于狀態(tài)評價的設(shè)備故障率計算

設(shè)備故障率是系統(tǒng)風(fēng)險評估的基礎(chǔ)，而設(shè)備的健康狀態(tài)對設(shè)備的故障率有著直接影響［15］。運行人員依據(jù)設(shè)備狀態(tài)檢測結(jié)果和國家電網(wǎng)公司頒布的Q／GDW 1168—2013，對設(shè)備各狀態(tài)量進行量化評估，得出設(shè)備的狀態(tài)分值和設(shè)備狀態(tài)等級（分4種：正常、注意、異常、嚴(yán)重）。每種設(shè)備狀態(tài)等級對應(yīng)一個缺陷指數(shù)區(qū)間［16］，見表1。

表1 設(shè)備狀態(tài)與缺陷指數(shù)區(qū)間的關(guān)系Table 1 Equipments condition and defect index

假定設(shè)備故障概率與其缺陷指數(shù)之間服從指數(shù)分布規(guī)律，如式（1）所示：

式（1）中：γ表示缺陷指數(shù)為d時設(shè)備的故障率；A，B，C為未知系數(shù)。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來求式（1）中A，B，C取值方法。收集本地區(qū)近年（2年以上）的同類設(shè)備狀態(tài)區(qū)間分布數(shù)據(jù)和故障臺數(shù)，見表2。

表2 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計清單Table 2 The statistics of history data

設(shè)備故障率應(yīng)滿足的一般方程式為：

式（2）中：N0為統(tǒng)計周期內(nèi)發(fā)生故障設(shè)備的總臺數(shù)；N1－N4為缺陷指數(shù)落在所劃分的4個區(qū)間的臺數(shù)；di為缺陷指數(shù)，推薦分別取統(tǒng)計樣本狀態(tài)在各區(qū)間的中值，0.5，1.5，2.5和3.5。

利用數(shù)值方法求得系數(shù)A，B，C后，便可得到故障率與缺陷指數(shù)之間的具體函數(shù)解析表達式。

2 系統(tǒng)風(fēng)險評估模型

對于特高壓受端電網(wǎng)而言，由于設(shè)備檢修停運帶來的電網(wǎng)輸電能力下降，對受端電網(wǎng)和特高壓的運行都可能造成不利影響。本文充分考慮受端電網(wǎng)輸電通道／設(shè)備與特高壓之間的關(guān)聯(lián)性，以停運設(shè)備對特高壓和受端電網(wǎng)輸電能力的影響程度作為評價指標(biāo)，用故障概率與控制代價相結(jié)合而形成的風(fēng)險指標(biāo)來量化這種影響，即：

式（3）中：Ri為設(shè)備i檢修引入的系統(tǒng)運行風(fēng)險；n為特高壓敏感輸電斷面的設(shè)備集合；ΔPij為設(shè)備i檢修方式下，解決設(shè)備j故障所需的控制代價，用特高壓或送端機組減出力容量表示，MW；γj為基于狀態(tài)評價的設(shè)備j故障率。

3 考慮系統(tǒng)風(fēng)險的特高壓受端輸電設(shè)備檢修決策流程

考慮系統(tǒng)風(fēng)險的特高壓受端電網(wǎng)輸電設(shè)備檢修計劃制定流程如圖1所示。

（1）利用功率轉(zhuǎn)移比指標(biāo)，篩選出受端電網(wǎng)中與特高壓輸送功率存在強耦合關(guān)系的重要輸電斷面，得到參與風(fēng)險評估的設(shè)備集合。

（2）根據(jù)設(shè)備狀態(tài)評價結(jié)果估算重要輸電斷面中相關(guān)線路的故障率。

圖1 輸電設(shè)備檢修計劃制定流程Fig.1 Flow chart of planning transmission maintenance schedule

（3）對重要輸電斷面中某一線路檢修方式進行安全穩(wěn)定評估，得到該線路檢修方式下存在安全穩(wěn)定風(fēng)險的預(yù)想故障集和對應(yīng)的控制代價，計算系統(tǒng)風(fēng)險指標(biāo)。

（4）對重要輸電斷面中所有線路逐一重復(fù)步驟（3）。

（5）根據(jù)各線路檢修對系統(tǒng)運行風(fēng)險影響建立設(shè)備重要性排序表，依次進行檢修計劃編制。

4 算例分析

應(yīng)用本文所建立的設(shè)備故障概率和風(fēng)險評估模型，對華中地區(qū)某特高壓直流受端電網(wǎng)2016年的500 kV輸電線路檢修安排進行決策優(yōu)化。該電網(wǎng)2014年投運±800 kV特高壓直流輸電工程，額定輸送容量8000 MW，通過6回500 kV線路送出［17］，特高壓受端近區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架示意圖如圖2所示。

圖2 特高壓受端電網(wǎng)近區(qū)網(wǎng)架示意圖Fig.2 Diagram of UHV receiving power grid

以2016年枯水期電網(wǎng)典型運行方式數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，考慮不同負荷水平和特高壓輸送功率的組合，分4種方式進行系統(tǒng)風(fēng)險評估及檢修策略研究，如表3所示。

表3 4種方式說明Table 3 Four operation modes of power grid

利用功率轉(zhuǎn)移比指標(biāo)，找出與特高壓輸電功率水平存在強耦合關(guān)系的輸電通道及組成線路：雙回線1＋雙回線4＋雙回線8組成的特高壓送出斷面（簡稱斷面A）和雙回線14＋雙回線17＋15＋16組成的中部—南部電網(wǎng)輸電斷面（簡稱斷面B）。對斷面A和斷面B組成線路分別進行設(shè)備狀態(tài)評價和故障率估算，設(shè)備狀態(tài)及故障率估算結(jié)果見表4。

表4 輸電設(shè)備狀態(tài)及故障率Table 4 Status and failure rate of transmission equipment

以方式1輸電斷面A中線路8a檢修為例，系統(tǒng)風(fēng)險指標(biāo)計算過程如下：對方式1線路8a停運情況下的系統(tǒng)進行N－1安全分析，得到存在安全穩(wěn)定風(fēng)險的預(yù)想故障集和對應(yīng)的控制措施，見表5。由式（3）得到線路8a檢修方式下的特高壓運行風(fēng)險為4.80。

4種方式下輸電斷面A、斷面B設(shè)備檢修情況下的系統(tǒng)風(fēng)險評估結(jié)果見表6、表7。

由表6、表7可知：（1）在特高壓滿功率方式下，斷面A、斷面B都不宜安排線路檢修；（2）斷面A設(shè)備檢修風(fēng)險與特高壓輸送功率水平密切相關(guān)，斷面A設(shè)備檢修時段建議安排在特高壓單級運行或停運方式。根據(jù)線路檢修造成影響大小，建議的檢修優(yōu)先順序是線路8、線路4、線路1；（3）相比斷面A，影響斷面B設(shè)備檢修風(fēng)險的主要因素是負荷水平，大負荷方式下設(shè)備檢修風(fēng)險明顯高于小負荷方式。斷面B線路檢修建議安排在小負荷方式，建議的檢修優(yōu)先順序是線路14、線路16、線路17、線路15。

表5 線路8a檢修方式N－1安全分析Table 5 N－1 security analysis of line 8a maintenance mode

表6 斷面A設(shè)備檢修風(fēng)險評估結(jié)果Table 6 Risk assessment results of transmission interface AMW

表7 斷面B設(shè)備檢修風(fēng)險評估結(jié)果Table 7 Risk assessment results of transmission interface BMW

5 結(jié)語

本文基于潮流分析和功率轉(zhuǎn)移比指標(biāo)，找出了受端電網(wǎng)中與特高壓輸送功率存在強耦合關(guān)系的重要輸電斷面，基于設(shè)備狀態(tài)評價和系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析結(jié)果，對檢修方式下的系統(tǒng)風(fēng)險進行了量化評估，提出了受端電網(wǎng)重要輸電設(shè)備與特高壓的檢修協(xié)調(diào)原則，并在此基礎(chǔ)上給出了設(shè)備檢修安排的排序建議，為檢修人員合理編制輸變電設(shè)備檢修計劃提供了科學(xué)決策依據(jù)。

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Research on the Maintenance Strategy of UHV Receiving End Power Grid Transmission Equipment Based on Risk Assessment

YANG Xiaohui1，YIN Yujun2，KOU Xiaoshi1
（1.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou 450052，China. 2.NARI Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing 211106，China.）

UHV AC／DC power transmission is of great significance to ensure the power supply reliability of the receiving power grid.In combination with the engineering practice，the coordination and maintenance strategy of transmission equipment for UHV receiving power network is studied in this paper.Take the case of a provincial power grid in central China，the important equipments in this UHV receiving power grid，strongly coupled with UHV transmission power，are found out.According to the quantitative evaluation index of power grid operation risk，maintenance principle and priority of maintenance arrangement for the relevant equipments are put forward.The proposed method can be used for the preparation of the annual maintenance plan for an UHV power grid.

maintenance strategy；risk assessment；UHV；receiving end power grid

TM73

：A

：2096－3203（2017）02－0072－04

楊曉輝

楊曉輝（1982—），女，河南洛陽人，高級工程師，從事輸變電設(shè)備試驗檢測及設(shè)備狀態(tài)評價研究工作；

尹玉君（1978—），男，湖北武漢人，高級工程師，從事電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與控制研究工作；

寇曉適（1978—），男，河南許昌人，高級工程師，從事輸變電設(shè)備試驗檢測及設(shè)備狀態(tài)評價研究工作。

（編輯 徐林菊）

2016－11－30；

2016－12－15