變電站運行狀態監測及其風險評估

寧日紅

關鍵詞：變電站;運行狀態監測;風險評估

電氣設備由于工作狀況特殊性，結構由多種絕緣材料構成，導致設備運行中受到外界理化因素作用，引起設備發生絕緣擊穿故障造成大面積停電。有關單位對歷年發生變壓器故障停運原因分析，表明由于匝間絕緣引起故障在變壓器故障停運原因中占43%，套管絕緣性能下降引起故障占比15%，設備非絕緣故障引起停運占比不足20%，統計表明對電氣設備絕緣性能健康狀態監測，及時對發生絕緣裂化設備部件維修可以保障電器設備安全運行。對電氣設備狀態評價是保障設備安全的有效手段，按照相關及時要求評價設備運行狀況，IEC等組織機構制定系列設備標準，國家電網公司制定《輸變電設備狀態匯編》，對大量電氣設備運行數據缺乏準確指標權重劃分標準，導致對電氣設備健康狀況評價工作難以開展。根據已有標準利用相關技術對采集數據統計，便于制定相應的日常維修策略。

1設備狀態評價相關研究

隨著國內工業生產制造速度加快，國民經濟迅速發展，人們對電力需求急劇增長。配電網是對用戶供電的重要最終端口，快速評估配電系統可靠性是當前配電系統建設的重點。日常運行中，系統故障可在切除運行設備后恢復用戶供電，以減少停電造成的社會影響是電力經營者必須考慮的主要問題。配電網是重要的基礎設施，配電網運行狀態與電力公司利益相關。

目前配電網相關技術為電網薄弱環節，國家電網公司提出一流電網建設，對配電相關性能指標提出更高標準要求。電力設備是電網的基礎，發生磨損老化導致性能下降造成設備故障。配電網相關設備種類雜，我國配電網結構薄弱，合理的配電網檢修計劃進行風險預防非常必要。設備運行造成老化，為保障配電設備良好運行，需要對運行的配電設備進行故障風評，配電設備運行故障風評中，基于在線狀態監測檢修工作是重要內容。電力設備故障系統通過相關設備運行狀況監測，可以在設備運行中及時發現相關故障征兆，對潛在故障定位。

電力設備故障診斷方式定位于設備個體狀態，狀態監測信息可針對性避免定期檢修不足，減少日常巡檢維護成本。完整的設備狀態檢測包括對設備故障診斷，制訂針對性的設備檢修計劃。中國電網公司開展狀態檢修培訓工作，增加電力設備在線監測技術研究經費，隨著智能電站投運，對設備智能化水平提出新的要求。隨著對監測技術的研究，目前我國配電網檢修制度經歷事后檢修、定期維修等階段。事后檢修在設備發生故障后進行檢修，設備故障時降低電網供電穩定性造成經濟損失，不適應目前電網快速發展。

定期檢修方式通過豐富相關經驗，總結設備運行規律，在設備故障前進行預判檢修。可以避免設備故障造成損失，但檢修方式忽略個體設備性能變化，可能遇到檢修不足導致資源浪費。設備在線檢修技術通過相關評估方法開展設備健康狀態評估，延伸考慮設備成本與力量可靠性等因素對設備運行風險評估是配電設備運行管理發展方向。現有方法只能描述變電站主接線可靠性特點，通常采用歷史統計數據評估分析，歷史統計數據受到統計時段環境影響，無法體現設備當前可靠性水平。本文結合設備實時狀態檢測數據，建立設備狀態監測量與故障率函數關系，基于風險可加性理論，研究變電站運行風評方法，對提高配電網效率具有重要作用。

2配電設備在線監測技術的發展

配電設備狀態檢測重要的基礎工作是狀態評價，通過運行巡視、帶電檢測的信息進行數據綜合統計，評估電氣設備健康值，通過電氣設備運行情況對其進行劃分，確定是否需要檢修，設備的狀態評價是開展狀態檢修工作的核心。設備狀態發生改變時，在線檢測數據改變，應每年進行全面狀態評價，作為制定檢修計劃的參考依據。設備狀態評價方法包括神經網絡法、灰色聚類法、貝葉斯網絡法等。

目前配電網電力設備狀態評價具有很大缺點，如綜合性不強等，對配電設備評價是對配電設備狀態檢修模式發展方向。電網可靠性可通過客觀配電網設備狀態評價做出正確評估。目前對配電網狀態評價具有多種方法，主流方法是基于電網狀態評估風險管理體系，由于多年前英國大部分配電網設備老化，EA公司通過與國家電力科學院研究機構合作，對英國國家可靠中心收集相關數據分析，顏值先進的電網電力設備風評系統。我國供電企業引進方法進行符合國情的優化，但目前存在兼容性較差等缺點。電力設備借助在線監測技術可準確講設備運行數據上傳，保障電網安全可靠運行。有關部門對在線監測設備性能指標提出較高的要求，隨著傳感器技術的發展，電氣設備在線監測成套設備功能日益完善。

狀態監測是電氣設備正常運行自動記錄設備運行參數，對自身健康狀態評價。智能變電站將站內電氣設備運行參數反饋至遠端監控中心，對上傳結果分析評價。智能變電站中重要核心技術是在線狀態監測技術。智能化設備無法實現通過運行信息對健康狀況的評價，電網公司加快技術標準制定，電氣設備狀態信息上傳無線自組網建設需要考慮傳感器電源供應問題，科研院所對無線組網技術進行深入研究，ZigBee技術具有網絡容量大等優點發展迅速，方便提供設備廠家研發相關產品。

3變電站整站狀態評價

經設備使用檢驗結果表明，設備使用中發生故障次數與使用時間有宏觀規律，設備出現故障次數與壽命存在差異，整體發展規律相同。設備故障率與使用壽命關系取芯是兩邊高中間低，稱為設備故障發生的浴盆曲線。設備故障率隨著時間變化分為三個階段。變電站設備性能大多情況連續變化，通過分析主設備典型參數，可確定主設備健康狀態。

選取常變電站主設備對其做狀態參量分析，選取可獲取的狀態量為狀態評價所需狀態參量。GIS指六氟化硫封閉式組合電器，由電流互感器、接地開關等組成。造成GIS非計劃停運部件主要有斷路器、絕緣結構、避雷器等。變壓器通常由主體部分與附件部分組成，按冷卻方式分為干式變壓器、油浸變壓器。

4基于設備狀態的變電站運行風評方法

風險分析中失效概率評估通過大量失效案例數據統計分析進行，風評是對失效模式進行研究做出后果分析，對設備可能發生失效模式要詳細分析設備損失，可能引發后果，傳統對某失效帶來風險定義為失效概率與失效后果乘積，Risk s=∑Cs～Fs，F為失效概率;c為失效后果，s為失效模式。

電力系統充裕度研究包括系統狀態分析，系統狀態分析對選定系統進行潮流計算，違背運行約束采取校正措施調整系統運行狀態，校正措施包括變壓器抽頭調整，校正后系統不能處于安全狀態，采取負荷削減校正措施。供電通道改變是為負荷供電線路運行狀態發生改變，某故障引起系統過負荷，要實施恰當校正措施保證系統正常運行。傳統校正措施為調整發電機出力，本文負荷削減模型為線性規劃模型，將負荷轉供作為校正措施。負荷轉供是改變LP的參數B。

可借助混合整數線性規劃模型處理離散變量的問題，將離散變量作為連續變量處理。通用處理離散變量模型為求解線性規劃問題，如無解重復步驟指導有線性規劃問題有解。

5結語

精準有效的設備檢修策略是電氣設備穩定運行的基礎，是提供電力系統安全穩定性的保證，現代電網向智能化發展，各影響因素擾動各設備原件有效運行，對電網設備安全生產帶來新的挑戰。傳統故障事故檢修策略不再適用，狀態檢修策略成為提升電網設備優化管理的重要手段。針對傳統采用歷史平均數據無法反映運行風險問題，提出基于狀態監測變電站運行風評方法，基于實測數據估算設備故障率，減少故障預想集中系統狀態數，負荷轉供在最優負荷削減模型中應用，不同離散變量取值代表不同的轉供方法，通過計算結果選擇最優運行轉供方案。