基于故障模式的輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)分析

賈文皓，宋維忱

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司縉云縣供電公司，浙江 麗水 321400）

0 引言

輸變電設(shè)備是電力系統(tǒng)中的一部分，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的保障作用，由此可見輸變電設(shè)備的重要性[1]。但是要想保障該設(shè)備安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，應(yīng)該充分考慮設(shè)備管理的經(jīng)濟(jì)效益，保證利益最大化。在設(shè)備管理中，對(duì)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)分析是必不可少的，尤其是合理開展輸變電設(shè)備的運(yùn)行故障風(fēng)險(xiǎn)分析，不僅有利于提高設(shè)備運(yùn)行的安全性，也有利于提升設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，避免發(fā)生運(yùn)行故障現(xiàn)象，這也是加強(qiáng)電網(wǎng)控制工作的關(guān)鍵。本文通過采用半馬爾科夫過程、構(gòu)建因果網(wǎng)絡(luò)圖以及領(lǐng)結(jié)模型三種分析方法對(duì)于輸變電設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)展開了詳細(xì)的分析，進(jìn)一步提高輸變電設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，促進(jìn)我國電網(wǎng)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 基于故障模式的輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)概念

輸變電設(shè)備的主要方式是電力系統(tǒng)的組成。為了更好地揭示電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)的安全性和基礎(chǔ)性，有必要從電力企業(yè)的角度進(jìn)行良好的分析和管理，以確定設(shè)備安全性和經(jīng)濟(jì)性的提高，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，完善風(fēng)險(xiǎn)管理中綜合風(fēng)險(xiǎn)因素的分析研究，保證技術(shù)的有效應(yīng)用。例如，影響輸電設(shè)備安全的因素很多，如人為故障和環(huán)境故障的產(chǎn)物，通常被定義為輸電設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)輸變電設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)，將整個(gè)輸變電設(shè)備劃分為一個(gè)研究對(duì)象，采用定量分析，對(duì)輸變電設(shè)備進(jìn)行全面分析和評(píng)價(jià)管理，然后根據(jù)具體的映射規(guī)則，不斷改善設(shè)備健康狀況。電網(wǎng)公司應(yīng)采用合理的思路進(jìn)行故障處理，提高輸變電設(shè)備的管理效率，綜合利用設(shè)備，提高管理質(zhì)量。綜合絕緣狀況和變壓器絕緣狀況是評(píng)估變壓器絕緣系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的重要依據(jù)。有必要采用合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，完善變壓器常見故障模式的定量評(píng)估和管理，完善輸變電設(shè)備整體運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)研究[2]。要完善風(fēng)險(xiǎn)和故障管理，應(yīng)該針對(duì)性地做好風(fēng)險(xiǎn)控制和維護(hù)工作，加強(qiáng)故障模式評(píng)估研究，提高系統(tǒng)研究水平，完善輸變電設(shè)備全過程故障預(yù)測(cè)管理。

2 輸變電設(shè)備常見故障類型

2.1 線路問題

通常情況下，管道質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、線路老化等問題都可能引發(fā)輸變電設(shè)備線路故障，而上述問題的出現(xiàn)多數(shù)是由不良的氣候現(xiàn)象引起的，例如雷擊。部分變電站室外電纜頭在設(shè)計(jì)上存在漏洞，削弱了防雷和抗雷擊能力，引發(fā)電纜頭破壞或線路跳閘現(xiàn)象。另外，路樹屏障也會(huì)引發(fā)輸變電線路故障。經(jīng)過上述分析總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，外部原因是導(dǎo)致出現(xiàn)輸變電設(shè)備的線路故障的主要因素，其中人為破壞占比較大[3]。未經(jīng)授權(quán)的電線切割或變壓器操作等行為極容易引發(fā)輸變電設(shè)備線路故障。在電纜線路的使用過程中，跳閘問題不會(huì)輕易發(fā)生，但是架空線路跳閘概率相對(duì)較高。因此，有必要在架空線路上安裝重合閘，對(duì)于跳閘的雙電源線要先檢查線路是否帶電才能完成補(bǔ)救后的送電工作。

2.2 變壓器問題

引發(fā)輸變電設(shè)備變壓器故障的原因眾多。如果變壓器所用電流大于限流時(shí)，可能會(huì)引發(fā)匝間線路短路現(xiàn)象，究其原因是超負(fù)荷工作引起的。如果變壓器中使用的絕緣材料受潮后，也會(huì)降低設(shè)備質(zhì)量，不利于后期的正常使用。同時(shí)在高溫條件下，變壓器可能會(huì)出現(xiàn)受熱燒毀現(xiàn)象，影響正常使用。除此之外，保護(hù)措施不合理是引發(fā)輸變電設(shè)備的變壓器故障的重要原因，從而降低使用效果。

2.3 電氣操作問題

在電力系統(tǒng)操作過程中，由于操作方式不當(dāng)可能引發(fā)一系列的操作故障，主要是因?yàn)椴僮魅藛T不具備專業(yè)的操作技能，對(duì)電力系統(tǒng)的操作準(zhǔn)則及具有使用要求等認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致工作和操作的隨意性過大[4]。除此之外，缺乏防誤閉鎖裝置或裝置安全性較差可能引發(fā)一系列違章操作行為，引發(fā)輸變電設(shè)備電氣系統(tǒng)故障的重要因素，電氣操作系統(tǒng)的故障會(huì)損壞設(shè)備，不利于電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，嚴(yán)重的話還可能引發(fā)安全事故，危害人們的生命健康。

3 基于故障模式的輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)分析方法

3.1 構(gòu)建因果網(wǎng)絡(luò)圖的分析

在輸變電設(shè)備運(yùn)行過程中不可避免地出現(xiàn)一系列運(yùn)行故障，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行綜合的分析與研究，制定科學(xué)合理的解決對(duì)策，保證設(shè)備運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。當(dāng)前故障模式與影響分析方式是使用最為廣泛的一種輸變電設(shè)備故障檢測(cè)方法。故障模式與影響分析方法可以主動(dòng)對(duì)輸變電設(shè)備進(jìn)行全面的故障分析，從而精準(zhǔn)地掌握設(shè)備故障的實(shí)際情況，例如故障原因的預(yù)測(cè)、故障后果及發(fā)展等[5]。故障模式與影響分析方法包含的內(nèi)容比較復(fù)雜，且多為主觀因素，因此不利于直接作用于輸變電設(shè)備故障分析中。除故障模式與影響分析方法外，還可以采用故障樹分析方法。故障樹分析方法的應(yīng)用特點(diǎn)在于假設(shè)所有事件都處于兩種狀態(tài)，即有或無。但實(shí)際設(shè)備在運(yùn)行中的輸變電設(shè)備并不僅僅處于這兩種狀態(tài)。

3.2 領(lǐng)結(jié)模型設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)圖的分析

建立因果網(wǎng)絡(luò)圖既有利于進(jìn)行輸變電設(shè)備故障的前期分析，歸納目前故障產(chǎn)生的原因，也有利于合理推測(cè)當(dāng)前故障模式的后續(xù)發(fā)展過程，形成“前向和后向”的雙向分析。所謂的雙向分析，就是形成一個(gè)類似風(fēng)險(xiǎn)管理領(lǐng)域中的領(lǐng)結(jié)模型，應(yīng)用范圍相對(duì)較廣。領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)的主要特征為主要事件可以形成在圖的中間，原因形成在左邊，其中直接事件與主要事件相關(guān)聯(lián)的事件是直接原因，結(jié)果形成在右側(cè)，其中直接結(jié)果就是直接結(jié)果與主要事件相關(guān)聯(lián)的事件。如果網(wǎng)絡(luò)圖節(jié)點(diǎn)繁多，可采用公共路徑搜索法確定主要事件右側(cè)的后果節(jié)點(diǎn)和左側(cè)的原因節(jié)點(diǎn)，最后對(duì)變電站故障進(jìn)行綜合分析。

3.3 半馬爾科夫過程的定量分析

采用領(lǐng)結(jié)模型進(jìn)行輸變電站設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)分析，可以有效推測(cè)出設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生原因及發(fā)展過程，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)。在進(jìn)行輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)值的定量分析過程中，不僅能夠?qū)潭ǖ挠绊懸蛩剡M(jìn)行定量描述，也能實(shí)現(xiàn)不確定因素的定量描述，但是在進(jìn)行不確定因素定量描述時(shí)，應(yīng)該清晰設(shè)備目前運(yùn)行狀態(tài)和以后可能發(fā)生運(yùn)行狀態(tài)，并明確二者之間的關(guān)系。半馬爾科夫過程的定量分析方法主要用于輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后，對(duì)其故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效的分析與總結(jié)[6]。應(yīng)用半馬爾可夫過程分析方法最大的特點(diǎn)是保證當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不同于之前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，且該過程不受停留時(shí)間、隨機(jī)分布的限制，適用領(lǐng)域較廣。通常情況下，應(yīng)用程序模型中的主要事件普遍是由單一原因引起，由此可以結(jié)合輸變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)分析出引發(fā)故障風(fēng)險(xiǎn)的影響因素，并將領(lǐng)結(jié)模型簡(jiǎn)化為單鏈結(jié)構(gòu)。

4 解決輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)的有效對(duì)策

4.1 加強(qiáng)接地線的安裝效果

定期開展系統(tǒng)的、合理的輸變電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故障，降低故障風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率，減少設(shè)備的損害及企業(yè)的運(yùn)行成本，推動(dòng)我國電網(wǎng)更快、更好地發(fā)展。在輸變電設(shè)備檢修過程中，應(yīng)該將接地線安裝工作放在重要位置。首先，在最有可能產(chǎn)生感應(yīng)電壓的地方安裝接地線裝置，保證接地線安裝位置的合理性，同時(shí)為人工檢修提供安全保障。其次，在維修工作完成后，應(yīng)該合理利用保護(hù)裝置拆除接地線[7]。

4.2 定期開展輸變電設(shè)備的日常維護(hù)工作

定期開展輸變電設(shè)備的日常維護(hù)工作有利于更好地掌握并處理輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。首先，加強(qiáng)設(shè)備的日常檢修與維護(hù)工作。定期對(duì)輸變電設(shè)備及各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)的、全面的檢測(cè)，針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)或者存在故障風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的維修，提高設(shè)備的運(yùn)行效率與質(zhì)量。其次，提高檢測(cè)人員的檢測(cè)技能。通過定期開展技能培訓(xùn)的大會(huì)，確保檢測(cè)人員具備專業(yè)的檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備維護(hù)知識(shí)，能夠有效解決各種設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)輸變電設(shè)的高效運(yùn)行[8]。

5 結(jié)語

總而言之，輸變電設(shè)備是電網(wǎng)系統(tǒng)不可或缺的部分，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行起著重要的保障作用。加強(qiáng)輸變電設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)的分析與研究，有利于及時(shí)解決各種設(shè)備運(yùn)行故障，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性。借助應(yīng)用比較廣泛的輸變電設(shè)備故障分析方法可以有效開展輸變電故障風(fēng)險(xiǎn)分析工作，能夠精準(zhǔn)地判斷設(shè)備出現(xiàn)故障風(fēng)險(xiǎn)的次數(shù)、原因及位置等，并制定科學(xué)的解決對(duì)策，提升設(shè)備運(yùn)行的管理水平，避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)安全事故，提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，為我國電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。