基于風險管理方法的輸網(wǎng)檢修技術(shù)優(yōu)化

劉英龍，馮學宇，石峰浪，龔 興，黃紹田，盧炳軸，周耀湘

（廣西電網(wǎng)公司南寧供電局，廣西南寧 530007）

0 引言

配電檢修是促進電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)性工作，制定最合理的檢修計劃不僅能使配電系統(tǒng)運行的可靠性得到保障，還能顯著壓縮運營成本，增加經(jīng)濟收益。因此，應考慮經(jīng)濟性、穩(wěn)定性兩大方面創(chuàng)建輸網(wǎng)適配的檢修計劃模型。國內(nèi)學者既往對輸網(wǎng)檢修計劃優(yōu)化僅能實現(xiàn)局部最優(yōu)化，不同年份之間易出現(xiàn)重復的工作內(nèi)容，工效不高，若能長期規(guī)劃配電計劃檢修工作，則可以實現(xiàn)全局最優(yōu)，提高各年度的電網(wǎng)檢修工作效率。而制定配電長期檢修方案時，一定要綜合分析各種可能出現(xiàn)的狀況，客觀評估風險因素，根據(jù)相關(guān)的風險評估標準，遵循成本最低化原則制定最實用的檢修計劃。

1 基于風險管理的輸網(wǎng)檢修技術(shù)

采集設備信息：收集配電設備投運前、現(xiàn)場運行、檢修試驗及“家族”信息。

（1）評價設備狀態(tài)：按照某種評定方法，綜合分析采集到的設備運行信息，進而客觀評估設備當前的健康狀態(tài)，為設備檢修決策提供參考。當前常用打分制評估設備狀態(tài)，將設備拆分成多個部件，各部件均有多個狀態(tài)量，參照狀態(tài)量的所有信息，對故障進行分類，按既定的分值與權(quán)重評估各部件的狀態(tài)。

（2）設備的檢修策略：即應用的某種檢修決策。電力設備的檢修有A、B、C、D、E 五個等級，前三個等級一定要在停電狀態(tài)下進行，第四、第五級分別是不停電檢修、帶電檢修。應結(jié)合設備的構(gòu)造特點選擇適宜的檢修模式。

（3）推算設備的故障率：基于風險管理方法組織輸網(wǎng)檢修工作，不僅要考慮檢修故障帶來的后果，也要預測設備的故障發(fā)生率，這是影響電網(wǎng)風險評估效率的一個重要指標。預測設備故障率一定要顧及如下3 點：①按照一定周期評估設備狀態(tài)；②分析長期檢修給電力設備健康狀態(tài)帶來的影響；③設備處于耗損期時故障率較高，要關(guān)注其在檢修期中出現(xiàn)的改變。

2 輸網(wǎng)長期檢修計劃的風險管理程序

2.1 解耦風險與風險因子

風險水平越高時，可靠性就越低，反之也是同樣的道理。從數(shù)學角度分析風險的定義，其是失效率和后果的乘積；而從經(jīng)濟學角度分析，風險是系統(tǒng)失效造成的預期價值成本，以上均是從系統(tǒng)層面上定義風險的。

本文將元件的失效率（λtot）解耦成數(shù)個失效率的總和，即各個失效率均由影響元件運行可靠性的風險因子導致的[1]：

解耦處理元件失效率，為可靠性分析提供更加真實、具體的定量條件。通過觀察統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)獲得各類風險因子，以此為基礎(chǔ)，用適宜的函數(shù)模擬風險因子隨時間改變呈現(xiàn)出的規(guī)律。對于配電系統(tǒng)而言，在沒有實施預防性檢修方案之前，系統(tǒng)內(nèi)元件失效率伴隨運行時間的增長而顯現(xiàn)出增長態(tài)勢。

2.2 預防性檢修

對輸網(wǎng)實施預防性檢修是減少風險因子的有效措施，進而降低故障發(fā)生率。比如，日常檢查與小修能及時處理局部輕度損害問題，大修主要是解決大型電力損害或事故，修剪電線電纜周邊的樹木能降低植物造成的負面影響。若在某個年度能規(guī)范執(zhí)行以上檢修操作，則能減少相應風險因子引起的失效率，甚至能使其降到初始水平。對于輸網(wǎng)來說，解耦完元件的失效率后，規(guī)范地維護單個風險因子，有助于增加整個配電系統(tǒng)運行的可靠度。

輸網(wǎng)可以采用的維修方法主要有如下4 個：①不組織任何檢修活動；②參照現(xiàn)場檢查評估結(jié)果進行大修或小修；③按照一定周期對系統(tǒng)進行大修；④在設定好的時間表中，有選擇性地執(zhí)行部分操作項目。客觀地講，輸網(wǎng)內(nèi)各個風險因子均和一種檢修操作行為相對應，通過解耦風險因子能同時獲得數(shù)個預防性檢修操作后的成果，幫助相關(guān)部門實施選擇性的檢修辦法，進而更好地控制輸網(wǎng)維修的總成本。

2.3 檢修決策樹

通過決策樹獲得更實用的輸網(wǎng)檢修方案。決策樹內(nèi)的主要元素被定義成決定點、選擇點與分支。分支就是由決定點開始到選擇點終止的檢修方案（SMSi）。決策樹上存在著幾條分支就預示著有幾個檢修方案，對于各個方案，系統(tǒng)本體屬性可能造成的結(jié)果決定了其數(shù)量。在給出的狀態(tài)空間變量值x1、x2、x3（xi分別表示的是上一次檢修距離現(xiàn)在的時間，i 是被檢修的類型，對應的是如下的3 種行為）之下可能取得的結(jié)果Oi（x1，x2，x3）。

方案內(nèi)應用的檢修操作決定了方案實施的成本。

在決策樹內(nèi)，各條路徑代表著數(shù)年間形成的一個檢修方案（SMSi（t））。對于單條線路，檢修方案可能會發(fā)生如下改變：①檢測并消解微小錯誤；②大修主要電力線路，解決重大缺陷；③對電線周邊栽種的樹木進行修剪造型。

當未落實某項電網(wǎng)檢修操作時，則變量x1值會加1；而執(zhí)行相應操作后，x1值則歸0。步入至下一檢修周期時，也可以參照如上規(guī)則呈現(xiàn)出所有可能由原始狀態(tài)轉(zhuǎn)變成其他可能狀態(tài)的組合形式。觀察分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，能夠快速掌握下一狀態(tài)特征，比如某電力饋線的狀態(tài)用（0，x2+1，x3+1）表示，對其采用了檢測與處理小缺點策略，但沒有進行大修及樹木造型操作，因此后兩個狀態(tài)變量的增量均是1。

2.4 動態(tài)規(guī)劃的使用

配電檢修實踐中的決策過程有動態(tài)特性，這就預示著要基于動態(tài)規(guī)劃形式去選出輸網(wǎng)的最優(yōu)多年預防性檢修方案。現(xiàn)實中，遵循檢修期望總費用最低的原則比選出方案。

基于遞歸的最小路徑算法完成動態(tài)規(guī)劃，因為決策樹自身是一個從左至右規(guī)模漸進式擴大的網(wǎng)絡圖，為了獲得最短路徑，假定一個最后狀態(tài)T，由真實計劃最后一年的任意狀態(tài)值設定的輸網(wǎng)最后狀態(tài)耗用的檢修總費用是0（圖1）。為了能更清晰地闡明最短路徑的求解思路，圖內(nèi)并沒有標出決策樹現(xiàn)實轉(zhuǎn)換中呈現(xiàn)出的所有狀態(tài)[2]。

圖1 最短路徑的求解圖

模型內(nèi)的約束條件，是參照預算范疇中可實施的活動及檢修方案執(zhí)行時可用的團隊數(shù)量設定的。如果在一整年中都沒有達到設定的約束條件，那么就要在既有成本上乘以一個懲罰因子，通過這種方式實現(xiàn)全局成本最低化的目標。

2.5 多元件的同時優(yōu)化

當下，很多電網(wǎng)公司要運行成百上千條線路，為了實現(xiàn)檢修效率的最大化，在設定數(shù)個約束條件的情景下，協(xié)調(diào)輸網(wǎng)檢修期間各類活動具有很重要的現(xiàn)實意義。導入n 維向量同時觀察配電系統(tǒng)內(nèi)j 線路上n 個電力元件的運行狀態(tài)。突發(fā)維數(shù)災難時，即元件數(shù)量急劇增加時，不再追求實現(xiàn)全局最優(yōu)，而是把系統(tǒng)維護作為首要落實的工作內(nèi)容。在以上過程中，要結(jié)合前期設計好的模型逐一分析系統(tǒng)內(nèi)的各類元件，隨后根據(jù)文獻[3]提出一種可以被廣泛接受的參數(shù)以執(zhí)行轉(zhuǎn)化過程。

2.6 新型防滑脫式夾線器的應用

目前，在導地線更換、緊線及桿塔拉線更換等收緊性檢修作業(yè)過程中，一般情況下均需要使用夾線器將導線、地線或拉線緊線固定收緊。往往在夾線器初始收緊受力或收緊過程中容易出現(xiàn)夾線器因與導線、地線、拉線握力不夠而打滑的現(xiàn)象，容易造成安全生產(chǎn)事故。設計加工一種新型防滑脫式夾線器（圖2），通過增加初始握力的方法，增加夾線器與導線、地線、拉線等的初始摩擦力，解決夾線器在受力過程中出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象，杜絕因夾線器打滑造成的導地線跑線和桿塔倒桿等安全事故。

圖2 新型防滑脫式夾線器

3 算例分析

將本文設計的預防性檢修計劃用在美國PG&E69 節(jié)點配電系統(tǒng)上，以證實其合理性、經(jīng)濟性。可以將PG&E69 系統(tǒng)分成8 個檢修單元，主饋線對應的是母線節(jié)點0-26，分支饋線是節(jié)點2-34、2e-90、3-38、7-41、8-54、10-56 及11-58。節(jié)點配電進行計劃檢修時要依照中壓配電配備的導線型號演算出各條饋線的長度。結(jié)合有關(guān)導則規(guī)定，中壓配電網(wǎng)多選用LGJ-35～LGJ-120 導線。本文選用LGJ-35 導線，該型號導線電阻0.85 Ω/km，據(jù)此能推算出饋線1～8 的線路全長分別是11.4 km、5.8 km、1.8 km、0.5 km、0.5 km、7.8 km、0.3 km、1.0 km。

考慮采用如下3 種檢修方式：①線路日常巡檢；②供電走廊的清查；③整體檢修。

為了驗證本文設計的檢修計劃方法的有效性，考慮設定了一個為期5 年的檢修計劃，并規(guī)劃出了3 套檢修執(zhí)行方案：①5年中不進行檢查維修；②于第二、第五年分別執(zhí)行以上3 種檢修行為；③用本文設計的預防性檢修計劃部署工作。

3 種檢修方案對饋線1 的檢修狀態(tài)見表1。檢修狀態(tài)Si表示的是本年度距離上一次執(zhí)行第i 次檢修的年度的跨度。設定檢修初始年是第0 年，本算例涵蓋了8 個檢修單元，因為輸網(wǎng)檢修時間為期1 年，故而可以認為8 條電力饋線的維修時間均是錯開的，即各條饋線的檢修計劃部署體現(xiàn)出獨立性，當各條饋線檢修費用支出最少時，表明整個輸網(wǎng)的檢修活動最具經(jīng)濟性[4]。

表1 3 種檢修方案對饋線1 的檢修狀態(tài)

基于Matlab 執(zhí)行編程運算，能獲得以上3 種檢修計劃產(chǎn)生的檢修費，方案1、方案2、方案3 總費用分別達到了1 694 750元、1 382 700 元、91 180 元。可見，如果不對輸網(wǎng)進行任何檢修行為，那么饋線1 運行期間突然停電帶來的期望費用約為1 694 750 元，此時配電公司勢必會承受巨大的經(jīng)濟損失；若在第二、第五年實施所有檢修策略，那么饋線檢修費用及突然停電帶來的期望費用之和是138 270 元，和方案1 相比節(jié)約開支18.41%。實施本文設計的檢修方案節(jié)約效果更大，實現(xiàn)了輸網(wǎng)檢修費用最低化。

4 結(jié)束語

本文基于管理動態(tài)規(guī)劃技術(shù)摸索出了輸網(wǎng)的最優(yōu)長期選擇性檢修計劃的方法，這種方法實施時解耦處理風險及風險因子，用決策樹確定適宜的檢修方案，設定的約束條件是在一定時期內(nèi)期望操作總費用最低。通過算例分析驗證了本文設計的檢修方法能顯著減少輸網(wǎng)檢修費用，節(jié)支效果顯著，未來可以嘗試在輸網(wǎng)檢修領(lǐng)域普及應用。