基于大數(shù)據(jù)電網設備取消停電狀態(tài)檢修可行性分析

山西裕歐優(yōu)建設工程有限公司 張世根

停電例行試驗數(shù)據(jù)屬于評價電網設備狀態(tài)的重要依據(jù)，而由于停電試驗周期較長，數(shù)據(jù)的實時性有限，難以有效反映設備最新的運行狀態(tài)，也限制了對設備故障的預判和檢修策略的制定。隨著信息技術的快速發(fā)展，不停電監(jiān)測技術應運而生，相比周期性停電例行試驗的方式，能夠更加有效地發(fā)現(xiàn)設備潛伏性缺陷，降低故障的發(fā)生率，對電網的安全運行大有裨益。因此，深入研究電網設備差異化狀態(tài)對檢修新模式具有重要意義，妥善應用不停電檢測技術，提高電網設備的檢修水平。

1 電網設備檢修方式

1.1 故障維修方式

以被動性為主要特征，只有在電網設備功能無法正常實現(xiàn)或出現(xiàn)故障后才組織維修，故障的影響范圍大，持續(xù)時間長[1]。

1.2 定期檢修方式

以電網設備運行數(shù)據(jù)及老化理論為主要的依據(jù)，提前確定檢修項目，準備檢修工作需要的材料和設備，按照特定的周期開展檢修活動。

1.3 狀態(tài)檢修方式

以主動性為主要特征，根據(jù)電網設備以往和當前的運行狀態(tài)較為準確地預測未來的發(fā)展趨勢，根據(jù)預測結果制定檢修計劃，確定各時間段需要檢修的內容和方式，使設備始終維持良好的運行狀態(tài)，力爭降低設備的故障率。

2 輸電設備故障率與檢修策略的關系

電網設備經過長時間運行后，零配件逐步老化，故障率提高，若推行狀態(tài)檢修方式，能夠通過預防性檢修手段在源頭上保障設備的穩(wěn)定運行。通過公式（1）、公式（2），反映故障率與檢修策略的關系。

式中：K0（l）、Kj（l）分別為輸電設備I 的初始故障率、j時段的故障率；yl，t為表征檢修狀態(tài)的變量，未檢修取0，檢修取1；J為故障率曲線的分段數(shù)。

3 電網設備取消停電狀態(tài)檢修可行性分析

3.1 定量分析

異常事件：電網設備故障、缺陷和潛伏性隱患的總和。

盲檢事件：運維技術未發(fā)現(xiàn)故障的隱患從而引起的故障，具體分為固有盲檢率(Mg)和過程盲檢率(Mc)兩項指標，各自的計算方式如下。

原盲檢事件數(shù)量扣除帶電檢測可提前發(fā)現(xiàn)盲檢事件數(shù)量后的結果則為優(yōu)化后盲檢事件數(shù)量。若取消常規(guī)的停電例行試驗，取而代之的是先進的帶電檢測技術，則此時的優(yōu)化盲檢率(My)可按公式（5）計算：

檢出效率（J）：

3.2 方案分析

在采集電網設備運行數(shù)據(jù)后，分析設備的故障及缺陷，其中缺陷細分為嚴重和危急兩類，確定各自的檢出方式、狀態(tài)量，計算不同方式下的檢出效率，對比分析在采取停電例行試驗、計算巡視等方法后各自的計算結果，分析帶電檢測技術檢出特性；以電網設備特定周期內的運行數(shù)據(jù)為支撐，篩選盲檢事件，按照上述提及的公式（3）、公式 （4）、公式（5），分別計算Mg、Mc、My的值，評價差異化狀態(tài)檢修、取消停電例行試驗的可行性。

3.3 數(shù)據(jù)分析

以某在運開關柜設備為例，研究數(shù)據(jù)選取近10年的故障和缺陷數(shù)據(jù)，做如下分析。

3.3.1 缺陷分析

調查資料顯示，該開關柜共計838項缺陷數(shù)據(jù)，缺陷統(tǒng)計結果如圖1所示。主要缺陷類型如下。

圖1 缺陷統(tǒng)計結果

第一，二次部分缺陷：二次模塊某些功能失效；二次回路斷線等[2]。第二，機械傳動卡澀：操動機構動作卡滯；彈簧機構無法儲能；行程曲線不達標等。第三，柜體變形：柜體板變形；斷路器手車軌道變形及沉降；金屬固定部件受損。第四，絕緣問題：絕緣電阻超出許可范圍。第五，發(fā)熱異常：斷口插接、母線搭接處溫度異常；回路電阻異常升高，超出合理范圍。第六，指示器失靈：特定狀態(tài)下對應的指示燈無法正常亮起；指示錯誤；顯示器不亮等。第七，其他缺陷：巡檢項目異常；異物侵入等。

其中開關柜缺陷的方式有巡視、停電試驗、帶電檢測3種，各自發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)量為422條、298條、119條，分別占總量的50.3%、35.5%、14.2%，其中巡視的方式能夠發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)量最多。

3.3.2 故障分析

調查資料顯示，該開關柜共存在46次故障，統(tǒng)計結果如圖2所示。結合圖中信息可知：開關柜的故障類型主要包含絕緣擊穿、發(fā)熱超標、機械傳動故障，發(fā)生次數(shù)分別為25次、6次、5次，占故障總量的比例分別為55.2%、13.1%、10.9%；此外，還存在二次回路老化斷線及其他形式的故障，統(tǒng)一歸納為其他故障，共計38次，占故障總量的20.8%。

圖2 故障類型統(tǒng)計

3.4 狀態(tài)參量優(yōu)化

開關柜狀態(tài)量共計69個，將上述提出的缺陷信息與之對應，計算各缺陷獲取方式的檢出效率，根據(jù)計算結果評估各方式的可行性，具有檢出效率高則缺陷獲取方式更加可行的規(guī)律，據(jù)此進一步得出狀態(tài)量發(fā)生頻率高的特點。經過對比分析發(fā)現(xiàn)，開關柜缺陷檢出效率最低的是停電試驗，為3.2萬次/萬工時，較高的是巡視和帶電檢測兩種，分別具有8.2次/萬工時和7.8次/萬工時的檢出效率。綜合考慮各缺陷獲取方式的檢出效率后，總結需要重點關注的開關柜狀態(tài)量分別為柜體、斷路器和隔離開關三部分，共計11個，具體項目及數(shù)據(jù)，見表1。

表1 重點關注狀態(tài)量情況

除了表1中提及的11個重點關注狀態(tài)量外，還應考慮開關柜故障事件和運維情況，在該基礎上進一步提出9個需重點分析的狀態(tài)量，做該補充的原因在于這9個狀態(tài)量將直接影響開關柜的運行安全。經過匯總，柜體、斷路器、隔離接地開關組成的開關柜共計20個關鍵狀態(tài)量，在共計838項缺陷信息中，對應檢出缺陷的占比達到95.8%（803條），通過此部分信息反映的開關柜運行狀態(tài)具有較好的真實性。

3.5 取消停電例行試驗可行性分析

經過上述研究確定開關柜的20個關鍵狀態(tài)量后，從中篩選出只能依靠停電試驗方式獲取的部分，優(yōu)化替代方式及替代項目，進行取消停電例行試驗的可行性分析，計算此時的盲檢率，并與當前及優(yōu)化后的盲檢率做對比分析，通過數(shù)據(jù)驗證了取消停電試驗方式的可行性。除了考慮技術操作因素外，還從安全性和經濟性兩個方面做可行性評估，研究認為取消停電試驗方式的意義在于節(jié)約運維成本、保護人員的人身安全，總體來看可行性較好。

3.5.1 停電例行試驗項目替代有效性分析

以停電例行試驗為例，此方式在實際應用中存在資源投入多、檢出效率低的弊端，隨著帶電檢測技術的持續(xù)進步，提出取消停電例行試驗的設想，在有效檢出關鍵狀態(tài)量的前提下，用其他方式替代該方式，見表2。

表2 停電例行試驗項目替代方式

3.5.2 盲檢率

開關柜缺陷838項，故障46次，則：Mg=(盲檢事件/異常事件)×100%=5.2%。

帶電檢測方式可提前發(fā)現(xiàn)20次故障，并且在采取處理措施后將消除此部分故障引起的風險，則：Mc=（優(yōu)化盲檢事件數(shù)量/異常事件）×100%=2.9%。

在該開關柜的838項缺陷中，有19條缺陷僅能采用停電例行試驗的方式發(fā)現(xiàn)，具體指的是二次裝置試驗不合格、五防性能檢查不合格等，受此限制，這19條缺陷可能發(fā)展為故障，根據(jù)上述式（5）進行計算，得My=5.1%。

按照本文的思路，取消停電例行試驗，取而代之的是現(xiàn)階段業(yè)內較為主流的在線監(jiān)測、補充帶電檢測等技術，則優(yōu)化盲檢率My由原本的5.2%變?yōu)?.1%，雖然該指標有所變化，但幅度較小，可視為基本持平，驗證了該試驗的可行性。

4 結語

綜上所述，雖然部分狀態(tài)量及其異常事件僅能夠采用停電例行試驗的方式確定，但從現(xiàn)實數(shù)據(jù)計算結果及對比情況來看，優(yōu)化后的盲檢率由5.2%變?yōu)?.1%，兩者基本持平，驗證了改進方案的可行性，即不再進行停電例行試驗，而是采用業(yè)內較為前沿的不停電檢測技術，按照此優(yōu)化后的模式進行狀態(tài)檢修后，既能夠滿足高精度的檢修要求，又可節(jié)約狀態(tài)檢修的資源消耗，主動規(guī)避安全隱患，具有可行性。