电力配电设备故障风险评估模型研究

电力配电设备故障风险评估模型研究

过超水飞飞王剑王陈晨侯林

国网安徽省电力有限公司阜阳供电公司安徽阜阳236000

摘要：电力企业的宗旨是向用户提供安全、经济、可靠、优质的电能，然而在实际运行中，一些因素会导致配电网设备出现故障，带来供电不足和中断的情况，造成国民经济和人民生活的巨大损失。统计表明，配电网的故障对用户供电可靠性的影响最大，用户停电故障中近80％是由配电网故障引起的。国外对输变电设备风险评估的研究已取得初步成果，并已逐步应用。基于此，本文主要对电力配电设备故障风险评估模型进行分析探讨。

关键词：电力配电设备；故障；风险评估；模型研究

1前言

电力设备（变压器、线路等）数量庞大，如果缺少针对性的检修计划，易发生设备故障导致停电事故。以往对电力设备状态检修的研究工作中，以基于设备全寿命周期管理和可靠性技术的应用比较多。前者倾向于设备自身的成本，而后者更倾向于系统损失成本，风险评估是对概率性方法的扩充，可以较好地将这两方面结合起来，逐渐受到重视，成为开展设备状态检修工作的重要环节。

2设备故障风险评估的基本概念

风险的定义由两部分构成：一是危险事件发生的可能性P（Probability）；二是危险一旦发生，将会造成的损失L(Loss)。风险R一般采用二者的乘积表示：

R=P×L（1）

因此，设备故障风险包括设备故障概率和设备故障导致的损失两个方面。设备故障风险评估是根据与设备相关的各种信息，采用相应的方法进行设备故障概率分析和故障后果分析，建立相应的风险计算模型并进行量化的过程。

可见，设备故障风险评估是对风险因素进行辨识、分析、量化、定级的过程。通过设备故障风险评估，一方面可以对设备故障风险的可能性、严重性有较为直观的认识；另一方面，量化分析的结果可以为生产活动的决策提供依据，以制定更具针对性的方案措施，减少风险带来的不利影响。

3设备故障停电影响程度

3.1设备故障的停电负荷集

配电网中各设备故障停电影响程度与故障后果有关，因而需要确定设备级故障的预想事故集，即馈线上某设备发生故障停电时，与其对应的负荷集S内各负荷均发生持续停电。运用故障遍历法对预想事故集内按照不同的馈线对馈线上的各设备进行预想故障停电后果分析，再综合考虑联络线的转运能力后，构建不同馈线上各设备故障对应的故障停电负荷集S。

3.2设备故障停电影响程度的评估指标及计算公式

设备故障带来的后果，主要是针对供电企业、负荷或电力用户而言的，且与供电可靠性密切相关。不同设备故障因停电范围不同，造成的影响大小亦存在差异。损失负荷、损失电量、停电用户数量及用户重要级别、停电时长因素是反映故障停电影响程度的主要因素。而对于负荷节点是否出现低电压问题，则认为故障后短时可能出现低电压，但由于部分负荷将被切除供电，馈线潮流减少，甚至运行馈线长度缩短，加之配电网集中和分散安装了满足要求的自动投切电容器组用于无功补偿，则继续供电的负荷出现低电压的可能性较低，不予考虑。

4实证分析

以某配电网为例，对其中设备的故障停电风险进行实时评估。该配电网的结构图如图1所示，图中小数表示设备故障率浴盆曲线中区域I的平均年限（单位a）。该配电网的预想事故集为除联络开关外其他所有主要设备，馈线F1和F3的联络线最大转运功率分别为1500kW和1200kW。该配电网配变年平均功率因数和负荷率分别取0.9和60%。各设备的浴盆曲线的β值通过历史故障数据拟合得到。该配电网中各类设备的故障率和平均修复时间如表1所示。

图1某配电网结构图

表1各类设备故障率及平均修复时间情况

4.1各风险源对各设备的故障促成概率

配电网实际运行方式多样，在不同的评估时点上，各设备的主要风险源因素也处在不断变化当中，因而在不同评估时点上需要监测各设备的各风险源实际状态及设备过负荷状态，通过监测风险源状态确定设备发生故障的概率。

该配电网某评估时点上，其实际运行方式为：馈线F2上架空线路L23计划检修，L23、R28和T28处于停运状态，其余设备均处于运行状态（除联络开关外），天气情况是正处于雷雨状态，出现大风大雨及雷击，配电系统监测到部分线路及配变出现过负荷运行。根据配电网中设备的使用时间及设备过负荷和外部环境的状态，可根据故障率函数λ（Y）得到该评估时点所有风险源引起的各设备故障概率，如图2所示，图中横轴0表示B31，1—3表示C31—C33，4—7表示L31—L34，8—16表示K31—K39，17—28表示R31—R39和R310—R312，29—40表示T31—T39和T310—T312，后文中相同馈线数据编号所代表的设备相同。

图2评估馈线F3上各设备的故障率

4.2设备故障停电影响程度

设备故障停电影响程度的确定，首先需要运用故障遍历法界定预想事故集中各设备故障对应的停电负荷集S，然后通过计算4个指标值，综合评价设备的故障停电影响程度。

该配电网统计的配变年度平均运行时间为7890h，则可求得各馈线上各配变的平均负荷水平，图3给出了馈线F2上各配变的平均负荷水平。一级负荷用户KU1取20，二级负荷KU2取10，可计算得该配电网中表征各设备故障停电影响程度的4个指标。馈线F1上各设备的这4个指标数值情况中，横轴0表示B11，1、2分别表示C11、C12，3—5表示L11—L13，6—13表示K11—K18，14—23表示R11—R19和R10，24—33表示T11—T19和T110。为了识别各设备在配电网中的故障停电影响程度，利用AHP-TOPSIS综合评价方法，将以上4个指标综合成1个指标，该指标综合反映各设备在配电网中的故障停电影响程度。首先根据配电网运行实际经验及专家意见，对指标的相对重要程度给出了判断矩阵。

图3馈线F2上各配变平均负荷情况

调用MATLAB编写的相应程序，得到各指标的权重向量为［0.423590.227040.122320.22704］，判断矩阵的一致性指标（CI）0.00345<0.1，表明得出的权重与判断矩阵具有一致性，是合理的。再调用自行编写的TOPSIS评估程序，计算得到该配电网中各设备的故障停电影响程度。图7给出了该配电网馈线F3上各设备的故障停电影响程度。由于网络的拓扑结构，不同设备的停电负荷集存在较大差异，使设备的故障停电影响程度不同。各馈线首端断路器发生故障对配电网的影响较大，因而影响程度很高，如馈线F3上断路器B31的影响程度高达0.86575。进而，将各设备故障停电影响程度值与该评估时点上设备发生故障概率相乘，可得到此评估时点上该配电网各条馈线上各设备的故障停电风险值。

5结语

实现对配电网设备故障停电风险的实时动态评估，能够提高配电网供电可靠性，降低故障损失。设备故障停电影响程度的评估则考虑了损失负荷、损失电量、停电用户小时数、停电用户级别加权户数4个指标。最后，以某配电网为例，对某时点配电网设备故障停电风险实时评估，得到了该时点不同设备的故障停电风险值，结果达到了运行评估的要求，证明了方法的准确性，有助于提高配电网安全运行的水平。

参考文献：

[1]张怀宇，朱松林，张扬等.输变电设备状态检修技术体系研究与实施［J］.电网技术，2009，33（13）：70-73．

[2]王一，王慧芳，张亮等.基于效用和成本的状态检修维修方式选择研究［J］.电力系统保护与控制，2010，38（19）：39-45．