淺議電站電氣主接線安全性評估

張廷觀

（廣東火電工程總公司，廣東 廣州 510730）

安全、可靠、經濟，是各行各業用戶對電力系統的基本要求。而電氣主接線是發電廠、變電站的主要組成部分，是發電、輸電和配電設備中最重要的能量傳輸點，其擔負著匯集發電機組發出的電能，并向系統傳輸和分配的功能；變電站是聯系發電廠和用戶的中間環節，其電氣主接線起著變換和分配電能的作用，故電氣主接線是否具有足夠的可靠性，直接關系著電力系統供電任務的完成與否。因此，對其電氣主接線的可靠性評估，是電力系統可靠性研究的重要內容。

1 電氣主接線安全評估定義

變電所電氣主接線系統，一般包括以下電力元件：母線，變壓器，斷路器，電壓互感器，隔離開關以及繼電保護和自動裝置等輔助設備。

發電廠、變電站電氣主接線可靠性定義為：在組成主接線系統元件（斷路器、變壓器、隔離開關、母線等）的可靠性指標已知和可靠性準則給定的條件下，按可靠性評估準則評估整個主接線系統滿足電力系統電能需求能力的量度。

2 電氣主接線安全評估內容與步驟

2.1 評價內容

變電所電氣主接線可靠性評估，是依據構成主接線的電氣設備可靠性數據和系統網絡拓撲結構，進行數學評估，建立其可靠性模型，通過可靠性計算，來定量論證主接線的可靠性和經濟性，使得主接線的設計、運行、檢修等工作，建立在更加科學的基礎上，通常對主接線可靠性的評估計算，包括以下主要內容：

（1）通過主接線元件的可靠性數據和系統網絡結構，來預測主接線的可靠性，并作為設計和分析主接線的依據；

（2）對不同的主接線方案進行可靠性指標的綜合比較，提供可靠性評估的概率性定量指標，作為選擇主接線最優方案的依據；

（3）對已經在運行的主接線，尋求可能的供電通道，來選擇最佳運行方案；

（4）尋找主接線的薄弱環節，以便合理安排檢修計劃和采取相應對策等；

（5）開展主接線的定量評估，為合理簡化工程接線提供依據，充分發揮主接線可靠性技術在工程設計中的輔助作用。

在設計階段，主接線可靠性評估的主要工作，是通過采集的設備可靠性參數，評估不同備選主接線方案的可靠性水平，并結合經濟性評估的指標，綜合選擇最優的方案。

在運行階段，主接線可靠性評估的主要工作，是通過對設備運行記錄的統計評估，得到站內設備的可靠性參數，結合不同的運行方式，評估主接線在不同運行條件下的可靠性水平，并為運行決策提供輔助決策信息。

2.2 評價步驟

對變電所電氣主接線可靠性進行評估時，一般假定某一電源為起點，且假定電源點完全可靠。以某二次一母線為終點，然后評估和計算由起點到終點的可靠性指標。一般變電所電氣主接線可靠性評估，可歸納為以下步驟：

（1）定義系統的范圍，列出其所包括的元件；

（2）給出每個元件的故障率、修復率、計劃檢修和停運時間；

（3）定義系統故障判據，即規定主接線系統正常和故障的條件。就一般而言，變電所主接線系統的可靠性判據，主要是連續性，即停電為故障，不停電為正常；

（4）建立數學模型，選擇要計算的可靠性指標，如概率、頻率、平均無故障時間、平均停電時間等。建立數學模型時，要作一些基本假設；

（5）計算主接線系統的可靠性指標。

3 電氣主接線可靠性評估方法

3.1 邏輯表格法

在電氣主接線的可靠性分析中，常使用邏輯表格法。根據電氣主接線的實際情況，考慮單重及雙重故障的所有可能情況，將其發生頻次及造成的停運時間歸納列成一張表格，然后根據可靠性指標的定義，求出各項指標，如停運時間、停運頻率等。這種方法依賴實際接線的類型與具體的接線方式，對于規模不大的電力系統而言，是簡易可行的，但隨著電氣主接線規模的不斷擴大，其結構復雜，運行方式靈活多變。這種固定不變的邏輯表格法，已經不能滿足電氣主接線可靠性分析計算的要求。

3.2 故障模式與后果分析法

故障模式與后果分析法，是一種傳統的可靠性評估方法。這種方法通過對系統中各元件狀態的搜索，列出全部可能的系統狀態，然后根據所規定的可靠性判據，對系統的所有狀態進行檢驗分析，找出系統的故障模式集合，最后在此狀態集合的基礎上，求得系統的可靠性指標。該種方法原理簡單、清晰，模型準確，但是，其作為一種歸納方法，要識別和分析每個元件所有可能的單故障模式或誤操作模式對系統和周圍元件的影響，因此，其計算量隨元件數目的增長而成指數增長。在大型電氣主接線中，元件數目及操作方式增多時，系統故障模式急劇增加，計算將變得冗長繁瑣。

3.3 狀態空間法

狀態空間法就是將系統用其狀態和其間可能發生的轉移來表示，并據此求得系統可靠性指標。這種方法用于大型網絡時，由于計算量大大增加，必須采取一定限度的近似來保證精度。在近似準確度能滿足要求時，這種評估方法是一個非常有用的方法。

3.4 最小割集法

最小割集法是將所計算的狀態限制在所謂的最小割集狀態內，避免了計算全部的系統狀態，從而節省了計算量。特別是在電力系統中的元件為高可靠性元件時，其計算結果滿意。隨著大型水電站的出現，其電氣主接線結構越來越復雜，直觀地判斷出系統故障事件越來越困難，而最小割集法能較容易地判斷，并找出其薄弱環節，提出增強性措施。

3.5 基于故障擴散的評估方法

這種方法利用前向搜索算法，確定斷路器動作影響范圍；用故障擴散方法，確定故障隔離的范圍，從而確定節點的故障類型。根據故障的類型，便可形成相應的節點、饋線以及系統的可靠性指標。這種算法雖然以故障擴算法為基礎，不需進行等值處理，能一次性形成負荷點和系統可靠性指標，但該算法在前向搜索斷路器時采用潮流計算，大大增加了計算量，所以還有待于提高。

3.6 網絡法

網絡法是國內外對主接線可靠性研究中最為常用的方法，這對于包括大量元件的主接線來說，分析計算比較簡單。主要因為其簡單，并且網絡模型與主接線系統的拓撲結構有著自然的相似，這種方法主要采用故障模式后果分析，但當網絡規模變大時，各種故障后果分析將變得十分冗長。

3.7 頻率和平均持續時間法

頻率和平均持續時間法，是一種基于Markov過程的方法，其運用累積狀態的頻率和累積狀態之間的轉移頻率的概念，對于建立子系統、組合系統及整個系統的等效模型帶來很大的方便。具體的做法是，系統從電源端到負荷端逐次運用Markov過程的基本理論列寫狀態空間圖求解，每一步均充分考慮元件的擴大型。

4 實例

如某變電站中，35 kV側出線分別為負荷1和2，其出線分別帶著一個35 kV變電站，出線負荷很大，肩負著重要工礦企業及居民用戶的供電任務。在設定的運行方式下，評估結果表明，這兩個負荷的期望故障受阻電能和期望停電損失費用較大，即在可靠性水平相同的條件下，重要負荷如果發生故障導致中斷供電，造成的經濟損失更大。為了對此類重要負荷提供更高的可靠性，使其停電損失費用減小，達到可靠性與經濟性的協調，所以建議對這兩條負荷每條出線提供雙回線路供電，以此提高可靠性水平，減少經濟損失。

5 結束語

我們得知電氣主接線是發電廠、變電站的主要組成部分，是發電、輸電和配電設備中最重要的能量傳輸點,設備可靠性數據和系統網絡拓撲結構，進行數學評估，建立其可靠性模型，通過可靠性計算方法分析了安全的可靠性及重要性。

[1]郭永基.可靠性工程原理[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2]王錫凡.電力系統規劃[M].北京：水利電力出版社，1991.

[3]郭永基.電力系統計電力設備的可靠性[J].電力系統白動化，2001，25(17)：53-56.

[4]別朝紅，王錫凡.抽水蓄能電站主接線的可靠性綜合評估[J].電力系統自動化，2006，30(9)：9-14.