水電站電氣設(shè)備可靠性分析與探討

摘要:對發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)的可靠性進行分析，確定發(fā)電設(shè)備的可靠性，同時分析其內(nèi)部的相互關(guān)系的影響，從而找出薄弱環(huán)節(jié)，加以解決，以提高其可靠性，具有重要的實際意義。本文在介紹電氣設(shè)備元件可靠性及故障樹分析方法的基礎(chǔ)上，建立水電站電氣設(shè)備故障樹，對于水電站電氣設(shè)備可靠性分析起到很好幫助作用。

關(guān)鍵詞:水電站，電氣設(shè)備，可靠性，故障樹

1、引言

目前電力能源得到越來越廣泛的應(yīng)用，電力系統(tǒng)不斷向高電壓、遠距離、大容量方向發(fā)展，在提高經(jīng)濟性的同時，安全可靠問題也突出起來。從七十年代初期以來，許多國家的大電網(wǎng)相繼發(fā)生重大事故，引起大面積長時間停電，不但造成巨大的經(jīng)濟損失，而且危機社會秩序。水電站電氣設(shè)備可靠性的高低，直接影響到機組的安全穩(wěn)定運行，從而關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此對水電站電氣設(shè)備可靠性進行分析，了解它們的運行狀況，以便采取相應(yīng)的措施，提高其可靠性，以保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行顯得尤為重要[1，2]。

2、電氣設(shè)備元件可靠性及故障樹分析方法

2.1 電力可靠性概述

電力系統(tǒng)可靠性可定義為向用戶提供質(zhì)量合格的、連續(xù)的電能的能力，而能力常用概率表示。所謂質(zhì)量合格，就是指電能的頻率和電壓必須保持在規(guī)定的范圍以內(nèi)。電力系統(tǒng)可靠性工程從各個方面、各個環(huán)節(jié)研究故障現(xiàn)象，提出定量評定指標。主要任務(wù)如下:1.研究單個元件和由元件組成的系統(tǒng)的計算模型，定量計算指標，研究如何應(yīng)用統(tǒng)計的方法去獲得元件的可靠性指標。2.鑒于電力系統(tǒng)的范圍很大，在研究可靠性時要根據(jù)不同環(huán)節(jié)的要求，突出主要矛盾，構(gòu)成不同環(huán)節(jié)的可靠性數(shù)學模型和計算方法。3.尋找提高電力系統(tǒng)可靠性的途徑和方法。

2.2電器元件常見的失效模式

失效模式就是失效或故障的表現(xiàn)形式，可通過人的感官或測量儀器、儀表觀測到的失效形式。徹底分清失效模式或故障的表現(xiàn)形式是很重要的，是進行失效分析的基礎(chǔ)，也是可靠性研究的基礎(chǔ)。在電氣設(shè)備中，元件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)的故障常常主要由電器元件失效引起的。因此，研究元件失效，是研究系統(tǒng)失效的基礎(chǔ)。在描述系統(tǒng)失效模式時，要盡量以元件失效模式來表征，只有在難于用元件失效模式進行描述時，才可以用子系統(tǒng)或系統(tǒng)本身的失效模式進行描述。

電氣失效主要有:不能開機，間歇性不穩(wěn)定，漂移性不穩(wěn)定，誤動作，誤指示，不能切換，提前進行，滯后進行，錯誤輸入(或無輸入)，錯誤輸出(或無輸出)，電短路，電開路以及電泄漏等。

2.2 故障樹分析方法

2.2.1 故障樹的構(gòu)造

故障樹是頂點和邊的集合圖。它由頂點與邊聯(lián)合起來而不包含閉合回路(即起始和終止于同一點的一些邊)。帶有方向的邊發(fā)源于頂點(除了樹的根)而形成的樹，謂之故障樹也稱邏輯樹。其邊表示系統(tǒng)故障、子系統(tǒng)故障或元件故障事件。頂點表示邏輯運算，即輸入與輸出的關(guān)系。相應(yīng)于樹根事件叫頂事件;下一級有引起頂事件的事件出現(xiàn)。這樣逐級下傳，樹將延伸下去。頂事件通常是系統(tǒng)故障事件，它是事先由系統(tǒng)故障標準定義的。其它事件或是可以繼續(xù)分解的子系統(tǒng)故障事件或是不可繼續(xù)分解的元件故障事件。當延到元件故障事件時，故障樹就形成了。

2.2.2 故障樹分析法的主要特點

1.目標全面查清引起故障的原因和事實真相、評價各種故障原因?qū)ο到y(tǒng)故障的影晌程度并采取相應(yīng)措施，切實地加以改進。

2.分析對象的選取標準以重大故障作為分析對象，系統(tǒng)的整理故障發(fā)生的原因及其因果關(guān)系。

3.分析方法概要運用理論符號和邏輯推理對復(fù)雜的故障和危險逐個地、系統(tǒng)地進行分析，找出原因及其間的因果關(guān)系;明確基本事件發(fā)生的概率和場合，最后求出系統(tǒng)發(fā)生故障的概率。

4.分析的性質(zhì)對產(chǎn)品、裝景、部件、系統(tǒng)的可靠性、安全性進行定性的和定量的分析。

5.預(yù)期效果。(1)根據(jù)已經(jīng)明確的故障發(fā)生過程，判明可靠性、安全性方面存在的問題，找出需要迸一步研究的課題。(2)采取措施，如改進設(shè)計、加強工程管理、加強維修、充實部件備品、完善使用說明書等，切實防止故障發(fā)生。(3)防止可靠性鑒定試驗、故障分析等必要的試驗項目、調(diào)研項目的遺漏。(4)保存和更新FTA結(jié)果，使原有的技術(shù)不斷完善，并有效地靈活運用。

2.2.3 FTA法的基本實施步驟

FTA法的基本實施步驟包括:選取頂事件;建立故障樹;求故障樹的最小割集;求系統(tǒng)的故障率。

(1)頂事件的選取。頂事件就是最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)。它可以根據(jù)我們最關(guān)心的問題來選取，但是下列幾點需遵守:(1)頂事件發(fā)生與否必須有明確的定義;(2)頂事件必須能夠進一步分解，這樣才能按，頂事件發(fā)生的邏輯關(guān)系建立故障樹;(3)頂事件能定量地度量。

(2)建立故障樹與邏輯圖比較。建立故障樹是故障樹分析中最關(guān)鍵的一步。建立故障樹實質(zhì)上是找出故障和導(dǎo)致故障的諸因素之間的邏輯關(guān)系，并將這種關(guān)系用特定的圖形-故障樹表示出來。

(3)故障樹的分析

故障樹分析的目的是決定頂事件的概率。其結(jié)果就是系統(tǒng)故障的概率PF。故障樹的分析包括定性分析和定量分析。

3、水電站電氣設(shè)備故障樹建立及分析

(1)頂事件的確定與初級故障樹的建立

電氣設(shè)備故障由發(fā)電制設(shè)備和輸變電設(shè)備兩大部分組成，這兩部分任何一部分發(fā)生故障都會導(dǎo)致電氣設(shè)備故障。所以發(fā)電制設(shè)備與輸變電設(shè)備為或門關(guān)系，頂事件為電氣設(shè)備，其初級故障樹如圖1所示。

(2)發(fā)電控制設(shè)備分析

這里以發(fā)電控制設(shè)備初級故障樹建立為例子進行說明。發(fā)電制設(shè)備包括勵磁系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子、定子、繼電保護、調(diào)速系統(tǒng)、機組順序自動制系統(tǒng)。其中轉(zhuǎn)子和定子不可再分。這些元件只要有一個發(fā)生故障則發(fā)電制設(shè)備故障發(fā)生，所以為或門關(guān)系，故障樹如圖2所示。

根據(jù)上述方法，可以建立龍羊峽電站電氣設(shè)備故障樹圖，然后進行電氣設(shè)備可靠性分析計算與評價。

4 結(jié)語

本文主要介紹了利用故障樹分析方法，對于電氣設(shè)備可靠性分析計算與評價，能夠更為直觀的進行水電站電氣設(shè)備可靠性分析，但是同時要求運行人員不斷提高技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)，檢修人員不斷提高設(shè)備的檢修維護水平，才能有效地提高設(shè)備的安全運行可靠性。

參考文獻:

[1] 陳希英， 高軍華， 計綠野. 皂市水電站電氣一次設(shè)計簡介[J]. 人民長江， 2008，39(21).

[2] 劉軍， 盧清波. 銀盤水電站施工電氣設(shè)備防雷接地保護措施[J]. 人民長江， 2008，39(4).