關于水電站的電氣設備的可靠性分析與探討

曾明奇

江西省吉安市白云山水利水電管理局，江西 吉安 343062

當前電力能源的應用被拓展的越來越廣泛，電力系統正在向高電壓，大容量，遠距離發展。水電是良好的可再生資源，無燃料的消耗，可以持續地永久性利用，同時也是純凈無污染的環保能源。一般來說，一個水電站除發電外，還可以獲得諸如灌溉、防洪、供水、養殖、旅游、航道運輸等多種綜合效益。水電又是一次能源和一次電力同時轉化完成，發點的成本較低，且電力投入供應迅速，可以保證電力系統經濟安全的運行。除此之外，水電的發展還在改善能源結構，節省實話能源，實現西電東送、西部大開發，緩解南方缺點區域用電需求方面起到重要作用。伴隨我國水電發展，眾多水電站投入使用，在國家電網中發揮作用，但在提高經濟效益的同時，可靠性問題也愈顯突出，許多安全可靠性問題引發重大事故，造成安全隱患，造成經濟損失等。因此對水電站電氣設備安全可靠性的分析，和針對運行情況采取的改善和應對措施，在保障電網安全和經濟運行中顯得極其重要。

1 電氣設備可靠性分析

1.1 電氣設備可靠性綜述

電力系統的可靠性是指為用戶持續提供質量合格電能的能力。能力用概率來表示。而質量合格，指的是電能的頻率和電壓保持在規定的范圍之內。電力系統的可靠性分析，從不同的方向，角度和環節分析故障的現象，提出評估的指標。3個主要的任務是：1）分析單一元件和元件構成系統的計算模型，定量計算指標，分析如何使用統計方法獲得元件可靠性指標；2）由于電力系統范圍廣，進行可靠性分析時依據不同環節要求凸顯主要問題，組成不同部分的可靠性數學模型和計算方法；3）尋求提升電力系統可靠性的措施和方法。

1.2 發電控制設備分析

1）發電控制設備的初級故障樹分析。發電控制設備包括有勵磁系統、轉子、定子、繼電保護、調速系統和機組順序自動控制系統。其中的轉子和定子不可再分。此類元件有任何一個出現問題，發電設備便發生故障。因此是或門關系；2）勵磁系統故障樹分析。勵磁系統是由勵磁控制系統，功率柜，調節器、滅磁開關子系統構成。這些子系統有任何一個出現問題，則勵磁系統發生故障。因此，這些子系統為或門關系。其中的勵磁制系統包括電源和繼電器，是或門關系。勵磁調節器包括調節器系統和切換版，是或門關系。功率柜包括開關，整流部件，是或門關系。滅磁開關包括電氣部分和機械部分，是或門關系；3）調速系統故障樹分析。調速系統是由機械部分，電氣部分和電液轉換器構成。只有這幾個子系統全都正常運行，整個調速系統才能正常的工作。因此這些子系統為或門關系。其中的電氣部分可以分成輸出繼電器和控制部分，同樣是或門關系；4）機組順序自動控制系統分析。機械元件，電源和繼電器部分組成了機組順序自動控制系統。這些部件全部正常運作，機組順序自動控制系統才能正常工作，因此這些子系統是或門關系。

1.3 輸變電設備分析

變壓器、01短路器和電氣主接線構成輸變電設備。這些部件必須全都正常運行，整個系統才能工作正常，它們是或門關系。電氣主接線是一個復雜的橋型系統，可以使用分解法，將它分解成為串并聯結構的系統，在輸變電設備分析里，主接線被作為一個基本時間來分析。首先用分解法分析計算主接線，之后把它劃歸成故障樹的基本事件之一，在故障樹中分析計算。

1.4 常見的電氣元件失效模式

失效或者故障的表現形式被稱為失效模式。這些失效形式可以通過感官或者測量儀器設備觀測到。在分析過程中分清楚失效模式或者故障的表現形式至關重要。元件是組成電氣設備系統的基礎，電氣元件往往是引起系統故障的主要因素。所以，分析元件失效時研究系統失效的基本。要求盡量使用元件失效模式來描述系統失效模式。只有很難用元件失效模式描述時，才能使用子系統或者系統本身的失效模式進行描述。電氣失效分為不能開機、間歇性不穩定、誤動作、誤指示、漂移性不穩定、提前進行、滯后進行、不能切換、無輸入或錯誤輸入、無輸出或錯誤輸出、電短路、電開路以及電泄露等等。

2 故障樹分析解決方法及FTA法實施步驟

2.1 故障樹構造

故障樹指頂點和邊的集合圖。由頂點和邊聯合但不包括閉合回路，也就是起始和終止在同一點的邊。除了樹根之外的有方向的邊起于頂點形成的樹，故障樹也稱為邏輯樹。邊線表示系統故障、子系統故障或者元件故障。頂點代表邏輯運算。對應樹根事件，被稱為頂事件。下一級存在引起頂事件的事件發生，依次向下傳遞樹也將延續下去。頂事件一般是系統故障事件，是事先被系統故障標準來定義的。其他的事件是可繼續分解的子系統故障事件或者不可繼續分解的元件故障事件。當延伸到元件故障事件的時候，故障樹就出現了。

2.2 故障樹分析法特點

首先全面了解調查故障原因和事實，評估故障原因對系統的影響程度并采取措施加以改進。其次，選擇分析對象標準要以故障作為分析對象。之后對故障和危險系統地運用理論符號和邏輯推理進行分析，找出原因和因果關系。然后對裝景、產品、部件、系統安全性、可靠性進行實質性分析。最后要達到的效果是依據已確定了的故障過程，判斷安全性可靠性方面問題，草去相應措施加以改進、管理、維修、完善等。同時防止可靠性試驗、故障分析等項目的疏漏，并及時更新及保存資料，不斷完善原有技術，做到靈活有效的利用。

2.3 FTA法實施步驟

FTA法實施步驟包括選取頂事件，建立故障樹，求故障樹最小割集，以及求系統故障率。對于頂事件選取，可以依據最關注的問題選取，但需要遵循原則，即頂事件是否發生必須有明確定義；頂事件必須能繼續分解；頂事件可以定量度量。對于故障樹建立和邏輯圖對比。創立故障樹是故障樹分析中最重要環節，建立故障樹實際就是找出故障和找出故障原因的邏輯關系，同時用特定圖形表示這種關系。對于故障樹分析，目的在于決定頂事件概率。結果是系統故障的概率PF。故障樹分析分為定性和定量兩種分析。

3 可靠性分析研究的意義

分析電力系統可靠性的重要意義主要表現在提高電力系統元件可靠性是提升電力系統安全可靠性的重要手段。所以需要進行產品的可靠性分析研究，要以可靠性理論為基礎來設計制造和使用。另外，將可靠性新技術應用于電力系統中，也是提高經濟效益的有效途徑。

4 結論

保護回路是保護電氣設備，在機組電氣設備出現故障時，正確的反映動作，把事故范圍控制在最小，減少損失，保障機組及系統的安全穩定。利用故障樹分析法對電氣設備的可靠性進行計算和評估，可以直觀的對水電站電氣設備可靠性進行分析。同時，只有運行人員的技術業務水平素質提高，檢修人員設備維護檢修水平上升，才能更有效的增加設備安全運作的可靠性。水電站電氣設備可靠性狀況直接影響機組運行的安全穩定，也關系著電網的運行狀況。因此，對水電站電氣設備可靠性的分析，掌握其運轉情況，采取積極的改善和應對措施，提高可靠性，是保證電網安全的重要環節。

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