輸電線路絕緣件狀態分析和檢修策略研究

張真良 駱志剛 王健

1.南京工程學院電力學院，江蘇 南京 211167；2. 安徽電力定遠供電有限責任公司生產技術部，安徽 定遠 233200

輸電線路絕緣件狀態分析和檢修策略研究

張真良1駱志剛2王健1

1.南京工程學院電力學院，江蘇 南京 211167；2. 安徽電力定遠供電有限責任公司生產技術部，安徽 定遠 233200

本文根據國網公司關于推行狀態檢修的工作要求，從介紹狀態評估對狀態檢修重要意義入手，針對輸電線路絕緣件提出了基于“狀態樹”的設備狀態評估模型和基于“故障樹”的總體安全水平計算模型，并在此基礎上進一步提出絕緣件狀態檢修策略模型。

輸電線路；絕緣件；狀態評估；檢修策略

Transmission line; Insulator; State assessment;Maintenance strategy

引言

國家電網公司工作會議上明確提出了從2010年起在公司全面推行狀態檢修的工作要求。這就要求各省公司的狀態檢修工作在保證安全、穩步推進的基礎上，進一步完善了狀態檢修的技術標準；加快狀態檢修輔助決策系統推廣應用；加強狀態檢修關鍵技術研究，加大帶電測試新技術的推廣應用力度，多措并舉，爭取狀態檢修工作更深入、更全面地開展[1]。

1.狀態評估的意義

狀態檢修是一種以設備狀態為基礎，采用預測設備狀態發展趨勢的方法，以提高設備可靠性和可用度為目標的一種檢修方式。顯然這種檢修是建立在設備現行狀態的基礎上，而設備的現行狀態是通過一定的方式對設備進行狀態評估之后予以確定。因此，設備狀態評估是開展狀態檢修的基礎，它是狀態檢修的前提依據，它決定了狀態檢修的項目和內容，它直接影響到狀態檢修的效果和質量[2]。

2.狀態評估模型

設備狀態評估要求能全面、準確地反映設備的實際狀態，首先應當了解哪些因素能對設備現時狀態產生影響。從某種意義上講，狀態評估實際上是對這些因素的影響程度作出評估。

影響設備現時狀態的因素包括（1）設備的質量（包括出產試驗結果，同類產品故障情況等）；（2）設備運行的環境條件；（3）設備的歷史事件（包括歷次檢修結果、所經受的異常事件如雷擊、過電壓等）；（4）設備的運行狀況（包括各種運行參數、各種檢測結果）。

針對輸電線路絕緣件，充分考慮各方面影響因素[3]，構建如圖1所示的“狀態樹”作為其評估模型。在總狀態的下面，有若干二級狀態，在每個二級狀態下面，又存在若干三級狀態，依次類推。每一個狀態可以劃分為多個級別，如優良中差，并用從0～100之間的某一分值來表示。由二級狀態評估總狀態時，采用加權累加方法，其中權系數代表了該因素對上級狀態的影響力。其數學公式如下：

其中F為總體狀態分值，fi為子狀態分值，Ki為權值。

3．總體安全水平計算模型

安全水平可以用許多指標來表示，如安全裕度、事故概率等。本文選用可能發生事故的概率來表示架空輸電線路的安全水平[4]。首先需要分析能夠引起事故的因素，然后計算各因素獨立作用時引發事故的概率，在計算多因素組合（如劣質絕緣子與雷擊組合、接地電阻與雷擊組合、污穢與復合絕緣子老化組合等）作用下最后根據概率學計算各種因素共同作用下發生事故的概率。其數學模型可以用如圖2所示的“故障樹”來表示。能夠引發輸電線路事故的事件包括污閃、雷擊閃絡、干閃、復合絕緣子界面擊穿、復合絕緣子脆斷、懸式絕緣子掉串、接頭斷開、對地面物體放電等[5]。通過對各因素之間的比例分析，能夠確定當前輸電線路的安全弱點，可指導安排針對性檢修。

4．狀態檢修策略模型

狀態檢修策略包括檢修周期的制定、檢修方式的制定、檢修目標的制定、檢測范圍和抽樣方法等[6]。對于《操作規程》上明確規定的，按照“規程”進行檢修。對于操作規程未作規定的，按照經濟性原則來決策檢修方式[7]。

常見的檢修方式有以下幾種：

1）最小檢修。這種檢修只要更換或修復那些直接導致設備失效的元件，而不對其他元件進行檢修或更換。其數學假設是檢修行為不改變設備的失效率函數，只是將設備從失效狀態恢復到工作狀態。

2）完美檢修或更換。這種檢修對設備各元件進行檢修、調整和修復，使得設備狀態像新設備一樣。

3）預防性檢修。這種檢修是預先計劃而不是等到系統故障后才決定進行的。其目的在于改善設備的“健康”狀態。多數學者認為，預防性檢修的功效介于完美檢修和最小檢修之間[8]。

4）計劃檢修。這種檢修是預先計劃的，與系統有無故障無關。最常見的計劃檢修就是定期檢修。它與預防性檢修是同一概念的不同表述[9]。

在實際檢測中，普通檢修一般采用最小檢修方式。可以用年劣化率來確定檢測周期[10]。其基本出發點是：劣化絕緣子的數量隨時間的增長而增長，而我們對絕緣子年平均劣化率期望保持基本穩定，即要求年平均劣化率P與檢測周期T乘積應不大于某一數值A，如下式所示：

圖1 輸電線路絕緣件的“狀態樹”評估模型

圖2 輸電線路絕緣件的“故障樹”總體安全水平計算模型

式中P是絕緣子年平均劣化率。根據我國目前實際情況，在正常情況下，220k V及以下線路取P＝0.1%，對330k V～500k V線路取P＝0.01%～0.05%；A是根據運行單位要求的年平均劣化率來確定的常數，220kV及以下線路取A＝0.2%，對330k V～500k V線路取A＝0.02%～0.1%。若某220k V線路，在第N次測得絕緣子年平均劣化率為0.07%，則第（N＋1）次檢修時間T可以按上式計算：

則可過3年左右再行檢測。

關于設備更換周期的確定，可以采用最小檢修優化模型。其基本觀點是，最小檢修基本不改變設備的失效率，但隨著設備運行年齡的增長，不可能永遠采用最小檢修來修復有故障的機器，總有一天要更換設備。進一步假設更換費用高于最小檢修費用。檢修時間可以忽略不計。則可以建立一個優化模型來尋找最優更換時間T，使單位時間的總費用最小：

[1]周云波.電力設備狀態檢修管理系統的建設與實踐[J].電力設備,.2003,4(6):50-53.

[2]張懷宇,朱松林,張揚，等. 輸變電設備狀態檢修技術體系研究與實施[J].電網技術,.2009,3(13):70-73.

[3]李琦,任海鵬,鄭崗，等. 變電站絕緣子污穢在線監測系統的設計[J].西安理工大學學報,.2002,18(2):136-139.

[4]孫連捷.安全評價和安全評價程序的論述[J].勞動保護科學技術,.1999,19 (1):24-26.

[5]關志成.絕緣子及輸變電設備外絕緣[M].北京:清華大學出版社,.2006:137-161.

[6]黃道姍,林韓,林濟群，等. 電力設備狀態檢修實施策略研究[J]. 福建電力與電工.2001,21(4):44-47,55.

[7]孫寶欽. 電力設備狀態檢修策略及其實際應用[J].吉林化工學院學報,.2007, 24(1):68-71.

[8]馬曉芳,高學東,賈希勝.發電設備預防性檢修策略比較研究[J].中國機械工程,.2007,18(23):2789-2792.

[9]曹鐘中,顧煜炯,楊昆.電站凝汽器銅管的視情更換原則[J].熱能動力工程,.2006,21(3):287-290.

[10]薛玉蘭.基于全壽命周期成本理念的檢修成本建立方法[J]. 2008,36(10):87-90.

其中C(T)為單位時間的總費用，Cf為最小檢修費用，Cr為更換費用，h(t)為失效率，則h(t)的積分為最小檢修次數，T為決策量。上式對T求一階偏導編導并令偏導數等于零，得到最優解T×的方程式：

5．結束語

我國的智能電網建設工作正逐步展開，對輸電線路運行管理水平提出了更高的要求。輸變電設備檢修是電網生產管理的重要組成部分，輸電線路絕緣件狀態分析和檢修策略的研究是其中的重要內容之一，按照絕緣件運行狀態，安全水平，進而制定檢修策略，即選擇檢修時機和實時反映絕緣件狀態以進行科學檢修是發展智能化電網的內在要求。

Research on State Analysis and Maintenance Stategy of Transmission Line Insulators

Zhang Zhenliang1,Luo Zhigang2,Wang Jian1
(1. School of Electric Power Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China;, 2. Infrastructure department of Dinyuan Power Supply Corporation, Dinyuan 233200, Anhui)

According to the implementation requirements of state maintenance in State Grid Corporation, the importance of state assessment to the state maintenance was introduced in this paper. Equipment condition assessment model based on "state tree", as well as the overall security level model based on "fault tree", were proposed for transmission line insulators. Based on the above elements, the insulator state maintenance strategy model was further proposed.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.117

江蘇省高校自然科學研究項目（江蘇省高校自然科學基金）(09KJB470002)南京工程學院校級科研基金項目(KXJ08061)