電網資產管理體系在500 kV電網設備中的應用

徐成龍，于虹，劉澤坤，何運華

(1.華北電力大學云南電網公司研究生工作站，昆明 650217；2.云南電網公司電力研究院，昆明 650217)

電網資產管理體系在500 kV電網設備中的應用

徐成龍1，于虹2，劉澤坤2，何運華2

(1.華北電力大學云南電網公司研究生工作站，昆明 650217；2.云南電網公司電力研究院，昆明 650217)

基于電力設備的基礎信息、運行環境、試驗記錄、負荷情況以及故障缺陷記錄等方面的數據，以設備的老化過程為基礎建立設備狀態隨時間變化的數學模型，得出量化的評價指標 (健康指數、故障發生概率、故障率等)，并根據這些量化的評價指標建立風險模型，進一步得到量化的各類風險值。結合云南電網公司500 kV斷路器狀態、風險評估的實際案例驗證了CBRM體系的可行性。實踐證明將CBRM運用到電網設備中有助于給電網公司提供正確的決策。

電力設備；CBRM；狀態評估；風險評估；應用案例

0 前言

目前國內電網檢修工作仍以周期性的計劃檢修為主[1]，隨著電網設備數量的增多，檢修工作量也大大增加，檢修力量不足，工作質量難以保證的問題越來越突出。如何將有限的檢修力量最高效的發揮作用，以最優的檢修順序最節省資源的方式完成需要檢修的工作成為電網企業面臨的亟待解決的問題。

“基于電網狀態評估的風險防范管理體系(簡稱 CBRM)”是一套電網資產管理體系。CBRM體系的評估過程包前和未來的狀態和性能，預測電網設備未來的故障率，量化設備在故障發生情況下面臨的各類風險，按照括狀態評估和風險評估兩部分。最終以數字量化設備當多種指標提出不同的維護措施和方案[2]。從而實現其它同類體系所沒有的功能，進而制定優化的檢修策略、技改戰略及投資規劃，成為設備資產全壽命周期管理體系的技術支撐和重要組成部分。

1 CBRM體系概述

1.1 狀態評估及風險評估過程

1)收集所需數據資料，利用健康指數評估模型評估設備的健康指數。

2)校正健康指數計算結果，利用實際故障率與理論故障率相匹配的原則，校準設備故障發生概率計算模型，計算設備故障發生概率。

3)評估設備未來的狀態和性能：通過設備健康指數柱狀圖和健康指數與故障發生概率之間的關系來計算未來故障率[3]。

4)建立風險模型——結合設備的故障發生概率和故障后果對風險單元進行量化。每一類風險單元與有形的資產參量 (如貨幣單位)相結合，設備的總風險為各類子風險之和。

5)依據設備老化原理，建立風險隨時間變化的數學模型，評估其未來風險變化趨勢。

6)根據已制定的技改或檢修方案，模擬評估其對設備未來風險的影響效果。

1.2 狀態評估及風險評估各參數

由于電力設備的狀態評估及風險評估各參數的求取的方法基本相同，現以斷路器為例來說明各參數的求取方法及過程。

1.2.1 健康指數

健康指數 (HI)：用0～10之間連續變化并與時間相關的單一數值來表征設備的健康程度，HI值越高表明設備狀態越差。斷路器健康指數是由其老化健康指數和健康指數的修正系數綜合得到的，其中老化健康指數是直接和設備老化進程相關的健康指數分量，主要設備運行年限、平均使用壽命并用平均每年跳閘次數和環境兩個因素進行修正。期計算公式如下：

式中，B為老化系數，fT為平均年跳閘次數，fE為環境因素，T1為當前年限，T0為投入運行年限。

將斷路器老化健康指數與各工況信息的修正系數綜合得到斷路器最終健康指數計算公式：

其中fR、fC、fP、fH、fD分別為斷路器的外觀修正系數、故障歷時修正系數、缺陷修正系數、預防性試驗修正系數和斷路器可靠性系數。

1.2.2 剩余使用壽命

斷路器剩余使用壽命EOL是以斷路器當前健康指數來推算其達到報廢時間的。設備的使用壽命定義為設備健康指數從0.5變化到7的過程。當健康指數等于或超過7時，設備故障率將處于急劇上升階段，設備在此階段需要采取更換、大修等相應措施，因此當設備健康指數等于7時表明斷路器已達到預期壽命。

故有：

由上可得斷路器剩余使用壽命：

1.2.3 故障概率

斷路器的故障等級分為小型故障 (修復時間在2天以內)、中等故障 (修復時間在2-10天以內)、重大故障 (修復時間在10天以上)和拒動故障共四個等級，在計算設備故障概率時需要對四個等級的故障分別計算。

對于第i(i=1，2，3，4)級故障，設備的故障發生概率POF與設備健康指數HI之間是一種三次多項式關系，得

式中：Ci是曲率常數，經驗值，不建議修改，Ki是比例常數。

1.2.4 風險的計算

風險的計算是根據設備的故障來進行的，是故障概率和故障后果的綜合。故障后果被定義為四個類別 (電網性能、人身安全、修復成本和環境影響)。在所有的類別中，各種后果都以貨幣形式表示。因此，總風險是通過對這四類風險的計算的總和，并由貨幣 (人民幣)表示。其計算公式如下：

式中：Risk——風險

i——風險類別 (1-電網性能；2-人身安全；3-修復成本；4-環境影響)。

j——故障等級 (1-小型故障；2-中等故障；3-重大故障)。

COAi——設備在第i個風險類別的重要等級系數。

COFi，j——設備在第i個風險類別第j個故障等級的故障后果。

2 應用實例

運用CBRM對500 kV斷路器進行狀態評估和風險評估，由于本次評估的斷路器運行年限比較短，所以其健康指數也比較小。

2.1 健康指數評估結果

最重要的指標是當前設備最終健康指數，這些數值反映出設備狀態與健康指數和故障發生概率POF之間的關系是一致的。基于電網狀態評估的風險防范管理體系的一個功能就是可以通過當前健康指數來評估設備未來的運行狀態。剩余使用壽命EOL是以斷路器當前健康指數來推算其達到一定壽命的。當健康指數達到7時，定義此時設備達到了其預期使用壽命，故剩余使用壽命EOL的計算是從斷路器當前健康指數變化到7時所需的時間。

云南省14個變電站157臺500 kV斷路器當前年健康指數分布圖及柱狀圖如下圖1所示：

圖1 500 kV斷路器當前年健康指數柱狀圖

從圖中可以看到，有一些斷路器處在7～8之間。這些斷路器是阿?，m的DT2-550F3型號的，其在投運沒幾年就出現了嚴重的問題。這類型的一部分斷路器的回路電阻沒通過回路電阻實驗，阿?，m廠家斷定這是一個嚴重的故障，需要對這類型號的斷路器進行更換。從上圖中也可以看到，有4臺健康指數比較高，達到了8，故需對這四臺斷路器進行處理。

隨著設備的老化，未來第5、10年斷路器的健康指數發生了顯著變化，其健康指數分布圖以及柱狀圖如下圖2、3所示：

圖2 未來第5年電抗器健康指數分布

圖3 未來第10年電抗器健康指數分布

從圖中可以看到，未來第10年，雖然大部分斷路器的健康指數還是處在3以下，但是有較多斷路器的健康指數超過5，甚至超過10。健康指數超過5的這一部分斷路器發生故障的概率就大大增加了。所以在這部分斷路器未達到這一數值前，對這部分斷路器進行更換，以確保斷路器安全穩定運行。

2.2 故障概率的計算

故障發生概率是通過匹配當前健康指數柱狀圖和近期的故障率統計結果得到的。對于斷路器來說除了有小型故障、中等故障、重大故障外還有拒動故障。故斷路器有四種故障類型。當前故障率是通過計算項目范圍內的斷路器最近三年的故障、缺陷、事故記錄得到的。每臺斷路器的未來年POF都是根據未來健康指數利用故障概率計算公式得到的，對這些故障概率的求和可以得到預測的故障次數。通過未來第10年健康指數柱狀圖與當前健康指數柱狀圖的對比，反映出斷路器健康指數在未來有較大的變化。雖然拒動故障的故障率非常低，但由于拒動的后果非常嚴重，所以這類故障所帶來的風險對于斷路器的整體風險來說也是不能忽視的。當前年和未來第10年的故障次數對比如下表1所示：

表1 當前年和未來第10年故障次數

如果用評估模型評估未來15年或20年，這一現象將更加明顯。更多的斷路器健康指數會超過4，故障概率將增加。因此整體的故障次數將非常高。出現這一現狀就需要采取一定的措施來降低故障率，比如把處于高健康指數區間的斷路器進行大修技改或者按一定的更換率更換掉，這樣健康指數以及故障發生概率都會回到相應較低的狀態，此時整體設備就會處于好的狀態。

斷路器組未來20年內總故障率變化情況如下：

圖4 500 kV斷路器組未來20年總故障率變化曲線

2.3 斷路器風險評估

斷路器當前風險分布、未來第10年風險分布如下圖5所示：

圖5 500 kV斷路器當前和未來第10年風險評估結果

圖6 500 kV斷路器組未來20年總風險變化曲線

上圖所示的是整體風險評估的結果，即所有斷路器的所有四類故障等級的總和。從圖中可以看到斷路器的風險非常大，這主要是因為斷路器的拒動問題。電網性能風險的比重最大，是斷路器總風險的主要組成部分。

圖中藍色柱狀圖表示當前風險，紅色柱狀圖表示未來第10年風險，淺綠色柱狀圖表示未來第10年進行干預措施后的風險變化情況，即把四臺回路電阻試驗未通過的阿?，m斷路器更換掉。可以看出，這些技改方案實施后將使得斷路器的整體風險又回到了當前年的水平。

斷路器組未來20年內總風險變化情況如下：

3 結束語

CBRM評估體系以定量的形式給出設備的健康指數、故障概率等狀態評估值和風險值，使檢修可以有針對性有目的性的進行。能得出設備當前和未來健康指數及其分布、故障率變化趨勢、當前和未來風險值分布及其變化趨勢。為企業做出正確的技改方案和檢修策略提供了有力的依據。

[1] 馬明煥.輸變電設備狀態檢修策略研討 [J].吉林電力，2008，36(6)：47-49.

[2] 田豐，盛四清，李燕青等.灰靶理論在CBRM狀態評估中的應用 [J].電力科學與工程，2011，27(5)：1-4.

[3] 秦繼承，吳娟.基于電網狀態評估的風險防范管理體系應用研究 [J].中國電力，2007，40(4)：90-92.

Application of CBRM in 500 kV Power Grid Equipment

XU Chenlong1，YU Hong2，LIU Zekun2，HE Yunhua2
(1.Graduate Workstation of North China Electric Power University，Yunnan Power Grid Corporation，Kunming 650217；2.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217)

Based on information of electrical equipment，operating environment，test records，operating environment，loads and fault defect records and other aspects of the data as well as the equipment aging process，create mathematical model of the device status changes over time.Then get the quantitative evaluation indicator(health index，the probability of failure，the failure rate)，and establish the risk data model based on these quantitative evaluation indicator，thus to further get the quantized value of various types of risk.Combined with the actual cases of condition and risk assessment of 500 kV circuit breaker in Yunnan Power Grid Corporation，verify the feasibility of the CBRM system(Condition Based Risk Management).Practice has proved that applied the CBRM system to the grid to power grid companies to help provide the correct decisions.

power equipment；CBRM；condition assessment；risk assessment；application cases

TM76

B

1006-7345(2014)06-0031-04

2014-10-24

徐成龍 (1989)，碩士研究生，華北電力大學云南電網公司研究生工作站，從事電力設備無損檢測、故障診斷的研究 (email)chenglong610038301＠163.com。

于虹 (1978)，女，博士，高級工程師，云南電網公司電力試驗研究院，從事高電壓技術與在線檢測方面的研究 (e-mail) 894333697＠qq.com。