電網設備系統檢修策略

湯宗亮，衡思坤，韋海榮

(1.連云港供電公司，江蘇連云港 222000；2.南京導納能科技有限公司，江蘇南京210028)

電網設備檢修方式經歷了故障檢修、定期檢修和狀態檢修3個階段[1]。故障檢修是根據設備故障報修開展的，是一種失度檢修方式。定期檢修是基于保守的運行經驗和設備使用說明書開展的，是一種過度檢修方式。隨著在線監測技術的發展和輸變電設備制造工藝水平的提高，狀態檢修方式正在國內外逐步推廣。但是目前狀態檢修僅考慮設備自身的狀況，沒有充分考慮設備檢修對電網系統以及用電客戶的影響。因此，設備檢修方式需要繼續向系統狀態檢修和面向客戶的檢修方式邁進[2]。文中提出輸變電設備系統檢修策略，重點研究單一設備的狀態檢修如何向面向客戶的系統狀態檢修過渡。

1 系統狀態信息收集

1.1 系統狀態信息收集模型

系統狀態檢修的核心是系統狀態評價，而系統狀態評價的基礎是系統狀態信息收集。輸變電系統狀態信息收集是一個包含管理和技術手段的系統性工程。系統狀態信息收集模型如圖1所示。

1.2 系統狀態信息特性分析

基于對某2000 MW負荷的地區電網近10年來的運行情況和設備缺陷狀況分析來看，輸變電系統狀態信息有以下幾個特點：（1）系統狀態信息包括設備和電網的運行狀況；（2）系統狀態量的影響程度不同地區不盡相同；（3）系統狀態信息是時間函數，狀態量的變化趨勢往往比狀態量本身的數值更為重要。

2 系統狀態評價

在系統狀態信息收集的同時開展系統狀態評價。系統狀態評價分為單一設備狀態評價、回路狀態評價和系統狀態評價3個階段。狀態評價結果分為正常狀態、注意狀態、異常狀態和嚴重狀態[3]。當評價量化值達到特定區間時，即認為評價結果為某種狀態。

2.1 單一設備的狀態評價

單一設備的狀態評價由設備部件的狀態評價構成。當設備各部件的狀態量量化值達到特定的區間時，則認為設備為某一狀態。對一些狀態信息量化值沒有達到限值但明顯差異的，有專門的評價方法。評價結果反應設備整體及所屬部件的最嚴重狀態。不同類型的設備應制定不同的評價方法。

2.2 回路的狀態評價

單一設備狀態評價結束后，進行設備所在的回路狀態評價。定義實現同一功能且相互影響的設備群組成一個回路。常見的回路包括母線回路、變電回路和輸電回路，見圖（2—4）。

圖2 母線回路

回路的狀態評價由回路設備狀態評價、回路隨機失效性評價、回路風險程度評價和回路技改反措評價四個部分組成。

圖3 變電回路

圖4 輸電回路

回路設備狀態評價包括回路內一、二次設備的狀態評價，評價結果反應回路內各設備的最嚴重狀態。

回路隨機失效性評價根據各類設備統計故障率，按照式（1）、（2）、（3）進行量化。其中單一設備的故障率由歷史統計數據獲得。

式中：rn（t）為評價時刻單一設備的可靠度；n為回路中設備的數量；λn為單一設備的故障率；t為評價的時間點；tn為設備上一次大修和全校驗的時間點；R（t）為評價時刻回路的可靠度；F（t）為評價時刻回路的失效率。

回路風險程度評價以設備故障率的浴盆曲線特性為依據，按照式（4）進行量化。

式中：Q（t）為回路的風險故障率；qn（t）為單一設備的風險故障率。回路的技改反措評價根據回路的危險點源及反措執行情況來開展。

2.3 系統的狀態評價

回路評價結束以后，進行回路所在的系統狀態評價。定義為同一客戶群供電的所有回路的集合為系統。電網中系統的劃分如圖5所示，系統內部的環節和斷面如圖6所示。系統狀態評價由系統設備狀態評價和系統通流能力評價兩部分組成。系統設備狀態評價由系統內各回路設備的狀態評價構成，評價結果反應系統內回路設備的最嚴重狀態。系統通流能力評價由系統承載力評價和系統結構性評價兩部分組成。系統承載力評價反應的是系統各回路在最大潮流情況下的過載能力，系統結構性評價反應的是系統在故障下的自適應能力。系統的通流能力評價見表1。

3 系統檢修策略

3.1 系統檢修策略

圖5 電網系統劃分示意

圖6 系統環節和斷面劃分示意

表1 系統通流能力評價標準

系統狀態評價按照設備、回路和系統順序進行，而系統檢修策略的制訂則正好相反。系統檢修策略根據系統狀態評價結果，按照系統、回路和設備的順序逐步明確。系統評價和檢修策略工作過程如圖7所示。檢修策略的制定分為3個步驟：（1）確定系統、回路和設備的檢修級別；（2）確定系統的技術改造方案；（3）確定回路的檢修方案。

圖7 系統狀態評價和檢修策略工作過程

檢修級別分為3種情況：（1）停電檢修，根據檢修內容的復雜程度細分為A、B、C三類；（2）不停電檢修為D類；（3）帶電作業和事故搶修為E類。

3.2 系統檢修計劃

系統檢修策略是通過系統檢修計劃來執行的。檢修計劃要明確檢修工作的具體執行時間。首先根據回路檢修順序因子來確定各回路的檢修順序。檢修順序的因子越大，回路的檢修順序越靠前。檢修順序因子由回路的狀態和回路重要性2個因素決定[4]，其計算方法見圖 8和式（5）。

圖8 回路檢修順序因子計算方法

各回路的具體檢修時間通常采用啟發式算法的優化程序進行優化安排，就是以一個目標函數為方向，考慮各種約束條件，通過不斷地嘗試來尋找一個最優結果。常見的目標函數是全網各回路檢修風險損失電量和最小，回路檢修風險損失電量計算見式（6）。

式中：W為停電風險損失電量；T為失效修復時間；f為失效頻率；t為計劃檢修天數；p為系統的平均負荷。

4 工程實例

選取港城地區110 kV蒼梧變10 kV母線所帶客戶集合為一個客戶群，為該客戶群服務的系統定義為蒼梧系統，包括鳳蒼線735線路、茅鳳線717線路、蒼梧1號主變、蒼梧2號主變、蒼梧10 kVⅠ母、蒼梧10 kVⅡ母、蒼梧10 kV母聯7個回路。每個回路由數量不等的一、二次設備組成，獨立完成一個輸、變電或者配電功能。具體系統組成如圖9所示。

圖9 蒼梧系統

單一設備狀態評價結果為：鳳蒼735線路為異常狀態，原因是絕緣子老化；735線路保護為注意狀態，原因是校驗周期到期；蒼梧變1號主變保護為注意狀態，原因是校驗周期到期。

綜合設備評價結果。回路的狀態評價結果為：鳳蒼735線路回路為異常狀態；蒼梧1號主變回路為注意狀態。

環節通流能力評價結果為：變電環節為嚴重狀態，原因是蒼梧主變N-1時2號主變過載超過40%；受電環節為異常狀態，原因是蒼梧10 kVⅡ母出線間隔數量不滿足導致部分線路過載。

綜合環節通流能力評價結果和回路狀態評價結果，該系統的總體評價為嚴重狀態，檢修策略見表2。

表2 蒼梧系統檢修策略

4 結束語

確保經濟性和可靠性的適度檢修是狀態檢修。狀態檢修應從系統和用戶角度審視，依據整個系統的狀態來安排檢修的頻度和深度。系統狀態評價是核心，不僅要掌握設備的狀態，還要掌握回路以及整個系統的狀況。公司成本控制和用戶電量供應是檢修策略目標。狀態限值、環境保護和檢修業務外包等檢修策略約束條件需要進一步研究。

[1]陸頌元.美國幾個電廠狀態檢修技術的發展過程及特點[C]//全國火電機組狀態檢修研討會論文集.昆明：中國電力企業聯合會，2004：24-28.

[2]XU B，HAN X S，LI M，et al.System Maintenance Scheduling：Review and Prospect[C]//Proceeding of 2nd ISGT(Asia).天津：ISGT(Asia)，2012：37-55.

[3]國家電網公司生產技術部.Q/GDW 174—2008架空輸電線路狀態檢修導則[S].北京：國家電網公司，2008.

[4]BALZER G，SCHMITT O，HALHANN M，et al.Maintenance and Refurbishment Strategies for M V Substations[C]//Proceeding of 16th CIRED.Amsterdam：CIRED，2001：77-81.