配電網主型設備全壽命周期風險管理三維模型

趙晨晨 董 雪

(國網新源控股有限公司技術中心，北京 100071)

0 引言

我國經濟的快速發展對電力供應的安全性和可靠性提出了更高的要求，而配電網直接聯系用戶，其線路及設備的安全運行對提供優質可靠電能的重要性日益顯現。我國配電網主型設備包括變壓器、斷路器、負荷開關、隔離開關、熔斷器、配電線路等，具有新技術使用頻繁、維修成本高、不易精細維護等特點，目前對其管理大都采取人工管理模式，而人工管理模式只能以配電變壓器臺數為分區，對每個臺區單位內的低壓設備分類進行統計、匯總和管理，很難對每一個具體的設備進行管理，更難實現對具體設備的快速定位和查詢，因此無法保證設備的安全穩定運行。全壽命周期風險管理可以用科學的模型和方法對配電網主型設備進行管理，減少設備故障帶來的安全風險和經濟損失，不僅確保配電網和電力系統的穩定性，而且有助于實現智能配電網設備的可視化管理。

目前，一些國內外的專家學者已經對電網設備的管理進行了相關的研究，如文獻研究了考慮配電網設備LCC包含初始投資成本、運行維護成本、設備殘余成本并計及設備風險成本的全壽命周期風險管理方案；文獻進行了電網設備全壽命周期成本分析；文獻從設備狀態的分析和評估方法、設備剩余壽命的估計等角度對電網設備風險管理技術進行了研究。而實行對配電網設備的全壽命周期風險管理可以在設備運行過程中進行風險監控等，對電能的可靠傳輸和電網的穩定運行有重要意義。因此，對配電網主型設備全壽命周期風險管理模型的研究是十分必要的。有鑒于此，本文對配電網主型設備全壽命周期風險管理進行了研究。根據霍爾三維結構和已有的研究成果，本文提出了全壽命周期風險管理三維模型，該模型將設備生命期階段的劃分、風險管理過程和風險管理方法結合起來，為配電網設備風險管理的實際應用提供了理論依據。

1 配電網主型設備全壽命周期風險管理

1.1 設備風險管理

設備購置、運行或檢修的過程中，由于設備本身的結構、質量和操作人員的使用方法問題，使得設備在其生命期各階段存在危險和隱患。為了保障配電網設備使用的安全和穩定，減少設備事故的發生，需要對可能遇到的風險進行規劃、識別、估計、評價、應對、監控，以科學的管理方法實現最大安全保障。本文將配電網主型設備風險管理定義為配電網設備管理相關部門在設備購置前或設備開始運行以后，通過風險識別、風險分析和風險跟蹤等風險管理方法和手段對設備的風險進行監控和管理的過程。配電網主型設備風險管理的一般過程如圖1所示。

圖1 設備風險管理過程

1.2 配電網主型設備全壽命周期風險管理

配電網主型設備的全壽命周期風險管理將風險管理與全壽命周期管理思想結合，是對配電網設備在規劃、采購、分配、使用、運行維護、改造到報廢等全壽命周期各階段進行風險管理，識別各階段的風險類型并按重要性排序，構建全壽命周期風險評價體系，使用相關方法分析風險，并進行風險跟蹤與記錄，計劃風險規避程序與策略等風險管理工作。設備的全壽命周期分為三個階段，分別是設備購置階段、設備運行維護階段和設備報廢更新階段。配電網主型設備全壽命周期風險管理流程如圖2所示。

圖2 配電網主型設備全壽命周期風險管理流程示意圖

配網設備風險分為政策和環境風險、管理風險、技術風險、質量風險、費用風險等。其中，政策和環境風險貫穿全壽命周期的各階段；管理風險來自于管理人員對操作人員和設備的管理不當；技術風險是設備運行過程中存在的影響設備性能水平的風險；質量風險是指由于設備質量不滿足使用要求，而造成追加投資或延長進度的風險；費用風險來自受技術和進度等因素的影響而造成設備購置或維修費用超支的可能性。

在設備購置階段，風險評估應關注設備主要指標的達標率、設備選型時設備功能是否符合要求、價格的合理性以及合同的合法性，進行投資決策時考慮資金的時間價值、風險報酬等，運用系列的成本會計指標和管理方法，提高投資決策的正確性，規避經營風險；在設備運行維護階段，注重設備故障監控和維修，通過危險源辨識、危險源分類來明確風險的位置和特性，然后用合適的風險評估方法對設備的風險做出估計和評價，以此為依據進行設備的風險控制；設備報廢更新階段是對現有的己磨損不能繼續使用或雖仍可繼續使用，但在經濟上和環境影響上繼續使用已不合理的舊設備進行計劃和處置的階段。這一階段，應正確估計設備報廢的條件，注意零部件回收以及臺賬管理。

2 配電網主型設備全壽命周期風險管理三維模型構建分析

2.1 三維模型的構建

美國系統工程學家霍爾提出的霍爾三維結構，為大型復雜的系統進行規劃、組織和管理提供了一種系統的思想方法。霍爾三維結構的三維分別是表征設備階段的時間維，管理過程的邏輯維和管理方法的知識維。本文根據霍爾三維結構，從配電網主型設備壽命周期、風險管理過程和風險管理方法三個方面，構建配電網主型設備全壽命周期風險管理三維模型，該模型包括壽命周期維、風險管理過程維和風險管理方法維，將全壽命周期的風險管理過程聯系起來，使風險管理理論具有動態性和靈活性，更適用于管理實踐。配電網主型設備風險管理三維模型圖如圖3所示。

圖3 配電網主型設備風險管理三維模型圖

2.2 三維模型的定性分析

模型的壽命周期維指配電網主型設備從計劃、購置到最后的報廢更新時間序列，是設備全壽命周期中計劃購置、設備比選、安裝、運行維修、技術改進和報廢更新等過程的動態時間關系的體現。如圖3所示，在設備壽命周期的不同階段，風險管理過程相同，但是使用的風險管理方法有不同的側重點。通過壽命周期維可以清晰地定性分析風險管理過程和風險管理方法的關系，使管理者在進行風險管理的過程中考慮到不同壽命期階段風險的異同，從而采取有效的風險管理方法。

風險管理過程維表明，對配網主型設備進行風險管理時，按實際情況實施風險識別、分析、計劃、跟蹤、控制等風險管理步驟的過程。設備風險識別是確定可能影響設備的風險，通過風險分類進行識別和歸納，常用的定性識別方法有專家調查法、環境分析法、情景分析法等，定量識別方法有核對表法、問卷調查法、影像圖法等。風險識別是進行風險管理基礎而重要的一步。風險分析是估計風險發生的概率以及可能的后果，并對識別的風險進行相關分析、確定優先級，主要的風險分析方法有風險綜合評價法、蒙特卡洛模擬法、風險解析法、層次分析法、ISM、故障樹分析法等。風險計劃、跟蹤和控制是根據以上步驟得到的結果，采取風險應對計劃，獲取風險數據并執行風險管理策略。

風險管理方法維指風險管理過程中各階段采取的方法的集合，在不同的生命周期階段和風險管理過程方法的使用情況是不同的。

3 配電網主型設備全壽命周期風險管理三維模型

3.1 風險識別模型

由于配電網設備在其生命周期各階段的風險可由設備購置、操作人員等定性識別，因此本文使用調查問卷方法，根據相關文獻，歸納出設備可能的風險，由設備使用相關人員進行答卷，根據調查問卷的結果，采用風險重要性指數來確定風險等級，通過下式計算出每一個可能風險的重要性指數：

(1)

用風險重要性指數得分來描述每個風險對風險管理目標影響的重要性，并以此對所有影響特定風險管理目標的風險排定等級。風險指數表達式為：

(2)

表1 風險重要性指數計算結果矩陣

3.2 風險分析模型

本文三維模型中的風險分析方法采用故障樹分析法。故障樹分析法通過分析可能造成設備故障的各種因素，確定設備故障原因的各種可能組合方式和發生概率，結果是以故障樹圖形表達風險因素與研究設備之間的邏輯關系，最終求出導致設備故障的最小割集，對事件發生頻率、費用等做出評價。在設備全壽命周期各階段，可根據具體設備情況進行分析。本文給出故障樹定性分析風險的模型。

將故障結構函數記為Ψ(X)，其中n維狀態向量X={x1，x2，…，xn}，xi表示底事件i的狀態變量，n為底事件總數。稱{xj1，xj2，…，xjk}∈X，j=1,2,3,…(k∈N)為故障樹的割集。當xj1=xj2=…xjk=1時，Ψ(X)=1，即所有割集中的每個底事件都發生時，頂事件發生的概率為1。

最小割集MCS是指將一個割集所含的所有底事件任意去掉一個之后遍不能成為割集的割集，本文中記故障樹的最小割集MCS總數為l個。故障樹的全部MCS代表設備所有可能的風險類型，由公式(3)看出，可用全部MCS來表示故障樹結構函數Ψ(X)：

(3)

式中lj(X)為最小割集，共l個。

(4)

視問題不同，也可以從對偶角度和網絡路集出發，定義故障樹對應的網絡圖的路集以及最小路集MPS，用全部MPS表示Ψ(X)。

故障樹MPS定性分析方法可識別設備全壽命周期各階段的可能風險，并將其按重要性排序。分析結果可用于進行風險控制并制定風險策略，具有實踐意義。

4 結論

本文基于霍爾三維結構和全壽命周期風險管理理論，建立配電網主型設備全壽命周期風險管理模型，可以得到以下主要結論：

(1)該風險管理模型運用全壽命周期理論，充分考慮不同生命周期階段的風險，使風險評價和控制模型更符合實際；

(2)在使用全壽命周期風險管理三維模型進行配電網主型設備進行風險管理時，不同壽命周期階段的風險識別和分析是風險管理重要的一步，應使用適當的方法；

(3)配電網主型設備的風險管理對電網的安全穩定運行有重要作用，但是目前的風險管理理論與實踐還有一定的局限性，本文下一步的研究方向是對該模型進行實際運用，評價該模型在配電網主型設備風險管理的使用效果，有助于進行切實有效的風險管理，確保風險管理有實踐意義。

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