電網(wǎng)主變壓器與斷路器安全風(fēng)險評估及防范策略研究

電網(wǎng)主變壓器與斷路器安全風(fēng)險評估及防范策略研究

廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院

對電力設(shè)備進行安全評估，掌握電力設(shè)備故障發(fā)生發(fā)展的概率和趨勢，提出防止電力系統(tǒng)發(fā)生事故的預(yù)防措施，降低甚至是避免事故的發(fā)生，并優(yōu)化電力設(shè)備維修試驗，降低設(shè)備維護試驗的工作量，是提高電力設(shè)備技術(shù)監(jiān)督和管理水平的有效手段，也是電力系統(tǒng)設(shè)備安全管控的必然趨勢。

變壓器；斷路器；形態(tài)評價；安全評估

保障電力設(shè)備安全、可靠、穩(wěn)定與經(jīng)濟運行是電力部門的一項重大工作，對電力設(shè)備進行安全評估，掌握電力設(shè)備故障發(fā)生發(fā)展的概率和趨勢，提出防止電力系統(tǒng)發(fā)生事故的預(yù)防措施，降低甚至是避免事故的發(fā)生，并優(yōu)化電力設(shè)備維修試驗，降低設(shè)備維護試驗的工作量，是提高電力設(shè)備技術(shù)監(jiān)督和管理水平的有效手段，也是電力系統(tǒng)設(shè)備安全管控的必然趨勢。

廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院重視設(shè)備管理的基礎(chǔ)工作，著眼于技術(shù)監(jiān)督的信息化、數(shù)據(jù)化、智能化，基于設(shè)備管理現(xiàn)狀積極探索設(shè)備管理模式如何在保證設(shè)備安全的前提下，實現(xiàn)設(shè)備效能和經(jīng)濟效益最優(yōu)。各級管理人員、技術(shù)人員在設(shè)備管理工作中，注重技術(shù)深挖和總結(jié)，承擔(dān)了南方電網(wǎng)公司重點科技項目“廣西電網(wǎng)主變壓器、斷路器安全風(fēng)險評估及防范策略的研究”，及“廣西電網(wǎng)運行20年及以上變壓器安全經(jīng)濟性分析”等與設(shè)備管理、狀態(tài)評價和風(fēng)險評估密切相關(guān)的科技項目。“廣西電網(wǎng)主變壓器、斷路器安全風(fēng)險評估及防范策略的研究”課題提出了完整的基于風(fēng)險的狀態(tài)檢修體系，變壓器、線路和斷路器的風(fēng)險定量評估方法和以設(shè)備維護費用最小為目標(biāo)的短期維修決策方法，開發(fā)了實用化的基于風(fēng)險的維修決策輔助系統(tǒng)，編制完成南方電網(wǎng)公司“變壓器風(fēng)險評估導(dǎo)則”及“斷路器風(fēng)險評估導(dǎo)則”。該課題1項實用新型專利“用于輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修的計算機網(wǎng)絡(luò)”已獲授權(quán)。兩項發(fā)明專利“基于風(fēng)險評估的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修體系”及“輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修及風(fēng)險評估輔助決策系統(tǒng)”已進入公開實審階段。兩項軟件著作權(quán)已獲授權(quán)。論文“基于風(fēng)險的狀態(tài)檢修技術(shù)研究”入選第七屆南網(wǎng)論壇論文集。

一、積極推進廣西電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評價及風(fēng)險評估工作

1．規(guī)范和完善設(shè)備信息管理體系，推進技術(shù)監(jiān)督信息化、數(shù)據(jù)化

廣西電網(wǎng)電力科學(xué)研究院開發(fā)了“基于風(fēng)險的狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)”，規(guī)范和完善各大信息系統(tǒng)的狀態(tài)量信息，實現(xiàn)了家族性缺陷、巡檢、試驗以及在線監(jiān)測等狀態(tài)量的信息化、數(shù)據(jù)化，“輔助決策系統(tǒng)”通過與上述信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)了狀態(tài)量的自動評價。風(fēng)險評估模塊作為“輔助決策系統(tǒng)”的核心模塊之一實現(xiàn)了與中調(diào)SCADA/EMS系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)傳輸，通過特定的保密協(xié)議獲取電網(wǎng)設(shè)備電氣信息、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系、系統(tǒng)負(fù)荷斷面等數(shù)據(jù)，通過模塊算法的實現(xiàn)，輸出設(shè)備損失風(fēng)險、人身環(huán)境風(fēng)險、系統(tǒng)損失風(fēng)險和社會損失風(fēng)險并以貨幣形式體現(xiàn)，提出多種相應(yīng)的綜合降低設(shè)備安全總風(fēng)險的措施，達(dá)到了安全、效能和成本之間的綜合平衡。

2．建立狀態(tài)評價和風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)體系

負(fù)責(zé)南方電網(wǎng)“變壓器風(fēng)險評估導(dǎo)則”及“斷路器風(fēng)險評估導(dǎo)則”的編制，參加歷次南方電網(wǎng)“變壓器狀態(tài)評價導(dǎo)則”及“斷路器狀態(tài)評價導(dǎo)則”的研討。建立了一套符合變壓器和斷路器特點的風(fēng)險評估定量化指標(biāo)體系，對已經(jīng)進行狀態(tài)診斷的設(shè)備進行精量化的維修風(fēng)險評估，得出維修風(fēng)險值。維修風(fēng)險值包含設(shè)備損失風(fēng)險、人身環(huán)境風(fēng)險、系統(tǒng)損失風(fēng)險和社會損失風(fēng)險。各風(fēng)險值最后均以萬元為單位的貨幣形式展現(xiàn)。這一嘗試走在了國內(nèi)電網(wǎng)公司的前列。

3．采用先進技術(shù)，加強設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測手段

負(fù)責(zé)南方電網(wǎng)變壓器類設(shè)備在線監(jiān)測及帶電測試裝置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編制。采用變壓器油色譜等在線監(jiān)測、變壓器局放測試等帶電檢測技術(shù)手段加強對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測。

4．開展?fàn)顟B(tài)評價及風(fēng)險評估試點

（1）評價計劃。按照廣西電網(wǎng)公司2011年設(shè)備狀態(tài)評價工作計劃，廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院于2011年3月14日至31日先后赴玉林、南寧、崇左供電局組織開展設(shè)備狀態(tài)評價試點工作。開展?fàn)顟B(tài)評價試點的設(shè)備為南寧、玉林、崇左供電局6個試點變電站共12臺110千伏及以上油浸式變壓器以及96組SF6斷路器。設(shè)備狀態(tài)評價依據(jù)為《Q/CSG 11001-2010 110千伏～500千伏油浸式電力變壓器（電抗器）狀態(tài)評價導(dǎo)則》《Q/CSG 11099-2010 110千伏～500千伏 SF6斷路器狀態(tài)評價導(dǎo)則》。試點評價采用的評價工具為輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)（http://10.194.64.225:8080/gxcbm/login.htm）。在開展試點評價工作前，電科院對供電局相關(guān)技術(shù)人員開展了輔助決策系統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)。

（2）評價結(jié)果。此次評價的108組設(shè)備中，除了1組斷路器評價結(jié)果為“注意狀態(tài)”外，其余設(shè)備評價結(jié)果均為“正常”。“注意狀態(tài)”的設(shè)備為玉林供電局220千伏陸川變電站2號主變變中102間隔2號主變110千伏側(cè)102開關(guān)，原因為：SF6氣體兩次補氣間隔小于1年大于半年。

5．推進廣西電網(wǎng)公司110千伏及以上變壓器、斷路器狀態(tài)評價工作

（1）根據(jù)試點情況完善狀態(tài)評價業(yè)務(wù)系統(tǒng)流程。根據(jù)安全風(fēng)險管理體系建設(shè)及輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作推進的要求，廣西電網(wǎng)公司下屬各供電局、梧州運維局按南方電網(wǎng)公司要求，在8月31日前完成了所屬110千伏及以上變壓器、斷路器的狀態(tài)評價工作，并隨后對其開展設(shè)備風(fēng)險評估工作。3月至5月，廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院協(xié)助南寧、玉林、崇左三所試點供電局，按照管理辦法，使用“廣西電網(wǎng)輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修與風(fēng)險評估輔助決策系統(tǒng)”對試點變電站110千伏及以上變壓器、斷路器開展了狀態(tài)評價，并對評價結(jié)果進行了匯總分析。5月至6月，電科院就設(shè)備狀態(tài)評價試點情況與試點供電局反饋交流，并按照南方電網(wǎng)公司狀態(tài)檢修實施方案對輔助決策系統(tǒng)的業(yè)務(wù)評價流程進行了調(diào)整。

（2）開展?fàn)顟B(tài)檢修培訓(xùn)。廣西電網(wǎng)公司于5月31日至6月2日、6月8日至6月10日，在南寧開辦了兩期狀態(tài)檢修培訓(xùn)班，電力科學(xué)研究院派技術(shù)人員全程參與培訓(xùn)指導(dǎo)。培訓(xùn)內(nèi)容包括：①廣西電網(wǎng)公司狀態(tài)檢修工作的精神和近期工作安排；②《南方電網(wǎng)公司狀態(tài)檢修管理辦法》、《南方電網(wǎng)公司2011年輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作實施方案》；③Q/CSG 11099-2010《110千伏～500千伏SF6斷路器狀態(tài)評價導(dǎo)則》、Q/CSG 11001-2010 《110千伏～500千伏油浸式電力變壓器（電抗器）狀態(tài)評價導(dǎo)則；④設(shè)備狀態(tài)量的錄入、“輔助決策系統(tǒng)”理論及實操培訓(xùn)等。

（3）深入供電局進行定期狀態(tài)評價工作技術(shù)指導(dǎo)。在設(shè)備狀態(tài)評價工作開展過程中，電力科學(xué)研究院派技術(shù)人員到供電局進行實地技術(shù)指導(dǎo)工作，確保廣西電網(wǎng)公司各供電局于8月31日前完成110千伏及以上變壓器、斷路器狀態(tài)評價工作。

二、開展對廣西電網(wǎng)老、舊變壓器開展安全經(jīng)濟性評價

廣西電網(wǎng)現(xiàn)階段110千伏及以上電壓等級的變壓器共計492臺，運行15年及以上的有80臺，占到總數(shù)的16.26%；在這80臺變壓器中，運行年限超過20年的有15臺，另外還有65臺是介于15～20年的。與當(dāng)前新型的變壓器相比，這些役齡超過15年的變壓器由于運行年限較長，空載損耗大，老化和滲漏情況較嚴(yán)重，一方面容易造成環(huán)境污染，增大電網(wǎng)損耗，另一方面由于其電壓等級較高，也給廣西電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了較大的潛在隱患，電網(wǎng)可靠性的風(fēng)險在不斷加大。

為了提高這類役齡較長變壓器的供電可靠性，更好地保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，實現(xiàn)這一類變壓器運行安全隱患與運行經(jīng)濟性能的分析，更好的指導(dǎo)這類變壓器設(shè)備的更換、改造、檢修與試驗等工作。廣西電網(wǎng)電力科學(xué)研究院負(fù)責(zé)組織對廣西電網(wǎng)下屬的80臺運行15年及以上變壓器進行安全經(jīng)濟性評價。提出了變壓器狀態(tài)評價、風(fēng)險評估及經(jīng)濟性分析輔助決策的算法和模型。通過運用變壓器狀態(tài)評價和風(fēng)險評估技術(shù)，分別從安全性和經(jīng)濟性的角度對變壓器大修、改造或更換所能產(chǎn)生的效果進行綜合分析，模擬技改評估結(jié)果，提供變壓器未來最佳更換時期，實現(xiàn)對老舊變壓器的最優(yōu)化管理。具體研究內(nèi)容如下：

1．變壓器安全性和經(jīng)濟性分析決定性原始參數(shù)的研究

由于設(shè)備運行、維護、管理等存在時間和空間的差異性，不同時期及不同電力部門在對同一類設(shè)備的試驗項目、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)管理等各方面均存在一定差異。因此，需要對所評估的設(shè)備進行深入的調(diào)研，制定影響變壓器安全和經(jīng)濟性運行的相關(guān)信息。

2．變壓器評估所需數(shù)據(jù)的收集、審核和量化

對變壓器進行完整的安全性和經(jīng)濟性分析涉及諸多數(shù)據(jù)項目，因此，需要合理整合各個資源，最大程度的保證數(shù)據(jù)收集的完整性、準(zhǔn)確性及方便性。此外，對搜集信息的數(shù)字量化同樣需要制定嚴(yán)格、科學(xué)且具有實際操作性的量化標(biāo)準(zhǔn)。

3．變壓器安全性分析模型的研究

依據(jù)設(shè)備老化原理、特征狀態(tài)量診斷技術(shù)并綜合設(shè)備運行管理中所掌握的各種實際經(jīng)驗，建立適用于老舊變壓器的安全性分析模型，得出表征設(shè)備所處安全狀態(tài)的健康指數(shù)和故障發(fā)生概率。

4．變壓器經(jīng)濟型分析模型的研究

在安全性分析模型的基礎(chǔ)上，對變壓器運行潛在的故障類別、故障后果以及新老變壓器在損耗方面的差異性，分析變壓器運行的經(jīng)濟性，并進行量化。

5．投資策略模型研究

綜合安全性和經(jīng)濟性分析結(jié)果，制定同時考慮安全性和經(jīng)濟性分析的變壓器投資策略，為變壓器的優(yōu)化投資提供科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。

通過本課題的研究，廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院提出了變壓器健康狀態(tài)分析所需原始數(shù)據(jù)的定量標(biāo)準(zhǔn)，為設(shè)備評估所需數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和客觀量化奠定了良好基礎(chǔ)，同時也為研究成果的快速普及提供了有利條件；實現(xiàn)了變壓器老化原理及特征狀態(tài)量診斷技術(shù)到設(shè)備健康狀態(tài)的工程化應(yīng)用，得出了量化的變壓器健康指數(shù)；根據(jù)理論計算的設(shè)備故障發(fā)生概率與實際統(tǒng)計的設(shè)備故障率之間的模型和參數(shù)匹配，得出了針對變壓器未來故障發(fā)生概率的計算模型，實現(xiàn)了對變壓器未來故障發(fā)生概率的預(yù)測；基于變壓器狀態(tài)評估結(jié)果，通過對故障后果類別和故障后果的定量分析，實現(xiàn)了變壓器風(fēng)險值的定量評估，為經(jīng)濟性分析和投資策略的制定提供了技術(shù)基礎(chǔ)；基于NPV分析方法，結(jié)合變壓器的狀態(tài)、風(fēng)險評估結(jié)果，以及各典型變壓器的損耗水平，實現(xiàn)了變壓器未來投資經(jīng)濟性模型的研究。為廣西電網(wǎng)老舊變壓器在未來一段時間內(nèi)的規(guī)劃管理提供了極具科學(xué)性的指導(dǎo)策略，有效的提高資金規(guī)劃的合理性和經(jīng)濟效益。

三、開展廣西電網(wǎng)電力設(shè)備全壽命周期管理可行性研究

廣西電網(wǎng)輸變電設(shè)備數(shù)量多、品種雜、分布廣、變動多，管理起來非常困難，而且管理手段和方式各地方不一致。長期以來，在每年例行的資產(chǎn)清查盤點中都會清理出一大批有物無賬或有賬無物的資產(chǎn)。為解決這問題，近年來廣西電網(wǎng)公司陸續(xù)開展了清產(chǎn)核資、資產(chǎn)清理處置等專項工作，投入了大量人力物力。但是，目前取得的成效與精益化管理的要求還有較大差距，無法適應(yīng)現(xiàn)代化企業(yè)管理的需要。

結(jié)合廣西電網(wǎng)現(xiàn)行設(shè)備管理方式和現(xiàn)有基礎(chǔ)，廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院深入分析比較與國內(nèi)外設(shè)備管理先進水平的差距，從技術(shù)、管理、可操作性層面提出分析比較報告和改進建議，提出了在廣西電網(wǎng)開展設(shè)備全壽命周期管理的總體初步設(shè)想和方案，制定試點單位設(shè)備全壽命周期管理試點工作的總體思路。設(shè)備全生命周期成本LCC（life cycle cost）管理是通過引入先進的理念，解決傳統(tǒng)管理模式下設(shè)備管理各階段被人為割裂的問題，實現(xiàn)對設(shè)備系統(tǒng)化、動態(tài)化的統(tǒng)籌管理，同時在確保安全性、可靠性的前提下，使設(shè)備全生命周期成本最低，實現(xiàn)企業(yè)整體效益的優(yōu)化。針對廣西電網(wǎng)的實際需要，提出構(gòu)建輸變電設(shè)備全生命周期成本的模型，對運行維護工作進行評估，對設(shè)備進行管理，在此基礎(chǔ)上進一步建立優(yōu)化的設(shè)備投資策略模型，以此改進企業(yè)管理和業(yè)務(wù)流程，指導(dǎo)企業(yè)有效開展管理和生產(chǎn)活動。為了保證以上目標(biāo)的實現(xiàn)，擬建立一套行之有效的信息系統(tǒng)，記錄和跟蹤設(shè)備全生命周期信息。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)設(shè)備“賬、卡、物”的一致，而且為設(shè)備運行狀況積累歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)反映的情況，可以實現(xiàn)設(shè)備成本估算模型中參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，不斷優(yōu)化設(shè)備投資策略。

四、修訂“變電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)缺陷知識庫”

根據(jù)廣西電網(wǎng)輸變電設(shè)備“缺陷定級標(biāo)準(zhǔn)”、“缺陷部位規(guī)范”、“缺陷類別規(guī)范”、“缺陷原因規(guī)范”，補充、修訂現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)缺陷知識庫中缺陷部位、缺陷類別細(xì)分、缺陷表象描述、缺陷原因、處理措施、廣西缺陷等級及設(shè)備狀態(tài)等級，規(guī)范了缺陷流程。

輸變電設(shè)備的狀態(tài)檢修已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的熱點問題，但目前國內(nèi)外尚未形成完善的比較適合電網(wǎng)企業(yè)的狀態(tài)檢修理論體系，對設(shè)備狀態(tài)的正確細(xì)分和及時檢測、故障機理的全面掌握、剩余壽命的準(zhǔn)確預(yù)測、風(fēng)險的合理評價、檢修計劃的科學(xué)安排都需要通過不斷地深化應(yīng)用、總結(jié)經(jīng)驗、學(xué)習(xí)國內(nèi)外最新研究成果、開展科學(xué)的研究和探討、加強狀態(tài)檢修的工作管理來完善，因此，完善狀態(tài)檢修工作是一個持續(xù)改進、努力超越現(xiàn)有技術(shù)、追求卓越成果的過程。