基于故障模式的變電設備故障風險分析

張建新

摘 要：隨著電力事業不斷發展，輸變電網絡覆蓋范圍也越來越大，在輸變電設備運行過程中很容易出現各種故障問題，對設備故障進行處理是提高變電運行安全水平的重要途徑。基于故障模式進行變電設備故障分析可以對故障的演變過程以及故障風險進行量化，從而更好地控制風險。本文對變電設備故障問題進行分析。

關鍵詞：變電設備 故障分析 故障模式

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）10-0-01

引言

輸變電設備是電力系統的重要組成部分，確保變電設備正常運行是維持電網安全可靠運行的基礎，從電力企業發展的角度來看，在確保變電設備拿去運行的同時，還應該要考慮到設備運行維護過程中的經濟性，旨在追求經濟效益最大化。關于變電網絡運行故障風險的研究越來越普遍，電力企業也越來越重視變電故障風險，對于輸變電設備故障風險的定義，當前業內普遍承認的一種定義方式是：故障發生率與故障可能造成的后果的乘積。其中輸變電設備出現故障之后會帶來很多方面的影響，比如對人身安全造成影響，導致人們的生產生活用電中斷等，當前關于變電設備的故障風險的分析，多數是將變電設備整體看成研究對象，采用定量的方式進行分析，基于變電設備在運行過程中出現故障的概率以及故障帶來的危害，對故障風險進行分析是最有效的評價方式。但是當前我國基于故障模式的風險評估研究還不夠充分，未來還需要對變電設備的故障風險進行進一步研究與分析。

一、當前變電設備故障分析方法

當前電力企業關于輸變電設備的故障分析主要采用故障模式和影響分析兩種方式，可對電力系統的變電設備故障進行全面分析，對故障模式、原因、后果等進行確定，但這種方式中含有比較強的主觀意愿，很難將分析的結果直接作為風險評判的標準和依據。另一種常用的方式是故障樹分析，這種分析方法可以用于對故障模式之間的因果關系進行分析，因為變電設備的各種故障之間是相互聯系的，一個故障的長期積累也會導致另一個故障的出現。但故障樹分析模式也有一定的局限性：第一，故障樹分析模式中不易于直接觀察故障模式的后果；第二，在故障樹模式中，所有的事件都被假設為二態性，只有非有即無兩種狀態，但是變電設備的很多故障不能單純地使用非有即無來表示，而且故障的程度是不斷變化的；第三，故障樹模式的邏輯關系具有一定的確定性，在變電設備運行過程中，各個設備故障之間的關系是不確定的，一個故障并不會絕對引起其他故障，故障之間用概率的關系進行描述更為合理。另外，由于故障有很多潛在的風險，所以在對故障進行分析的時候要結合風險控制的需求，從根源上對風險進行預防，同時還需要分析風險的發展過程，從風險后果控制的角度著手減少損失。

二、給予故障模式的變電設備故障分析

1.基于領結模型的輸變電設備故障風險定性分析

如上圖所示，在建立故障因果網絡圖之后，可以對變電設備的故障風險進行初步分析，同時還要對故障模式的發展過程進行預測，對當前故障模式發生的原因進行詳細深入地分析，從而更了解變電設備的故障以及風險。這種分析方式被稱為領結模型，領結模型中包含了輸變電設備當前出現故障的所有原因和結果，使得故障分析更加合理，而且能夠對故障風險進行有效地防御。具體的分析方法如下：當設備出現故障的時候，首先要判斷變得設備可能存在的故障模式，然后將這個故障模式作為領結模型中的關鍵事件，再對關鍵事件在整個變電網絡圖中的位置進行定位，沿著連接點向前搜索與之有直接或間接關系的節點，直至到達根節點，就可以找到該關鍵事件的根節點，即找到產生該故障的根本原因。將涵蓋所有節點的原有連接方式置于領結模型的左側與關鍵事件連接，然后再采用同樣的方法沿著關鍵事件所在的節點向后搜索，找到與關鍵事件有直接或者間接關系的節點，直到葉節點，就可以獲得與該關鍵事件有關的后果節點，即該故障所產生的后果與風險。

例如某電力變壓器出現故障時，根據故障成因生成繞組過熱的領結模型。繞組過熱的原因有很多，其中有一個是絕緣油作用，因為在變電設備中，變壓器與絕緣油的物理位置以及功能上有連接，會造成故障之間的傳播，兩者之間產生關聯。繞組過熱的直接原因有三種，一種是固有故障隱患，例如統包絕緣膨脹、導線制造不良，一種是應力故障，包括設備過載帶來的故障，第三種是其他部件所帶來的影響，比如絕緣油的散熱性能不好。不同的故障原因會導致故障的發展過程不相同，從風險控制的角度來講采取的措施也不相同。基于領結模型可以對故障模式的原因進行逐一分析，從而找到相應的應對措施，減輕故障的風險和后果。

2.基于半馬爾科夫過程的故障風險定量分析

上述的領結模型可以對故障的發展情況進行定性分析，但為了更好地了解故障帶來的風險，做好風險管控，則還需要對變電設備面臨的故障風險值進行量化確定。由于變電設備的故障模式是隨機發展的，會呈現出很多不確定性，因此可以采用隨機過程對其進行定量描述。例如變電設備將來可能的狀態僅與當前狀態有關，則對故障發展情況進行表示的時候就可以采用馬爾科夫過程進行表示。馬爾科夫過程是一種隨機分析過程，在當前的故障分析過程中應用十分廣泛。傳統的馬爾科夫過程假設狀態的停留時間是呈指數分布的，但是在實際情況中很難滿足指數分布要求，在分析過程中可以將領結結構變單鏈結構，領結模型中的關鍵事件可能是由單一故障原因引起的，也可能是由于多種故障造成的，但是在分析的時候通常認為故障原因是單獨作用的，因此，可以根據檢測到的變電設備的狀態信息，推測主要故障的原因，將領結模型簡單化，成為單鏈結構。對于領結模型的后側所表示的故障后果，也有很多個不同的發展路徑，可以綜合分析當前的故障模式，對故障風險進行更加清晰地表示。

在故障風險定量分析分析過程中，對于故障的描述一般有兩種過程，一種是由于某種性質的應力導致的設備劣化過程，比如外界的電、熱、機械應力導致設備出現故障。另一種故障則是突發的，是由于某一個突然的刺激造成的故障，是由關鍵事件直接導致的故障，在故障分析過程中基本可以使用這兩種方式對故障進行描述。

結語

綜上所述，變電設備故障分析是電力系統安全運行的基礎，隨著電力網絡不斷擴大，變電設備越來越多，設備出現故障的概率也越來越大。基于故障模式對變電設備的故障風險進行分析，可以更好地找到故障原因，并且采取有針對性的措施對故障進行處理，提高故障處理水平。

參考文獻

[1]程建偉，白翠粉，劉通.基于故障模式的輸變電設備故障風險分析[J].高電壓技術，2015（12）

[2]劉世欣.基于故障樹的變電設備故障診斷專家系統[J].華北電力大學（北京），2007endprint