配網狀態檢修關鍵技術分析

彭慶平 熊杰

摘要：當今世界已經進入電氣化時代，各行各業對電能的依賴程度和可靠性需求越來越高，保證各級電網安全穩定運行是建設堅強智能電網基本要求。配電網在整個電網系統中電壓等級最低，但卻擔負著連接區域高壓電網和電力用戶的重要作用。由于重視程度不夠、投入資金不足等歷史原因，我國配電網的發展相對滯后，配電設備老舊、故障率高、城鄉差異大、自動化覆蓋率低、供電可靠性不高等問題尤為突出。電網現狀距離堅強智能電網高可靠性、高自動化率的目標仍有較大差距。但是目前的配電網自動化系統的建設逐步為配電網狀態檢修奠定了硬件基礎。

關鍵詞：配電網；狀態檢修；關鍵技術

1引言

2013年9月份，由中國國家電網公司、國際電工委員會、德國電氣工程師協會聯合主辦的論壇：國際智能電網論壇在德國柏林開幕。期間，中國國家電網公司董事長劉振亞做了重要講話。他提到，包括中國在內，世界電網應以建立一個高質量、高效率、經濟效益好的的現代電網——堅強智能電網為共同目標。2009年，中國便著手規劃堅強智能電網的研究，主要致力于相關技術研究以及設備的開發制造；2011年國家電網公司全面開展堅強智能電網建設工作，計劃到2020年全面建成統一的堅強智能電網。

當今世界已經進入電氣化時代，各行各業對電能的依賴程度和可靠性需求越來越高，保證各級電網安全穩定運行是建設堅強智能電網基本要求。配電網在整個電網系統中電壓等級最低，但卻擔負著連接區域高壓電網和電力用戶的重要作用。由于重視程度不夠、投入資金不足等歷史原因，我國配電網的發展相對滯后，配電設備老舊、故障率高、城鄉差異大、自動化覆蓋率低、供電可靠性不高等問題尤為突出。電網現狀距離堅強智能電網高可靠性、高自動化率的目標仍有較大差距。

隨著全社會對供電可靠性要求越來越高，傳統的“周期性”檢修方式已無法滿足電網日常運行維護要求。近年來，我國電氣設備質量不斷提升，也為開展狀態檢修提供了技術保障。“狀態檢修”取代“周期性檢修”也將成為歷史必然。

2常用的故障率模型

研究設備的可靠性即研究設備的故障率，都需要構建設備的故障率模型，通常采用的設備故障率分布主要有正態分布、指數分布和威布爾分布等。其中威布爾分布主要應用于設備故障率與運行時間關系密切的一種規律變化，指數分布大多用于研究故障率不隨時間變化的設備，所以在研究電力設備可靠性分析方面，應用最多的是威布爾分布。通過分析研究大多數設備的故障率與時間密切相關，是時間的函數，圖1為設備的故障浴盆曲線，從曲線中可以看出設備故障率隨設備運行時間變化的規律，分為早期故障階段、偶然故障階段和損耗故障階段。

第一階段為早期故障期，也稱為早期失效期，當設備出廠后，剛投入運行，由于設備制造過程中的家族缺陷或安裝調試過程中的干擾等因素，設備在初始運行階段的故障率高，隨著設備中各部件不斷磨合，設備故障率逐漸降低，進入到穩定運行期。在該階段，一般設備先進行試運行，對因試運行結果有缺陷而不能正常運行的設備進行篩選，避免正式投入運行造成嚴重后果。

第二階段為偶然故障期，也稱為偶然失效期，在這一階段，設備運行狀況穩定，故障率較低。如果在此階段內發生故障，主要是由外界因素引起，如惡劣的氣候變化、施工或者人為破壞等。同時需要對設備進行定期檢查，掌握運行狀況，進而可以延長該階段時間，降低設備故障率。

第三階段為損耗故障階段，也稱為損耗失效期，由于設備運行時間過長，其中各部件存在磨損、老化等現象，造成設備整體性能降低，運行效率低下，故障率增加，使其最終失效報廢。在此階段，需要增加設備的維修次數，進而降低設備的故障率，延長設備的使用壽命。

3故障預測的流程

通過上述分析，配電設備故障率的預測流程如圖2所示：

（1）根據設備歷史數據，進行威布爾參數估計和曲線擬合，得出基于威布爾分布的故障率曲線；

（2）獲取當前設備狀態數據，對設備進行故障率曲線擬合；

（3）根據維修方式，選擇役齡回退因子；

（4）將設備當前故障率對應到基于威布爾分布的故障率曲線上，在結合役齡回退因子，算出設備的實際役齡；統計設備年故障率，確定故障率遞增因子，最后計算出維修后的設備故障率。

4檢修時機的選擇

配電設備狀態檢修一般在設備故障浴盆曲線中偶然故障期和損耗故障期進行，可以降低故障率，減少設備維修成本及故障后所造成的經濟損失。然而維修次數過少，會造成設備故障率增加，使得故障維修成本增加，造成總成本增加，維修過多會造成檢修成本過高而導致總成增加，如圖3為配電設備維修總成本曲線所示，可以看出，所以如何合理安排檢修的次數，以及維修的周期是非常重要的。

建立配電設備狀態檢修模型是以最小成本為主要目標，屬于單目標模型，然而在設備的實際運行過程中，保障設備在檢修周期內的可靠性也是非常重要的。因此在建模過程中需要考慮設備的可靠性，第一種方法是將設備可靠性指標作為優化目標加入到目標函數中，改進后的模型將變為以最小成本和可靠性為指標的多目標模型，對模型進行求解的問題就變成多目標規劃問題，求解過程較復雜；第二種方法是在約束條件上將可靠性作為條件之一，目標函數不變，這樣求解過程較第一種方法簡單。

基于最小成本的配電設備狀態檢修模型建立過程中提到了剩余時間，剩余時間的存在使得此問題在求解過程中存在合理的可行解，很多針對此問題的研究認為剩余時間的存在是合理的，其實如果剩余時間過大，會讓我們聯想到所建立模型的目標函數所求得的最小成本值是依賴于剩余時間，所以要使剩余時間盡可能的小。改進后的數學模型不僅考慮了設備的可靠性，同時也控制了剩余時間的大小。

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