浅议电站电气主接线安全性评估

张廷观

（广东火电工程总公司，广东 广州 510730）

安全、可靠、经济，是各行各业用户对电力系统的基本要求。而电气主接线是发电厂、变电站的主要组成部分，是发电、输电和配电设备中最重要的能量传输点，其担负着汇集发电机组发出的电能，并向系统传输和分配的功能；变电站是联系发电厂和用户的中间环节，其电气主接线起着变换和分配电能的作用，故电气主接线是否具有足够的可靠性，直接关系着电力系统供电任务的完成与否。因此，对其电气主接线的可靠性评估，是电力系统可靠性研究的重要内容。

1 电气主接线安全评估定义

变电所电气主接线系统，一般包括以下电力元件：母线，变压器，断路器，电压互感器，隔离开关以及继电保护和自动装置等辅助设备。

发电厂、变电站电气主接线可靠性定义为：在组成主接线系统元件（断路器、变压器、隔离开关、母线等）的可靠性指标已知和可靠性准则给定的条件下，按可靠性评估准则评估整个主接线系统满足电力系统电能需求能力的量度。

2 电气主接线安全评估内容与步骤

2.1 评价内容

变电所电气主接线可靠性评估，是依据构成主接线的电气设备可靠性数据和系统网络拓扑结构，进行数学评估，建立其可靠性模型，通过可靠性计算，来定量论证主接线的可靠性和经济性，使得主接线的设计、运行、检修等工作，建立在更加科学的基础上，通常对主接线可靠性的评估计算，包括以下主要内容：

（1）通过主接线元件的可靠性数据和系统网络结构，来预测主接线的可靠性，并作为设计和分析主接线的依据；

（2）对不同的主接线方案进行可靠性指标的综合比较，提供可靠性评估的概率性定量指标，作为选择主接线最优方案的依据；

（3）对已经在运行的主接线，寻求可能的供电通道，来选择最佳运行方案；

（4）寻找主接线的薄弱环节，以便合理安排检修计划和采取相应对策等；

（5）开展主接线的定量评估，为合理简化工程接线提供依据，充分发挥主接线可靠性技术在工程设计中的辅助作用。

在设计阶段，主接线可靠性评估的主要工作，是通过采集的设备可靠性参数，评估不同备选主接线方案的可靠性水平，并结合经济性评估的指标，综合选择最优的方案。

在运行阶段，主接线可靠性评估的主要工作，是通过对设备运行记录的统计评估，得到站内设备的可靠性参数，结合不同的运行方式，评估主接线在不同运行条件下的可靠性水平，并为运行决策提供辅助决策信息。

2.2 评价步骤

对变电所电气主接线可靠性进行评估时，一般假定某一电源为起点，且假定电源点完全可靠。以某二次一母线为终点，然后评估和计算由起点到终点的可靠性指标。一般变电所电气主接线可靠性评估，可归纳为以下步骤：

（1）定义系统的范围，列出其所包括的元件；

（2）给出每个元件的故障率、修复率、计划检修和停运时间；

（3）定义系统故障判据，即规定主接线系统正常和故障的条件。就一般而言，变电所主接线系统的可靠性判据，主要是连续性，即停电为故障，不停电为正常；

（4）建立数学模型，选择要计算的可靠性指标，如概率、频率、平均无故障时间、平均停电时间等。建立数学模型时，要作一些基本假设；

（5）计算主接线系统的可靠性指标。

3 电气主接线可靠性评估方法

3.1 逻辑表格法

在电气主接线的可靠性分析中，常使用逻辑表格法。根据电气主接线的实际情况，考虑单重及双重故障的所有可能情况，将其发生频次及造成的停运时间归纳列成一张表格，然后根据可靠性指标的定义，求出各项指标，如停运时间、停运频率等。这种方法依赖实际接线的类型与具体的接线方式，对于规模不大的电力系统而言，是简易可行的，但随着电气主接线规模的不断扩大，其结构复杂，运行方式灵活多变。这种固定不变的逻辑表格法，已经不能满足电气主接线可靠性分析计算的要求。

3.2 故障模式与后果分析法

故障模式与后果分析法，是一种传统的可靠性评估方法。这种方法通过对系统中各元件状态的搜索，列出全部可能的系统状态，然后根据所规定的可靠性判据，对系统的所有状态进行检验分析，找出系统的故障模式集合，最后在此状态集合的基础上，求得系统的可靠性指标。该种方法原理简单、清晰，模型准确，但是，其作为一种归纳方法，要识别和分析每个元件所有可能的单故障模式或误操作模式对系统和周围元件的影响，因此，其计算量随元件数目的增长而成指数增长。在大型电气主接线中，元件数目及操作方式增多时，系统故障模式急剧增加，计算将变得冗长繁琐。

3.3 状态空间法

状态空间法就是将系统用其状态和其间可能发生的转移来表示，并据此求得系统可靠性指标。这种方法用于大型网络时，由于计算量大大增加，必须采取一定限度的近似来保证精度。在近似准确度能满足要求时，这种评估方法是一个非常有用的方法。

3.4 最小割集法

最小割集法是将所计算的状态限制在所谓的最小割集状态内，避免了计算全部的系统状态，从而节省了计算量。特别是在电力系统中的元件为高可靠性元件时，其计算结果满意。随着大型水电站的出现，其电气主接线结构越来越复杂，直观地判断出系统故障事件越来越困难，而最小割集法能较容易地判断，并找出其薄弱环节，提出增强性措施。

3.5 基于故障扩散的评估方法

这种方法利用前向搜索算法，确定断路器动作影响范围；用故障扩散方法，确定故障隔离的范围，从而确定节点的故障类型。根据故障的类型，便可形成相应的节点、馈线以及系统的可靠性指标。这种算法虽然以故障扩算法为基础，不需进行等值处理，能一次性形成负荷点和系统可靠性指标，但该算法在前向搜索断路器时采用潮流计算，大大增加了计算量，所以还有待于提高。

3.6 网络法

网络法是国内外对主接线可靠性研究中最为常用的方法，这对于包括大量元件的主接线来说，分析计算比较简单。主要因为其简单，并且网络模型与主接线系统的拓扑结构有着自然的相似，这种方法主要采用故障模式后果分析，但当网络规模变大时，各种故障后果分析将变得十分冗长。

3.7 频率和平均持续时间法

频率和平均持续时间法，是一种基于Markov过程的方法，其运用累积状态的频率和累积状态之间的转移频率的概念，对于建立子系统、组合系统及整个系统的等效模型带来很大的方便。具体的做法是，系统从电源端到负荷端逐次运用Markov过程的基本理论列写状态空间图求解，每一步均充分考虑元件的扩大型。

4 实例

如某变电站中，35 kV侧出线分别为负荷1和2，其出线分别带着一个35 kV变电站，出线负荷很大，肩负着重要工矿企业及居民用户的供电任务。在设定的运行方式下，评估结果表明，这两个负荷的期望故障受阻电能和期望停电损失费用较大，即在可靠性水平相同的条件下，重要负荷如果发生故障导致中断供电，造成的经济损失更大。为了对此类重要负荷提供更高的可靠性，使其停电损失费用减小，达到可靠性与经济性的协调，所以建议对这两条负荷每条出线提供双回线路供电，以此提高可靠性水平，减少经济损失。

5 结束语

我们得知电气主接线是发电厂、变电站的主要组成部分，是发电、输电和配电设备中最重要的能量传输点,设备可靠性数据和系统网络拓扑结构，进行数学评估，建立其可靠性模型，通过可靠性计算方法分析了安全的可靠性及重要性。

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