电网状态评估防范体系在输电线路中的应用

刘泽坤，于虹，郭铁桥，徐成龙，程志万

(1.华北电力大学云南电网公司研究生工作站，昆明 650217；2.云南电网公司电力研究院，昆明 650217；3.华北电力大学能源动力与机械工程学院，保定 071000)

电网状态评估防范体系在输电线路中的应用

刘泽坤1，于虹2，郭铁桥3，徐成龙1，程志万2

(1.华北电力大学云南电网公司研究生工作站，昆明 650217；2.云南电网公司电力研究院，昆明 650217；3.华北电力大学能源动力与机械工程学院，保定 071000)

对云南电网64条输电线路的基础台账、运行工况、试验记录、故障及缺陷记录等信息进行了收集和分析，运用CBRM方法评估输电线路杆塔、架空导地线及其附属设施在当前和未来一定时间内的健康指数、故障发生概率和风险，从而为输电线路的检修、维护和技改等工作提。

CBRM；输电线路；状态评估；风险评估；技术改造

0 前言

长期以来，国内电力企业针对输电线路仍执行以周期性计划检修为主的预防性检修策略[1-3]。检修中就会遇到一些不可避免的问题，如工作量较大，检修资源相对不足，不同线路或同一线路不同区段的设备在性能和工艺等方面都有明显差异，而导致过修或少修等。如何准确评估输电线路的健康状态和风险，并建立一套科学、完整、可靠的输电线路评估管理体系，已经成为各供电企业亟需解决的问题。

1 CBRM评估方法概述

“基于电网状态评估的风险防范管理体系(简称CBRM)”包括状态评估和风险评估两个部分。它是以老化理论的工程化应用为基础，结合输电线路的技术信息和实践经验，不仅可以对输电线路的当前状态、风险进行评估，还能够以对线路老化进程的数学模型的分析技术来评估和预测设备未来状态和风险的变化情况，最终能够以数字量化设备当前和未来的状态、性能和风险，并能够模拟设备更换或大修计划并对效果进行验证。从而为制定优化的检修策略、技改及投资规划提供有效的技术支持。

2 状态评估

状态评估是通过对影响线路健康状态的各类技术参数、试验数据、负载、环境、外观、故障、缺陷等信息进行定量分析，按照预定的量化标准对各种信息进行数字代码转换，计算得出输电线路当前及未来的健康指数 (HI)和故障发生概率(POF)。

健康指数是一个在0～10之间连续变化并与时间相关的单一数值，用于表征杆塔、架空导地线及其附属设施的健康程度，HI值越高表明状态越差。故障发生概率指输电线路设备发生故障的可能性，POF值越高则线路越趋向于发生故障。

2.1 健康指数的计算方法

健康指数HI的计算方法如下：

公式 (1)中：HI1为老化健康指数，HIb为状态健康指数，f为综合修正系数，F为三个状态指数的逻辑判断关系。

公式 (1)中老化健康指数HI1计算公式为：

公式 (2)中：HI0为初始健康指数，一般取值0.5，当ΔT=0时，HI1=HI0=0.5。而当线路设备在额定状态下 (额定负荷情况及正常的运行环境)到达其设计使用寿命时，其老化健康指数值为5.5。即在老化模型当中，理论老化健康指数值将介于0.5到5.5之间。

B为老化常数。当线路设备从全新到寿命终止时 (ΔT=Texp=预期使用寿命)，分别有HI1= 5.5，HI0=0.5，ΔT=Texp，分别代入公式 (1)，可以推导出老化常数B的计算公式为：

fE为环境修正系数，用来修正老化常数。环境修正系数由污秽修正系数fWH以及气象区修正系数fQX组成。公式为：

2.2 故障发生概率的计算方法

故障发生概率POF的计算方法如下：

公式 (5)中K为比例系数，C为曲率系数。C值可以通过两个健康指数对应的相对故障发生概率来计算 (通常这两个健康指数设为10和HIlim)，C取1.335；K值是通过匹配健康指数柱状图和实际故障率得到的。

对于架空线路来说，其运行安全除受自身状态影响之外，还与外界环境密切相关，因此其故障发生概率主要由两部分构成：外力因素引起的故障发生概率和自身状态引起的故障发生概率，如图1所示。

图1 架空线路HI与POF关系

因此架空线路故障发生概率公式如下：

公式 (6)中，POFC表示自身状态引起的故障发生概率 (由状态因素引起的故障发生概率)；POFE表示外部因素引起的故障发生概率 (由非状态因素引起的故障发生概率)。

当架空输电线路设备健康指数小于HILim时，其对应的故障发生概率为0。本次项目中，HILim设定为4。

公式 (8)中，n为设备数量，fPOF为非状态因素引起的故障发生概率修正系数。

3 风险评估

风险评估是通过对故障发生概率和故障后果的定义和定量分析计算得到的，架空输电线路设备的风险包括状态风险和非状态风险。每种风险的子风险值要从电网性能、修复成本、人身安全、环境影响四个方面计算。且每一子风险均可用如下计算公式进行计算：

公式 (9)中，Risk为所要计算的风险值，POF为故障发生概率，COF为平均故障后果，COA为电网单元的相对重要等级。其中因为各故障后果类别的量化单元并不一样，所以有必要将他们统一成货币值，以便计算或对比。

所以某一类设备的风险计算公式如下：j=1

其中，n为设备数量；m为故障后果分类数量，为4(即电网性能、人身安全、修复成本和环境影响)；Loadi，j为设备负荷 (仅用于电网性能故障后果计算，其他类别时都为1)；criticalityi，j为设备重要等级，其计算公式如下：

式中，n为设备数量；j为故障后果类型；critj为故障后果中的重要程度，其计算公式如下：

其中，wfj，k为j类故障后果中第 k个影响因素，p为影响因素的个数。

4 应用实例

图2 架空地线当前年及未来第10年健康指数柱状图

运用CBRM方法对云南电网64条线路进行了状态和风险评估。得到了线路杆塔、金具、架空导线、地线、地线金具的当前、未来状态和风险以及变化情况。下面例举介绍了部分评估结果。

4.1 健康指数评估结果

以架空地线为例，其当前年及未来第10年健康指数柱状图如图2所示。

从上图中可以看到，有800多个档距地线的健康指数大于6，其中大部分是等于7。这些线路主要分布在110 kV晋抚呈铺线、110 kV普马线、110 kV普上黑线等线路上。这些线路的地线类型大部分都是GJ类型，且运行年限超过其平均寿命20年。对比架空地线当前年和未来第10年健康指数可以明显看到，有很多架空地线的健康指数往较大的区域移动。并且随着健康指数的增大，其故障发生概率也将增大。

4.2 故障发生概率

架空输电线路故障发生概率包括非状态因素引起的故障发生概率和状态因素引起的故障发生概率。非状态因素引起的故障发生概率是一个恒定值，而状态因素引起的故障发生概率是基于健康指数的计算结果得到的。当前年和没有采取任何维护措施的未来第10年故障变化情况如下表1所示

表1 当前年和未来第10年故障率变化情况

4.3 风险评估结果

架空输电线路设备的风险包括电网性能、修复资金、人身安全和环境影响四个子风险，对于每一类风险都能够计算出相应的风险值，总风险等于四个子风险之和。当前年架空输电线路各设备风险柱状图和未来第10年架空输电线路各设备状态与非状态风险柱状图分别如图3、图4所示。

图3 当前年架空输电线路各设备风险柱状图

从图3中可以看到，电网性能风险是各设备总风险的主要组成部分。另外，导线的风险最高。这主要是由于导线由非状态因素引起的故障率比其他输电线路设备的高。

图4 未来第10年架空输电线路各设备状态与非状态风险柱状图

从图4中可以看到，在未来第10年，架空输电线路的非状态风险保持恒定，而状态风险都有所增加，这主要是由于设备的状态变差引起的。由于云南电网公司对杆塔的有效维护，使得杆塔的状态良好，状态风险很低。

4.4 评估结果分析实例

110 kV普马线架空地线当前年及未来第10年健康指数及风险分布情况如图5所示。

图5 架空地线健康指数分布情况

从图5可以看到，当前年架空地线的健康指数都为7，这主要是由于其运行年限超过平均寿命引起的。110 kV普马线地线都为GJ类型，其平均寿命仅为20年。在采取更换措施前，建议先对地线进行详细的状态评估，比如通过采样试验分析。若实际情况与评估模型评估出来的状态类似，那么就可以对架空地线进行大修技改。如果不对架空地线进行大修技改的话，那么未来第10年其健康指数将大于10。从图4、图5可以看出，如果对架空地线进行了更换，那么其健康指数将回到非常低的水平。

架空地线当前年、未来第10年以及采取技改措施后的风险分布情况如图6所示。

图6 架空地线风险分布

5 结束语

通过CBRM方法对云南电网架空输电线路评估中的应用实施，直观地了解到了每一基杆塔、对应档距内架空导地线及其附属设施当前所处的健康状态、故障发生概率和风险，并依据当前评估结果预测了输电线路在未来的状态和风险变化趋势。此次CBRM方法在线路评估中的应用符合电力系统智能化发展的要求，对提高电网的可靠性有巨大推动作用，为投资规划和技改战略提供了科学指导依据，为电力公司有效的提高了经济效益。

[1] QGDW 173—2008.架空输电线路状态评价导则 [S].

[2] Q/CSG1 0010—2004.输变电设备状态评价标准 [S].

[3] Q/CSR 1 0007—2004.电力设备预防性试验规程 [S].

[4] 韩富春，董邦洲，贾雷亮，等.基于贝叶斯网络的架空输电线路运行状态评估 [J].电力系统及其自动化学报，2008，20(1)：101-104.

[5] 李红艳.输电线路状态评估研究现状分析及建议 [J].内蒙古电力技术，2012，30(5)：45-48.

[6] 田丰，盛四清，李燕青，等.灰靶理论在CBRM状态评估中的应用 [J].电力科学与工程，2011，27(5)：1-4.

于虹，女，博士，高级工程师，云南电网公司电力研究院，从事在线监测与故障诊断、状态评估方向的研究；

郭铁桥，男，副教授，华北电力大学，从事在线监测与故障诊断方向的研究 (e-mail)gtq1958＠163.com。

Application of CBRM Transmission Lines Evaluation in Yunnan

LIU Zekun1，YU Hong2，GUO Tieqiao3，XU Chenglong1，CHENG Zhiwan2
(1.North China Electric Power University，Yunnan Power Grid Corporation Graduate Workstation，Kunming 650217；2.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217；3.North China Electric Power University，Department of Mechanical Engineering，Baoding，Hebei 071003)

many information of 64 electric transmission lines was collected and analyzed in Yunnan power grid，such as basic parameter，operation condition，the test record，faults and defects record.The health index and failure probability and risk of transmission line tower，overhead ground wire and affiliated facilities have been evaluated By the CBRM within a certain time in the current and future.So that it can provide effective support for technical innovation，overhaul，maintenance of electric transmission line.

CBRM；transmission lines；state evaluation；risk assessment；technical transformation

TM76

B

1006-7345(2014)04-0049-05

2014-04-15

刘泽坤，男，硕士研究生，华北电力大学云南电科院研究生工作站，从事在线监测与故障诊断、状态评估方向的研究 (email)598128554＠qq.com；