电网资产管理体系在500 kV电网设备中的应用

徐成龙，于虹，刘泽坤，何运华

(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)

电网资产管理体系在500 kV电网设备中的应用

徐成龙1，于虹2，刘泽坤2，何运华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)

基于电力设备的基础信息、运行环境、试验记录、负荷情况以及故障缺陷记录等方面的数据，以设备的老化过程为基础建立设备状态随时间变化的数学模型，得出量化的评价指标 (健康指数、故障发生概率、故障率等)，并根据这些量化的评价指标建立风险模型，进一步得到量化的各类风险值。结合云南电网公司500 kV断路器状态、风险评估的实际案例验证了CBRM体系的可行性。实践证明将CBRM运用到电网设备中有助于给电网公司提供正确的决策。

电力设备；CBRM；状态评估；风险评估；应用案例

0 前言

目前国内电网检修工作仍以周期性的计划检修为主[1]，随着电网设备数量的增多，检修工作量也大大增加，检修力量不足，工作质量难以保证的问题越来越突出。如何将有限的检修力量最高效的发挥作用，以最优的检修顺序最节省资源的方式完成需要检修的工作成为电网企业面临的亟待解决的问题。

“基于电网状态评估的风险防范管理体系(简称 CBRM)”是一套电网资产管理体系。CBRM体系的评估过程包前和未来的状态和性能，预测电网设备未来的故障率，量化设备在故障发生情况下面临的各类风险，按照括状态评估和风险评估两部分。最终以数字量化设备当多种指标提出不同的维护措施和方案[2]。从而实现其它同类体系所没有的功能，进而制定优化的检修策略、技改战略及投资规划，成为设备资产全寿命周期管理体系的技术支撑和重要组成部分。

1 CBRM体系概述

1.1 状态评估及风险评估过程

1)收集所需数据资料，利用健康指数评估模型评估设备的健康指数。

2)校正健康指数计算结果，利用实际故障率与理论故障率相匹配的原则，校准设备故障发生概率计算模型，计算设备故障发生概率。

3)评估设备未来的状态和性能：通过设备健康指数柱状图和健康指数与故障发生概率之间的关系来计算未来故障率[3]。

4)建立风险模型——结合设备的故障发生概率和故障后果对风险单元进行量化。每一类风险单元与有形的资产参量 (如货币单位)相结合，设备的总风险为各类子风险之和。

5)依据设备老化原理，建立风险随时间变化的数学模型，评估其未来风险变化趋势。

6)根据已制定的技改或检修方案，模拟评估其对设备未来风险的影响效果。

1.2 状态评估及风险评估各参数

由于电力设备的状态评估及风险评估各参数的求取的方法基本相同，现以断路器为例来说明各参数的求取方法及过程。

1.2.1 健康指数

健康指数 (HI)：用0～10之间连续变化并与时间相关的单一数值来表征设备的健康程度，HI值越高表明设备状态越差。断路器健康指数是由其老化健康指数和健康指数的修正系数综合得到的，其中老化健康指数是直接和设备老化进程相关的健康指数分量，主要设备运行年限、平均使用寿命并用平均每年跳闸次数和环境两个因素进行修正。期计算公式如下：

式中，B为老化系数，fT为平均年跳闸次数，fE为环境因素，T1为当前年限，T0为投入运行年限。

将断路器老化健康指数与各工况信息的修正系数综合得到断路器最终健康指数计算公式：

其中fR、fC、fP、fH、fD分别为断路器的外观修正系数、故障历时修正系数、缺陷修正系数、预防性试验修正系数和断路器可靠性系数。

1.2.2 剩余使用寿命

断路器剩余使用寿命EOL是以断路器当前健康指数来推算其达到报废时间的。设备的使用寿命定义为设备健康指数从0.5变化到7的过程。当健康指数等于或超过7时，设备故障率将处于急剧上升阶段，设备在此阶段需要采取更换、大修等相应措施，因此当设备健康指数等于7时表明断路器已达到预期寿命。

故有：

由上可得断路器剩余使用寿命：

1.2.3 故障概率

断路器的故障等级分为小型故障 (修复时间在2天以内)、中等故障 (修复时间在2-10天以内)、重大故障 (修复时间在10天以上)和拒动故障共四个等级，在计算设备故障概率时需要对四个等级的故障分别计算。

对于第i(i=1，2，3，4)级故障，设备的故障发生概率POF与设备健康指数HI之间是一种三次多项式关系，得

式中：Ci是曲率常数，经验值，不建议修改，Ki是比例常数。

1.2.4 风险的计算

风险的计算是根据设备的故障来进行的，是故障概率和故障后果的综合。故障后果被定义为四个类别 (电网性能、人身安全、修复成本和环境影响)。在所有的类别中，各种后果都以货币形式表示。因此，总风险是通过对这四类风险的计算的总和，并由货币 (人民币)表示。其计算公式如下：

式中：Risk——风险

i——风险类别 (1-电网性能；2-人身安全；3-修复成本；4-环境影响)。

j——故障等级 (1-小型故障；2-中等故障；3-重大故障)。

COAi——设备在第i个风险类别的重要等级系数。

COFi，j——设备在第i个风险类别第j个故障等级的故障后果。

2 应用实例

运用CBRM对500 kV断路器进行状态评估和风险评估，由于本次评估的断路器运行年限比较短，所以其健康指数也比较小。

2.1 健康指数评估结果

最重要的指标是当前设备最终健康指数，这些数值反映出设备状态与健康指数和故障发生概率POF之间的关系是一致的。基于电网状态评估的风险防范管理体系的一个功能就是可以通过当前健康指数来评估设备未来的运行状态。剩余使用寿命EOL是以断路器当前健康指数来推算其达到一定寿命的。当健康指数达到7时，定义此时设备达到了其预期使用寿命，故剩余使用寿命EOL的计算是从断路器当前健康指数变化到7时所需的时间。

云南省14个变电站157台500 kV断路器当前年健康指数分布图及柱状图如下图1所示：

图1 500 kV断路器当前年健康指数柱状图

从图中可以看到，有一些断路器处在7～8之间。这些断路器是阿海珐的DT2-550F3型号的，其在投运没几年就出现了严重的问题。这类型的一部分断路器的回路电阻没通过回路电阻实验，阿海珐厂家断定这是一个严重的故障，需要对这类型号的断路器进行更换。从上图中也可以看到，有4台健康指数比较高，达到了8，故需对这四台断路器进行处理。

随着设备的老化，未来第5、10年断路器的健康指数发生了显著变化，其健康指数分布图以及柱状图如下图2、3所示：

图2 未来第5年电抗器健康指数分布

图3 未来第10年电抗器健康指数分布

从图中可以看到，未来第10年，虽然大部分断路器的健康指数还是处在3以下，但是有较多断路器的健康指数超过5，甚至超过10。健康指数超过5的这一部分断路器发生故障的概率就大大增加了。所以在这部分断路器未达到这一数值前，对这部分断路器进行更换，以确保断路器安全稳定运行。

2.2 故障概率的计算

故障发生概率是通过匹配当前健康指数柱状图和近期的故障率统计结果得到的。对于断路器来说除了有小型故障、中等故障、重大故障外还有拒动故障。故断路器有四种故障类型。当前故障率是通过计算项目范围内的断路器最近三年的故障、缺陷、事故记录得到的。每台断路器的未来年POF都是根据未来健康指数利用故障概率计算公式得到的，对这些故障概率的求和可以得到预测的故障次数。通过未来第10年健康指数柱状图与当前健康指数柱状图的对比，反映出断路器健康指数在未来有较大的变化。虽然拒动故障的故障率非常低，但由于拒动的后果非常严重，所以这类故障所带来的风险对于断路器的整体风险来说也是不能忽视的。当前年和未来第10年的故障次数对比如下表1所示：

表1 当前年和未来第10年故障次数

如果用评估模型评估未来15年或20年，这一现象将更加明显。更多的断路器健康指数会超过4，故障概率将增加。因此整体的故障次数将非常高。出现这一现状就需要采取一定的措施来降低故障率，比如把处于高健康指数区间的断路器进行大修技改或者按一定的更换率更换掉，这样健康指数以及故障发生概率都会回到相应较低的状态，此时整体设备就会处于好的状态。

断路器组未来20年内总故障率变化情况如下：

图4 500 kV断路器组未来20年总故障率变化曲线

2.3 断路器风险评估

断路器当前风险分布、未来第10年风险分布如下图5所示：

图5 500 kV断路器当前和未来第10年风险评估结果

图6 500 kV断路器组未来20年总风险变化曲线

上图所示的是整体风险评估的结果，即所有断路器的所有四类故障等级的总和。从图中可以看到断路器的风险非常大，这主要是因为断路器的拒动问题。电网性能风险的比重最大，是断路器总风险的主要组成部分。

图中蓝色柱状图表示当前风险，红色柱状图表示未来第10年风险，浅绿色柱状图表示未来第10年进行干预措施后的风险变化情况，即把四台回路电阻试验未通过的阿海珐断路器更换掉。可以看出，这些技改方案实施后将使得断路器的整体风险又回到了当前年的水平。

断路器组未来20年内总风险变化情况如下：

3 结束语

CBRM评估体系以定量的形式给出设备的健康指数、故障概率等状态评估值和风险值，使检修可以有针对性有目的性的进行。能得出设备当前和未来健康指数及其分布、故障率变化趋势、当前和未来风险值分布及其变化趋势。为企业做出正确的技改方案和检修策略提供了有力的依据。

[1] 马明焕.输变电设备状态检修策略研讨 [J].吉林电力，2008，36(6)：47-49.

[2] 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.

[3] 秦继承，吴娟.基于电网状态评估的风险防范管理体系应用研究 [J].中国电力，2007，40(4)：90-92.

Application of CBRM in 500 kV Power Grid Equipment

XU Chenlong1，YU Hong2，LIU Zekun2，HE Yunhua2
(1.Graduate Workstation of North China Electric Power University，Yunnan Power Grid Corporation，Kunming 650217；2.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217)

Based on information of electrical equipment，operating environment，test records，operating environment，loads and fault defect records and other aspects of the data as well as the equipment aging process，create mathematical model of the device status changes over time.Then get the quantitative evaluation indicator(health index，the probability of failure，the failure rate)，and establish the risk data model based on these quantitative evaluation indicator，thus to further get the quantized value of various types of risk.Combined with the actual cases of condition and risk assessment of 500 kV circuit breaker in Yunnan Power Grid Corporation，verify the feasibility of the CBRM system(Condition Based Risk Management).Practice has proved that applied the CBRM system to the grid to power grid companies to help provide the correct decisions.

power equipment；CBRM；condition assessment；risk assessment；application cases

TM76

B

1006-7345(2014)06-0031-04

2014-10-24

徐成龙 (1989)，硕士研究生，华北电力大学云南电网公司研究生工作站，从事电力设备无损检测、故障诊断的研究 (email)chenglong610038301＠163.com。

于虹 (1978)，女，博士，高级工程师，云南电网公司电力试验研究院，从事高电压技术与在线检测方面的研究 (e-mail) 894333697＠qq.com。