电网设备系统检修策略

汤宗亮，衡思坤，韦海荣

(1.连云港供电公司，江苏连云港 222000；2.南京导纳能科技有限公司，江苏南京210028)

电网设备检修方式经历了故障检修、定期检修和状态检修3个阶段[1]。故障检修是根据设备故障报修开展的，是一种失度检修方式。定期检修是基于保守的运行经验和设备使用说明书开展的，是一种过度检修方式。随着在线监测技术的发展和输变电设备制造工艺水平的提高，状态检修方式正在国内外逐步推广。但是目前状态检修仅考虑设备自身的状况，没有充分考虑设备检修对电网系统以及用电客户的影响。因此，设备检修方式需要继续向系统状态检修和面向客户的检修方式迈进[2]。文中提出输变电设备系统检修策略，重点研究单一设备的状态检修如何向面向客户的系统状态检修过渡。

1 系统状态信息收集

1.1 系统状态信息收集模型

系统状态检修的核心是系统状态评价，而系统状态评价的基础是系统状态信息收集。输变电系统状态信息收集是一个包含管理和技术手段的系统性工程。系统状态信息收集模型如图1所示。

1.2 系统状态信息特性分析

基于对某2000 MW负荷的地区电网近10年来的运行情况和设备缺陷状况分析来看，输变电系统状态信息有以下几个特点：（1）系统状态信息包括设备和电网的运行状况；（2）系统状态量的影响程度不同地区不尽相同；（3）系统状态信息是时间函数，状态量的变化趋势往往比状态量本身的数值更为重要。

2 系统状态评价

在系统状态信息收集的同时开展系统状态评价。系统状态评价分为单一设备状态评价、回路状态评价和系统状态评价3个阶段。状态评价结果分为正常状态、注意状态、异常状态和严重状态[3]。当评价量化值达到特定区间时，即认为评价结果为某种状态。

2.1 单一设备的状态评价

单一设备的状态评价由设备部件的状态评价构成。当设备各部件的状态量量化值达到特定的区间时，则认为设备为某一状态。对一些状态信息量化值没有达到限值但明显差异的，有专门的评价方法。评价结果反应设备整体及所属部件的最严重状态。不同类型的设备应制定不同的评价方法。

2.2 回路的状态评价

单一设备状态评价结束后，进行设备所在的回路状态评价。定义实现同一功能且相互影响的设备群组成一个回路。常见的回路包括母线回路、变电回路和输电回路，见图（2—4）。

图2 母线回路

回路的状态评价由回路设备状态评价、回路随机失效性评价、回路风险程度评价和回路技改反措评价四个部分组成。

图3 变电回路

图4 输电回路

回路设备状态评价包括回路内一、二次设备的状态评价，评价结果反应回路内各设备的最严重状态。

回路随机失效性评价根据各类设备统计故障率，按照式（1）、（2）、（3）进行量化。其中单一设备的故障率由历史统计数据获得。

式中：rn（t）为评价时刻单一设备的可靠度；n为回路中设备的数量；λn为单一设备的故障率；t为评价的时间点；tn为设备上一次大修和全校验的时间点；R（t）为评价时刻回路的可靠度；F（t）为评价时刻回路的失效率。

回路风险程度评价以设备故障率的浴盆曲线特性为依据，按照式（4）进行量化。

式中：Q（t）为回路的风险故障率；qn（t）为单一设备的风险故障率。回路的技改反措评价根据回路的危险点源及反措执行情况来开展。

2.3 系统的状态评价

回路评价结束以后，进行回路所在的系统状态评价。定义为同一客户群供电的所有回路的集合为系统。电网中系统的划分如图5所示，系统内部的环节和断面如图6所示。系统状态评价由系统设备状态评价和系统通流能力评价两部分组成。系统设备状态评价由系统内各回路设备的状态评价构成，评价结果反应系统内回路设备的最严重状态。系统通流能力评价由系统承载力评价和系统结构性评价两部分组成。系统承载力评价反应的是系统各回路在最大潮流情况下的过载能力，系统结构性评价反应的是系统在故障下的自适应能力。系统的通流能力评价见表1。

3 系统检修策略

3.1 系统检修策略

图5 电网系统划分示意

图6 系统环节和断面划分示意

表1 系统通流能力评价标准

系统状态评价按照设备、回路和系统顺序进行，而系统检修策略的制订则正好相反。系统检修策略根据系统状态评价结果，按照系统、回路和设备的顺序逐步明确。系统评价和检修策略工作过程如图7所示。检修策略的制定分为3个步骤：（1）确定系统、回路和设备的检修级别；（2）确定系统的技术改造方案；（3）确定回路的检修方案。

图7 系统状态评价和检修策略工作过程

检修级别分为3种情况：（1）停电检修，根据检修内容的复杂程度细分为A、B、C三类；（2）不停电检修为D类；（3）带电作业和事故抢修为E类。

3.2 系统检修计划

系统检修策略是通过系统检修计划来执行的。检修计划要明确检修工作的具体执行时间。首先根据回路检修顺序因子来确定各回路的检修顺序。检修顺序的因子越大，回路的检修顺序越靠前。检修顺序因子由回路的状态和回路重要性2个因素决定[4]，其计算方法见图 8和式（5）。

图8 回路检修顺序因子计算方法

各回路的具体检修时间通常采用启发式算法的优化程序进行优化安排，就是以一个目标函数为方向，考虑各种约束条件，通过不断地尝试来寻找一个最优结果。常见的目标函数是全网各回路检修风险损失电量和最小，回路检修风险损失电量计算见式（6）。

式中：W为停电风险损失电量；T为失效修复时间；f为失效频率；t为计划检修天数；p为系统的平均负荷。

4 工程实例

选取港城地区110 kV苍梧变10 kV母线所带客户集合为一个客户群，为该客户群服务的系统定义为苍梧系统，包括凤苍线735线路、茅凤线717线路、苍梧1号主变、苍梧2号主变、苍梧10 kVⅠ母、苍梧10 kVⅡ母、苍梧10 kV母联7个回路。每个回路由数量不等的一、二次设备组成，独立完成一个输、变电或者配电功能。具体系统组成如图9所示。

图9 苍梧系统

单一设备状态评价结果为：凤苍735线路为异常状态，原因是绝缘子老化；735线路保护为注意状态，原因是校验周期到期；苍梧变1号主变保护为注意状态，原因是校验周期到期。

综合设备评价结果。回路的状态评价结果为：凤苍735线路回路为异常状态；苍梧1号主变回路为注意状态。

环节通流能力评价结果为：变电环节为严重状态，原因是苍梧主变N-1时2号主变过载超过40%；受电环节为异常状态，原因是苍梧10 kVⅡ母出线间隔数量不满足导致部分线路过载。

综合环节通流能力评价结果和回路状态评价结果，该系统的总体评价为严重状态，检修策略见表2。

表2 苍梧系统检修策略

4 结束语

确保经济性和可靠性的适度检修是状态检修。状态检修应从系统和用户角度审视，依据整个系统的状态来安排检修的频度和深度。系统状态评价是核心，不仅要掌握设备的状态，还要掌握回路以及整个系统的状况。公司成本控制和用户电量供应是检修策略目标。状态限值、环境保护和检修业务外包等检修策略约束条件需要进一步研究。

[1]陆颂元.美国几个电厂状态检修技术的发展过程及特点[C]//全国火电机组状态检修研讨会论文集.昆明：中国电力企业联合会，2004：24-28.

[2]XU B，HAN X S，LI M，et al.System Maintenance Scheduling：Review and Prospect[C]//Proceeding of 2nd ISGT(Asia).天津：ISGT(Asia)，2012：37-55.

[3]国家电网公司生产技术部.Q/GDW 174—2008架空输电线路状态检修导则[S].北京：国家电网公司，2008.

[4]BALZER G，SCHMITT O，HALHANN M，et al.Maintenance and Refurbishment Strategies for M V Substations[C]//Proceeding of 16th CIRED.Amsterdam：CIRED，2001：77-81.