变电所电气主接线可靠性分析方法的研究

刘璐

【摘要】变电站电气系统的可靠性对是电力系统可靠性评估的重要组成部。

【关键词】变电所；主接线；可靠性

前言

电力系统的可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量，不间断地向电力用户供应电力和电能量之能力的度量，而变电所电气主接线作为电力系统重要组成部分，能否安全可靠运行对保证用户的可靠用电以及整个电力系统的安全稳定具有重要影响。

一、变电站实施可靠性分析的意义

变电站电气主接线是电力系统接线的重要组成部分，它作为系统电能传输和分配的重要环节，直接担负着从输电网到各个负荷区的供电任务。变电站的设备一旦发生故障，可能会引起变电所的一条或多条输电线路失去电源，或者电源进线与变电所隔离，引起停电事故，因此，变电站电气主接线的可靠性与其各负荷的安全经济运行有着密切的联系。变电站作为电网的负荷站，肩负着一些用户供电的重要任务，如水厂、卫星站、铸钢厂‘等重要负荷。即使其整个布局设计己趋于合理，设备运行己趋于稳定，但其各条供电线路及整个变电站的可靠性水平究竟维持在何种程度，生产管理部门只是定期做一些定性地衡量，而没有真正进行过量化的可靠性评估。为了能够准确掌握目前的可靠性水平，从而提出进一步提高系统可靠性的有效措施及建议，对变电站的定量可靠性与经济性评估是必要的。

二、可靠性模型及指标

一般来说，电力系统中元件的停电行为可能由多种原因造成，诸如：短路、开路、检修等等。在发现短路故障的情况下，故障元件的保护装置将会动作来保护该元件。某些情况由于元件自身原因而停电的情况下，相应的保护装置就不会动作。在可靠性评估中，不仅造成故障元件本身退出运行，还会造成保护区内所有断路器动作，从而使非故障元件被迫停运的这种故障被称为主动性故障 ；而故障只造成故障元件本身退出运行，不影响其他元件的运行时，称之为被动性故障。在进行主接线可靠性评估时，会涉及到很多种类的元件，除了进出线路外，还包括变压器、断路器、隔离开关、母线等等。本文考虑了上述提到的这两种故障类型，对于以上元件使用如图1所示的四态模型。

图1 元件的四状态模型

三、变电站电气主接线可靠性評估方法

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问归纳列成一张表格，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，它是简易可行的，但随着电气主接线规模的不断扩大，其结构同益复杂，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。

2.故障模式与后果分析法

这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。此方法原理简单、清晰，模型准确，但是，它是一种归纳方法，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，它的计算量随元件数目的增长成指数增长。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.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。

4.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。

5.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（FailureMode and Effect Analysis，即FMEA），但当网络规模变大时，各种故障后果分析将变得十分冗长。

6.频率和平均持续时间法

简称FD法（Frequency&Duration）FD（Frequency&duration）法是一种基于

Markov过程的方法，它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故障等可能因素，最后得到整个系统的累积状态空间图，在此基础上计算出各种可靠性指标。

7.蒙特卡罗法（Monte.Carlo）

模拟法是指用蒙特卡罗法（Monte.Carlo）对可靠性进行评估，它用抽样的方法进行状态选择，用统计的方法得到可靠性指标。在蒙特卡罗法中，系统的状态是从设备概率分布函数中抽样确定的，然后对产生的状态进行状态估计.一个模拟序列表示一个实际的样本，系统的可靠性指标是在累积了足够数目的样本后，对每次状态估计的结果进行统计而得到的。

四、电气主接线分析软件及应用

近年来，国内外的高校、研究机构和电力部门已相继研制了各种主接线可靠性分析软件。上海交通大学开发了基于面向对象技术的变电站供电可靠性分析计算软件包，通过定量计算，可以分析不同类型、不同接线形式的变电站在任意运行方式下的供电可靠性以及各种设备故障对变电站可靠性的影响程度，还可分析继电保护装置配置及动作的影响。清华大学电机系开发的发电厂及变电所电气主接线可靠性评估软件SSRE.TH用于对水电站/变电所各种电气主接线方案进行可靠性及经济性评估，可计算电气主接线在各种运行、检修和元件故障组合状态下的停电容量、频次、时间及停电损失等指标，还可以进行电气主接线方案的技术经济综合评价，为主接线方案决策提供辅助信息。抽水蓄能电站主接线可靠性评估的模型和算法，在此基础上开发了抽水蓄能电站主接线可靠性评估的REBUS Ⅲ软件。该软件已经成功地应用于多个抽水蓄能电站主接线的优化设计中。电站主接线可靠性综合分析系统SSRE已在瀑布沟、向家坝等大型水电工程以及安顺500 kV变电站电气主接线设计中推广应用。

五、结论

变电所电气主接线的可靠性对变电所的稳定运行有着直接的影响，因此，选用恰当的方法对变电所电气主接线可靠性进行计算与评估，并选择合适的变电所电气主接线，对提高变电所的供电质量，确保电力系统的运行的稳定起到了重要的作用。

参考文献

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[2]冯怡，周家启，赵霞，姚登峰.三峡电站电气主接线可靠性分析[J].电力系统保护与控制，2009，第3期，78-79页.