地区电网风险的综合量化评价方法

孙 巍,郭运泉,刘 洋,李 童，解 琳

(1.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030; 2.哈尔滨供电公司客服服务中心,哈尔滨 150030；



地区电网风险的综合量化评价方法

孙 巍1,郭运泉2,刘 洋1,李 童1，解 琳3

(1.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030; 2.哈尔滨供电公司客服服务中心,哈尔滨 150030；

3.大唐黑龙江电力技术开发有限公司，哈尔滨 150028)

为解决现有地区电网风险评价方法对不同设备类型、不同电网故障类型及不同设备运行过程中的故障率等因素缺乏综合性的量化统计与分析的问题,提出综合量化地区电网风险的评价方法,从供电质量、供电能力、供电经济性等3个方面对地区电网进行实时评价和运行方式评价,建立一套科学合理的地区电网风险评价指标体系。实际案例证明,该体系明确了各项指标的统计对象及计算方法,有效解决了现有地区电网风险评价过程中方法模式单一、设备运行过程中相关指标缺乏综合统计等问题,提高了地区电网风险管理水平,从而最终实现了地区电网的安全稳定运行。

地区电网;综合量化;风险评价

地区电网是电力系统的重要组成部分,对于固定资产额巨大的供电企业而言,地区电网规划工作在供电企业的生存与发展中始终起着决定性的作用,是电网发展的重要依托[1],其水平和质量直接影响到电网供电的安全性、可靠性和经济性。但是,现有的地区电网风险评价方法主要从网架结构的合理性方向上进行考虑,针对基础网架合理性及发生失电后的电压等级进行量化评价,而对于不同设备类型、不同电网故障类型及不同设备运行过程中的故障率等因素缺乏综合性的量化统计与分析。 本文综合考虑影响地区电网的内外因素,提出了综合量化地区电网风险的评价方法,从供电质量、供电能力、供电经济性等3个方面对地区电网进行实时评价和运行方式评价,建立了一套科学合理的地区电网风险评价指标体系,明确了各项指标的统计对象及计算方法。以某地区供电公司为例,将该地区电网某时段的运行数据作为实时评价依据,对该地区电网进行基准风险评价,为风险控制措施的制订提供了依据,从而最终实现了地区电网安全稳定运行。

1 地区电网安全风险评价

本文主要从风险可能造成的后果(损失)和风险发生的可能性(概率)等2个方面对地区电网安全风险进行综合评价,进而确定电网安全风险等级。在电网安全风险评价量化过程中,将可能造成的后果(损失)和发生概率的乘积作为定级依据,则电网安全风险值的计算公式为[2]

电网安全风险值=电网安全风险后果值×概率值

根据电网安全风险值大小,将电网安全风险分为八级:特别重大事故(一级电网事件)、重大事故(二级电网事件)、较大事故(三级电网事件)、一般事故(四级电网事件)、五级电网事件、六级电网事件、七级电网事件、八级电网事件。其中:一级电网事件的风险值为100;二级电网事件的风险值为30～100;三级电网事件的风险值为6～30;四级电网事件的风险值为2～6;五级到八级电网事件的风险值为0.5～2;某一区域电网或一项工作同时包含2个及以上等级的电网运行风险时,取其最高等级风险。

1.1 电网安全风险后果值量化

电网安全风险后果值的计算公式为

电网安全风险后果值=后果严重程度分值×社会影响因数

根据国家电网公司安全风险评价规范对电网安全的威胁和负荷损失的严重程度,将后果严重程度分为八类:特别重大事故(一级电网事件)分值为90～100分;重大事故(二级电网事件)分值为80～90分;较大事故(三级电网事件)分值为70～80分;一般事故(四级电网事件)分值为60～70分;五级电网事件分值为50～60分;六级电网事件分值为10～50分;七级电网事件分值为3～10分;八级电网事件分值为0～3分。同时,按照电网故障发生时间的不同,将社会影响因数分为五类:特级保供电时间发生故障分值为2;一级保供电时期发生故障分值为1.6;二级保供电时期发生故障分值为1.4;特殊保供电时期发生故障分值为1.2;一般时期发生故障分值为1。

1.2 风险概率值量化

根据引起后果发生概率的大小,将电网安全风险可能性分为可能性很大、可能性较大、可能性一般、可能性较小和可能性很小等五类,其中可能性很大风险的分值为0.7以上;可能性较大风险的分值为0.4～0.7;可能性一般风险的分值为0.2～0.4;可能性较小风险的分值为0.1～0.2;可能性很小风险的分值为0～0.1。

建立基于期望值的风险评价模型,量化影响风险评价结果的各种不确定因素,并在模型中具体表现出来,即基准风险发生概率值的计算公式为

概率值=设备类型因数×故障类别因数×历史数据统计因数

电缆、架空线、主变、母线、发电机等电力设备的设备类型影响因子如表1所示。

表1 设备类型影响因子

需要以变电站为划分单位对不同电压等级的设备所占比例按需进行调整。将故障类型划分为一类、二类、三类。其中一类分值为1,二类分数为0.2～0.6,三类分数为0～0.2。

以变电站为统计单位,根据历史故障概率量化出不同设备的故障概率为

2 地区电网风险的实时评价

地区电网风险的实时评价主要从供电能力评价、供电质量评价、经济性评价[3]等3个方面分类开展。其中:供电能力评价包括设备负载率合格率指标、设备N-1合格率指标、变电站运行方式合格率指标;供电质量评价包括线路电压降落合格率指标、母线电压合格率指标、主变功率因数合格率指标;经济性评价包括主变理论线损合格率指标、主变负载均衡度指标。

2.1 供电能力评价

2.1.1 设备负载率合格率指标

该指标统计对象为地区电网中正在运行的主变和线路,统计其负载率的合格情况。当负载率超过80%时视为重载,超过100%视为过载。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部设备无重载或过载时为100分,当全部设备均重载或过载时为0分。以rI-1标记本项指标,其计分公式为

2.1.2 设备N-1合格率指标

该指标统计对象为地区电网中正在运行的主变和线路,统计其N-1计算的合格情况。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部设备N-1计算均合格时为100分,当全部设备N-1计算均不合格时为0分。以rI-2标记本项指标,其计分公式为

2.1.3 变电站运行方式合格率指标

该指标统计对象为地区电网中正在运行的变电站,统计其运行方式满足安全规定的比例。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部变电站的运行方式均合格时为100分,当全部变电站的运行方式均不合格时为0分。以rI-3标记本项指标,其计分公式为

2.2 供电质量评价

2.2.1 线路电压降落合格率指标

该指标统计对象为地区电网中正在运行的66 kV线路,统计其电压降落的合格情况。当电压降落超过5%时视为越限,电压降落的计算公式为

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部线路的电压降落均合格时为100分,当全部线路的电压降落均不合格时为0分。以rII-1标记本项指标,其计分公式为

2.2.2 母线电压合格率指标

该指标统计对象为地区电网中各变电站中正在运行的中低压侧母线,统计其电压合格情况。根据《国家电网若干技术原则的规定》以及国家电网公司的内部考核规定,66 kV母线的电压合格范围为-3%～+7%,10 kV母线的电压合格范围为0%～+7%。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部母线的电压均合格时为100分,当全部母线的电压均不合格时为0分。以rII-2标记本项指标,其计分公式为

2.2.3 主变功率因数合格率指标

该指标统计对象为地区电网中正在运行的主变,统计其低压侧功率因数的合格情况。根据《国家电网若干技术原则的规定》,220 kV变电站二次侧的功率因数合格范围为0.95～0.98,66 kV变电站二次侧的功率因数合格范围为0.9～0.98。另外,对于无功倒送的情况也应视为功率因数不合格。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部主变的功率因数均合格时为100分,当全部主变的功率因数均不合格时为0分。以rII-3标记本项指标,其计分公式为

2.3经济性评价

2.3.1 主变理论线损合格率指标

该指标统计对象为地区电网中正在运行的主变,统计其理论线损率的合格情况。当理论线损率低于1%时视为越限。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部主变的理论线损率均合格时为100分,当全部主变的理论线损率均不合格时为0分。以rIII-1标记本项指标,其计分公式为

2.3.2 主变负载均衡度指标

该指标统计对象为地区电网中各变电站中正在运行的主变,统计其负载均衡程度。负载率相差30%以内视为合格。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部主变的负载均衡度均合格时为100分,当全部主变的负载均衡度均不合格时为0分。以rIII-2标记本项指标,其计分公式为

3 地区电网风险的运行方式评价

地区电网风险的运行方式评价与实时评价类似,也是从供电能力评价、供电质量评价、经济性评价等3个方面分类开展的。其中:供电能力评价包括馈线供电半径合格率指标、主变平均最高负载率指标、变电站及用户站接线方式评价指标;供电质量评价包括母线电压合格率指标、主变功率因数合格率指标;经济性评价包括理论线损率指标、主变最佳负载率指标[4]。

3.1 供电能力评价

3.1.1 馈线供电半径合格率指标

该指标统计对象为地区电网中的10 kV馈线,统计其供电半径的合格比例。根据《农村电力网规划设计导则》,农网中10 kV馈线超过15 km,则视为过长。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部馈线供电半径均合格时为100分,当全部馈线供电半径均不合格时为0分。以sI-1标记本项指标,其计分公式为

3.1.2 主变平均最高负载率指标

该指标统计对象为地区电网中的主变,统计其平均最高负载率水平。平均最高负载率是取全年负荷最高的25 d的日最高负荷平均值。根据《国家电网若干技术原则的规定》,当变电站有2台主变时,以50%以内为合格范围;当变电站有3台主变时,以65%以内为合格范围;当变电站有4台主变时,以72%以内为合格范围。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部主变的平均最高负载率均合格时为100分,当全部主变的平均最高负载率均不合格时为0分。以sI-2标记本项指标,其计分公式为

3.1.3 变电站及用户站接线方式评价指标

该指标统计对象为地区电网中的变电站和用户站,统计其接线方式的合理性。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部变电站和用户站的接线方式均合理时为100分,当全部变电站和用户站的接线方式均不合理时为0分。以sI-3标记本项指标,其计分公式为

3.2 供电质量评价

3.2.1母线电压合格率指标

该指标的统计对象为地区电网中各变电站的中低压侧母线,统计其电压合格情况。根据《国家电网若干技术原则的规定》以及国家电网公司的内部考核规定,66 kV母线的电压合格范围为-3%～+7%, 10 kV母线的电压合格范围为0%～+7%。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部母线在统计期间内电压均合格时为100分,当全部母线在统计期间内电压均不合格时为0分。以sII-1标记本项指标,其计分公式为

3.2.2 主变功率因数合格率指标

该指标统计对象为地区电网中的主变,统计其低压侧功率因数的合格情况。根据《国家电网若干技术原则的规定》,220 kV变电站二次侧的功率因数合格范围为0.95～0.98,66 kV变电站二次侧的功率因数合格范围为0.9～0.98。另外,对于无功倒送的情况也应视为功率因数不合格。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部主变在统计期间内功率因数均合格时为100分,当全部主变在统计期间内功率因数均不合格时为0分。以sII-2标记本项指标,其计分公式为[5]

3.3 经济性评价

3.3.1 理论线损率指标

该指标统计对象为地区电网中的主变和线路,统计其总计的理论线损率水平。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当理论线损率为0时为100分,当理论线损率为100%时为0分。以sIII-1标记本项指标,其计分公式为

sIII-1=100-理论线损率

3.3.2 主变最佳负载率指标

该指标统计对象为地区电网中的主变,统计其平均负载率与最佳负载率之间的偏差情况。

以满分100分计算,计分公式为线性公式,当全部主变的平均负载率均等于最佳负载率时为100分,当全部主变的平均负载率与最佳负载率之间均相差100%时为0分。以sIII-2标记本项指标,其计分公式为[6]

4 算例分析

以某地区供电公司为例,将该供电公司地区电网某时段的运行数据作为实时评价依据,对该地区电网进行风险评价,其供电能力评价结果、供电质量评价结果及经济性评价结果如表2～4所示。

表2 供电能力评价结果

表3 供电质量评价结果

表4 经济性评价结果

综上可知,该供电公司地区电网整体运行水平良好,其中供电能力水平可进一步提高,供电能力中需重点改善变电站运行方式合格率水平,供电质量与经济性水平应继续保持。

5 结 论

1) 通过地区电网安全风险评价方法,将地区电网中不同电压等级变电站内变压器、母线、电缆、架空线路等电力设备的故障率进行有效统计,得出不同设备可能发生的故障情况,并给出具体量化分值,有效描述了地区电网的故障程度,达到了直观反映故障情况的目的,从而为地区电网的管理者提供一定的参考依据。

2) 综合量化地区电网风险的评价方法,有效解决了现有地区电网风险评价过程中方法模式单一、设备运行过程中相关指标缺乏综合统计及电网不确定性因素无法进行量化等问题,从供电质量、供电能力、供电经济性等方面对地区电网进行实时评价和运行方式评价,建立了一套科学合理的地区电网风险评价指标体系,提高了地区电网风险管理水平,从而最终实现了地区电网的安全稳定运行。

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(责任编辑 侯世春)

Regional power grid risk evaluation based on comprehensive quantitative method

SUN Wei1, Guo Yunquan2, LIU Yang1, LI Tong1, XIE Lin3

(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China; 2.State Grid Harbin Electric Power Supply Company,Harbin 150030, China; 3.Datang Heilongjiang Electric Power Technology Development Co., Ltd., Harbin 150028, China)

The existing regional power grid risk evaluation methods are short of comprehensive quantitative statistics and analysis of a lot of factors, such as different device types, different grid fault types, different device failure rate and so on. Aiming at this problem, this paper proposed the comprehensive quantitative method for regional power grid risk evaluation, made the evaluation on real-time and operation mode from three aspects, including power supply quality, power supply capability and power supply economy, and established a suitable index system for regional power grid risk evaluation. The practice proves that this system illustrates the statistical objects and calculation methods of the indexes, effectively solving the problems of the system, such as single mode and the lack of comprehensive statistics in the existing regional power grid risk evaluation methods. Meanwhile, the system enhances the level of regional power grid management, which enables its safe and stable operation.

regional power grid; comprehensive quantitative; risk evaluation

2015-11-28。

孙 巍(1985—),男,助理工程师,研究方向为高压电气设备的仿诊断性试验、带电检测及资产全寿命周期管理。

TM732

A

2095-6843(2016)02-0150-05