电网主变压器与断路器安全风险评估及防范策略研究

电网主变压器与断路器安全风险评估及防范策略研究

广西电网公司电力科学研究院

对电力设备进行安全评估，掌握电力设备故障发生发展的概率和趋势，提出防止电力系统发生事故的预防措施，降低甚至是避免事故的发生，并优化电力设备维修试验，降低设备维护试验的工作量，是提高电力设备技术监督和管理水平的有效手段，也是电力系统设备安全管控的必然趋势。

变压器；断路器；形态评价；安全评估

保障电力设备安全、可靠、稳定与经济运行是电力部门的一项重大工作，对电力设备进行安全评估，掌握电力设备故障发生发展的概率和趋势，提出防止电力系统发生事故的预防措施，降低甚至是避免事故的发生，并优化电力设备维修试验，降低设备维护试验的工作量，是提高电力设备技术监督和管理水平的有效手段，也是电力系统设备安全管控的必然趋势。

广西电网公司电力科学研究院重视设备管理的基础工作，着眼于技术监督的信息化、数据化、智能化，基于设备管理现状积极探索设备管理模式如何在保证设备安全的前提下，实现设备效能和经济效益最优。各级管理人员、技术人员在设备管理工作中，注重技术深挖和总结，承担了南方电网公司重点科技项目“广西电网主变压器、断路器安全风险评估及防范策略的研究”，及“广西电网运行20年及以上变压器安全经济性分析”等与设备管理、状态评价和风险评估密切相关的科技项目。“广西电网主变压器、断路器安全风险评估及防范策略的研究”课题提出了完整的基于风险的状态检修体系，变压器、线路和断路器的风险定量评估方法和以设备维护费用最小为目标的短期维修决策方法，开发了实用化的基于风险的维修决策辅助系统，编制完成南方电网公司“变压器风险评估导则”及“断路器风险评估导则”。该课题1项实用新型专利“用于输变电设备状态检修的计算机网络”已获授权。两项发明专利“基于风险评估的输变电设备状态检修体系”及“输变电设备状态检修及风险评估辅助决策系统”已进入公开实审阶段。两项软件著作权已获授权。论文“基于风险的状态检修技术研究”入选第七届南网论坛论文集。

一、积极推进广西电网设备状态评价及风险评估工作

1．规范和完善设备信息管理体系，推进技术监督信息化、数据化

广西电网电力科学研究院开发了“基于风险的状态检修辅助决策系统”，规范和完善各大信息系统的状态量信息，实现了家族性缺陷、巡检、试验以及在线监测等状态量的信息化、数据化，“辅助决策系统”通过与上述信息系统数据接口实现了状态量的自动评价。风险评估模块作为“辅助决策系统”的核心模块之一实现了与中调SCADA/EMS系统的实时数据传输，通过特定的保密协议获取电网设备电气信息、网络拓扑连接关系、系统负荷断面等数据，通过模块算法的实现，输出设备损失风险、人身环境风险、系统损失风险和社会损失风险并以货币形式体现，提出多种相应的综合降低设备安全总风险的措施，达到了安全、效能和成本之间的综合平衡。

2．建立状态评价和风险评估标准体系

负责南方电网“变压器风险评估导则”及“断路器风险评估导则”的编制，参加历次南方电网“变压器状态评价导则”及“断路器状态评价导则”的研讨。建立了一套符合变压器和断路器特点的风险评估定量化指标体系，对已经进行状态诊断的设备进行精量化的维修风险评估，得出维修风险值。维修风险值包含设备损失风险、人身环境风险、系统损失风险和社会损失风险。各风险值最后均以万元为单位的货币形式展现。这一尝试走在了国内电网公司的前列。

3．采用先进技术，加强设备状态监测手段

负责南方电网变压器类设备在线监测及带电测试装置技术标准的编制。采用变压器油色谱等在线监测、变压器局放测试等带电检测技术手段加强对设备状态的监测。

4．开展状态评价及风险评估试点

（1）评价计划。按照广西电网公司2011年设备状态评价工作计划，广西电网公司电力科学研究院于2011年3月14日至31日先后赴玉林、南宁、崇左供电局组织开展设备状态评价试点工作。开展状态评价试点的设备为南宁、玉林、崇左供电局6个试点变电站共12台110千伏及以上油浸式变压器以及96组SF6断路器。设备状态评价依据为《Q/CSG 11001-2010 110千伏～500千伏油浸式电力变压器（电抗器）状态评价导则》《Q/CSG 11099-2010 110千伏～500千伏 SF6断路器状态评价导则》。试点评价采用的评价工具为输变电设备状态检修辅助决策系统（http://10.194.64.225:8080/gxcbm/login.htm）。在开展试点评价工作前，电科院对供电局相关技术人员开展了辅助决策系统的技术培训。

（2）评价结果。此次评价的108组设备中，除了1组断路器评价结果为“注意状态”外，其余设备评价结果均为“正常”。“注意状态”的设备为玉林供电局220千伏陆川变电站2号主变变中102间隔2号主变110千伏侧102开关，原因为：SF6气体两次补气间隔小于1年大于半年。

5．推进广西电网公司110千伏及以上变压器、断路器状态评价工作

（1）根据试点情况完善状态评价业务系统流程。根据安全风险管理体系建设及输变电设备状态检修工作推进的要求，广西电网公司下属各供电局、梧州运维局按南方电网公司要求，在8月31日前完成了所属110千伏及以上变压器、断路器的状态评价工作，并随后对其开展设备风险评估工作。3月至5月，广西电网公司电力科学研究院协助南宁、玉林、崇左三所试点供电局，按照管理办法，使用“广西电网输变电设备状态检修与风险评估辅助决策系统”对试点变电站110千伏及以上变压器、断路器开展了状态评价，并对评价结果进行了汇总分析。5月至6月，电科院就设备状态评价试点情况与试点供电局反馈交流，并按照南方电网公司状态检修实施方案对辅助决策系统的业务评价流程进行了调整。

（2）开展状态检修培训。广西电网公司于5月31日至6月2日、6月8日至6月10日，在南宁开办了两期状态检修培训班，电力科学研究院派技术人员全程参与培训指导。培训内容包括：①广西电网公司状态检修工作的精神和近期工作安排；②《南方电网公司状态检修管理办法》、《南方电网公司2011年输变电设备状态检修工作实施方案》；③Q/CSG 11099-2010《110千伏～500千伏SF6断路器状态评价导则》、Q/CSG 11001-2010 《110千伏～500千伏油浸式电力变压器（电抗器）状态评价导则；④设备状态量的录入、“辅助决策系统”理论及实操培训等。

（3）深入供电局进行定期状态评价工作技术指导。在设备状态评价工作开展过程中，电力科学研究院派技术人员到供电局进行实地技术指导工作，确保广西电网公司各供电局于8月31日前完成110千伏及以上变压器、断路器状态评价工作。

二、开展对广西电网老、旧变压器开展安全经济性评价

广西电网现阶段110千伏及以上电压等级的变压器共计492台，运行15年及以上的有80台，占到总数的16.26%；在这80台变压器中，运行年限超过20年的有15台，另外还有65台是介于15～20年的。与当前新型的变压器相比，这些役龄超过15年的变压器由于运行年限较长，空载损耗大，老化和渗漏情况较严重，一方面容易造成环境污染，增大电网损耗，另一方面由于其电压等级较高，也给广西电网的安全稳定运行带来了较大的潜在隐患，电网可靠性的风险在不断加大。

为了提高这类役龄较长变压器的供电可靠性，更好地保障电网的安全、稳定、经济运行，实现这一类变压器运行安全隐患与运行经济性能的分析，更好的指导这类变压器设备的更换、改造、检修与试验等工作。广西电网电力科学研究院负责组织对广西电网下属的80台运行15年及以上变压器进行安全经济性评价。提出了变压器状态评价、风险评估及经济性分析辅助决策的算法和模型。通过运用变压器状态评价和风险评估技术，分别从安全性和经济性的角度对变压器大修、改造或更换所能产生的效果进行综合分析，模拟技改评估结果，提供变压器未来最佳更换时期，实现对老旧变压器的最优化管理。具体研究内容如下：

1．变压器安全性和经济性分析决定性原始参数的研究

由于设备运行、维护、管理等存在时间和空间的差异性，不同时期及不同电力部门在对同一类设备的试验项目、数据获取、数据管理等各方面均存在一定差异。因此，需要对所评估的设备进行深入的调研，制定影响变压器安全和经济性运行的相关信息。

2．变压器评估所需数据的收集、审核和量化

对变压器进行完整的安全性和经济性分析涉及诸多数据项目，因此，需要合理整合各个资源，最大程度的保证数据收集的完整性、准确性及方便性。此外，对搜集信息的数字量化同样需要制定严格、科学且具有实际操作性的量化标准。

3．变压器安全性分析模型的研究

依据设备老化原理、特征状态量诊断技术并综合设备运行管理中所掌握的各种实际经验，建立适用于老旧变压器的安全性分析模型，得出表征设备所处安全状态的健康指数和故障发生概率。

4．变压器经济型分析模型的研究

在安全性分析模型的基础上，对变压器运行潜在的故障类别、故障后果以及新老变压器在损耗方面的差异性，分析变压器运行的经济性，并进行量化。

5．投资策略模型研究

综合安全性和经济性分析结果，制定同时考虑安全性和经济性分析的变压器投资策略，为变压器的优化投资提供科学的指导依据。

通过本课题的研究，广西电网公司电力科学研究院提出了变压器健康状态分析所需原始数据的定量标准，为设备评估所需数据的准确采集和客观量化奠定了良好基础，同时也为研究成果的快速普及提供了有利条件；实现了变压器老化原理及特征状态量诊断技术到设备健康状态的工程化应用，得出了量化的变压器健康指数；根据理论计算的设备故障发生概率与实际统计的设备故障率之间的模型和参数匹配，得出了针对变压器未来故障发生概率的计算模型，实现了对变压器未来故障发生概率的预测；基于变压器状态评估结果，通过对故障后果类别和故障后果的定量分析，实现了变压器风险值的定量评估，为经济性分析和投资策略的制定提供了技术基础；基于NPV分析方法，结合变压器的状态、风险评估结果，以及各典型变压器的损耗水平，实现了变压器未来投资经济性模型的研究。为广西电网老旧变压器在未来一段时间内的规划管理提供了极具科学性的指导策略，有效的提高资金规划的合理性和经济效益。

三、开展广西电网电力设备全寿命周期管理可行性研究

广西电网输变电设备数量多、品种杂、分布广、变动多，管理起来非常困难，而且管理手段和方式各地方不一致。长期以来，在每年例行的资产清查盘点中都会清理出一大批有物无账或有账无物的资产。为解决这问题，近年来广西电网公司陆续开展了清产核资、资产清理处置等专项工作，投入了大量人力物力。但是，目前取得的成效与精益化管理的要求还有较大差距，无法适应现代化企业管理的需要。

结合广西电网现行设备管理方式和现有基础，广西电网公司电力科学研究院深入分析比较与国内外设备管理先进水平的差距，从技术、管理、可操作性层面提出分析比较报告和改进建议，提出了在广西电网开展设备全寿命周期管理的总体初步设想和方案，制定试点单位设备全寿命周期管理试点工作的总体思路。设备全生命周期成本LCC（life cycle cost）管理是通过引入先进的理念，解决传统管理模式下设备管理各阶段被人为割裂的问题，实现对设备系统化、动态化的统筹管理，同时在确保安全性、可靠性的前提下，使设备全生命周期成本最低，实现企业整体效益的优化。针对广西电网的实际需要，提出构建输变电设备全生命周期成本的模型，对运行维护工作进行评估，对设备进行管理，在此基础上进一步建立优化的设备投资策略模型，以此改进企业管理和业务流程，指导企业有效开展管理和生产活动。为了保证以上目标的实现，拟建立一套行之有效的信息系统，记录和跟踪设备全生命周期信息。该系统不仅实现设备“账、卡、物”的一致，而且为设备运行状况积累历史数据。根据历史数据反映的情况，可以实现设备成本估算模型中参数的动态调整，不断优化设备投资策略。

四、修订“变电设备标准缺陷知识库”

根据广西电网输变电设备“缺陷定级标准”、“缺陷部位规范”、“缺陷类别规范”、“缺陷原因规范”，补充、修订现有标准缺陷知识库中缺陷部位、缺陷类别细分、缺陷表象描述、缺陷原因、处理措施、广西缺陷等级及设备状态等级，规范了缺陷流程。

输变电设备的状态检修已经成为电力系统的热点问题，但目前国内外尚未形成完善的比较适合电网企业的状态检修理论体系，对设备状态的正确细分和及时检测、故障机理的全面掌握、剩余寿命的准确预测、风险的合理评价、检修计划的科学安排都需要通过不断地深化应用、总结经验、学习国内外最新研究成果、开展科学的研究和探讨、加强状态检修的工作管理来完善，因此，完善状态检修工作是一个持续改进、努力超越现有技术、追求卓越成果的过程。