基于不停电检测与停电试验的检修策略优化模型

杨超，张霖

(贵阳供电局，贵州 贵阳 550002)

1 引言

我国电网设备的检修方式先后经历了故障后检修、定期检修和设备状态检修三个阶段。状态检修的重点是真实的掌握设备的运行状态数据，根据设备的运行状态数据分析制定检修计划，进而实施相关的检修、试验工作。将设备检修工作管理的工作重心由检修转移到管理上来，做到“应修必修，修必修好”[1]。

采用不停电检测和停电试验数据评估和诊断得到的设备故障诊断和状态评估结果与设备实际状况存在误差，制定的检修策略会与设备最合适的检修策略存在差异。良好的状态检修策略应能够兼顾可靠性和经济性。通过分析和量化不停电检测和停电试验下检修策略对设备风险和经济性的影响，确定最佳的设备检测方案和维修策略[2]。

2 主要思路

不停电检测试验为主的检修方案确定主要流程如图1所示，关键步骤如下：

图1 不停电测试试验为主的检修方案制定总体思路

(1)构建基于不停电检测和停电试验检测策略经济性量化评估模型，确定设备在停电试验下获取的参量以及不停电检测获取的参量，计算设备的停电试验参量获取成本以及不停电检测参量获取成本。

(2)构建基于不停电检测和停电试验检测策略风险量化评估模型，计算计及不停电检测和停电试验获取状态量的盲检率的风险分析。

(3)根据在两种检测方式下获取的参量值，计算设备状态并结合检修导则确定设备的实际检修方式，得到相应检修方式下的检修费用及风险量化值。构建计及检测和检修下的检修策略优化模型，并以总指标最优确定最佳检修方式。

3 基于不停电检测和停电试验的检测策略经济性量化评估模型

3.1 经济性量化评估模型构建

目前，针对各类设备的检修策略制定大多集中于维修方式及时间的优化，却没有考虑检测状态量时仍对电网存在影响。变压器等各类设备结构庞大且复杂，相关状态量众多。因此需要制定基于不停电检测还是停电试验检测的检测方式获取状态量[3]。

设备状态量获取时需要进行相关的成本分析，进而确保检修策略的经济性，降低设备维护成本。设有m类停电试验状态量和n类不停电检测状态量，则两种检测方式下的检测策略经济性量化评估模型如下：

(1)

式中：LJ1为停电试验下的状态量获取成本，f11(i)为第i类状态量的试验费用，f12(i)为第i类状态量试验的试验设备或器材费用，f13(i)为第i类状态量的试验人工费用。

(2)

式中：LJ2为不停电检测下的状态量获取成本，f21(i)第i类状态量的基本费用，f22(i)为第i类状态量的在线或带电检测装置费用，f23(i)为检测第i类状态量的人工费用。

3.2 停电试验下状态量获取费用量化分析

停电试验下状态量获取所需费用主要包含三个部分，即试验费用、试验设备或器材费用和试验人工费用。

(1)试验费用f11

通常试验费用指在试验时进行试验所耗用的材料和化学药品等费用，同时还包括运送试验数据的运输费用，保障试验数据不受损的保护费等，可经过统计分析获得。

(2)试验设备或器材费用f12

在停电试验中，需要购买一些特定的检测装置检测状态量，相应费用即为试验设备费。

(3)

式中，f12(i)为第i类状态量试验的试验设备或器材费用，Csi为检测第i类状态量的设备费用，ns为经统计分析得到的该类设备在使用寿命期间所能使用的总次数。

(3)试验人工费用f13

在停电试验中，获取相应设备的状态量需要人工进行获取。人工费用即为员工获取状态量时所获得的报酬，以工作时长进行计算。

f13(i)=c1×ts

(4)

式中，f13(i)为第i类状态量的试验人工费用，c1为工作人员在一个工作日下的平均劳动单价，ts为停电试验下获取设备状态量所耗费的工作时长。

3.3 不停电检测下状态量获取费用量化分析

不停电检测下状态量获取所需费用主要包含三个部分，即基本费用、在线或带电检查装置费用和人工费。

(1)基本费用f21

不停电检测的基本费用指在线监测设备的基本维护费用。

(2)试验设备或器材费用f22

为了实时关注设备的运行状态，需要购买相应的状态监测装置对设备进行在线监测，从而诊断出那些隐藏的缺陷。故购买状态监测装置的费用为状态监测装置购置费，其计算式如下所示。

(5)

式中，f22(i)为第i类状态量的在线或带电检测装置费用；Cbi为检测第i类状态量的在线监测设备或带电设备费用；nb为经统计分析得到的该类设备在使用寿命期间所能使用的总次数。

对于在线检测而言，nb可由在线检测装置的全寿命Tbi与采集频率fbi确定。

(6)

对于带电检测而言，nb可由带电检查装置的总费用Cdi与统计分析得到的该类设备在使用寿命期间所能使用的总次数ndi确定。

(7)

(3)人工费用f23

在不停电检测中，利用带电检测技术获取相应设备的状态量需要人工进行获取，利用在线检测技术获取的状态量需要人工进行处理。故人工费用即为员工获取状态量时所获得的报酬，以工作时长进行计算。

f23(i)=c1×tb

(8)

式中，f13(i)为第i类状态量的试验人工费用；c1为工作人员在一个工作日下的平均劳动单价；tb为停电试验下获取设备状态量所耗费的工作时长。

4 基于不停电检测和停电试验的检测策略风险量化评估模型

4.1 风险量化评估模型构建

在电网运行过程中，除了降低经济运行成本，最重要的还是要保障电网的可靠运行。当设备进行停电试验时，一般而言是会提前进行计划停电，故电网能通过切换把负荷转移到其他变电站，基本不会造成损失电网运行风险，但仍会加重整个变电站或者其它变电站的运行负担；当设备存在异常而未能检测出来引起非计划停运事故发生时，同样也会增加电网运行风险。因此采用检修损失来量化风险[4]。

其中停电试验下设备状态量获取风险量化计算主要分为两部分，一部分是设备在停电下获取状态量时会对整个电网运行造成风险；另外一部分是通过停电试验获取的状态量因盲检率的存在可能无法反映变压器真实的故障状态，导致变压器未能及时维修而引发突发性故障。不停电检测下设备状态量获取风险量化计算主要包含通过不停电检测状态量因盲检率的存在可能无法反映变压器真实的故障状态，导致变压器未能及时维修而引发突发性故障。两种检测方式下检测损失风险量化如下所示。

RJ1=(tg·c·Pg+Cg)·H1+t1t·Ct

(9)

RJ2=(tg·Pg·c+Cg)·H2

(10)

式中：RJ1为停电试验条件下的检测风险值；

H1为设备在停电试验下的盲检率，由贵阳局提供的统计分析数据获取；

tg为获取状态量时因盲检而造成设备突发故障到紧急抢修后恢复供电的停电时间，它不等于设备检修时间，可由统计分析数据获得；

Pg为设备停运后引起的停电功率，在这里指的是设备在突发故障前所承担的实际运行功率，由实际情况进行具体分析；

c为单位停电损失费用，通过基于国内生产总值(GDP)的计算方法得到单位停电损失费用为1.15万元/MW·h；

Cg为故障后设备修复费用，一般取设备购置费的3%，也可根据实际情况下类似故障的修复费用统计分析结果获得；

t1t为停电试验获取各类设备状态量的所需时间；

Ct为停电试验期间产生的单位售电利润损失费用；

RJ2为基于不停电检测下的检测风险值；

H2为设备在不停电检测下的盲检率，由统计分析数据获取；

4.2 盲检率分析

盲检率为一次设备发生停运或者损坏事故却未能通过任何手段发现，即未能通过各种状态量检出，直接导致设备停运或者损坏。设备盲检率的定义为：

(11)

对各类设备样本缺陷数据库进行统计分析，总结得到各类设备的盲检率如表1所示。

表1 各类设备盲检率统计

4.3 停电试验下状态量获取时间分析

停电试验下状态量获取时间指的是将电力设备进行停电处理期间获取能够反映设备运行状态的状态量的时间[5]。结合近年来的各类设备检测试验工作量统计情况，统计分析得到各类设备在一次停电试验获取状态量下所耗费时间如表2所示。

表2 各类设备停电试验工作量统计

4.4 停电试验期间售电损失费用计算

为简化模型且停电期间因中断供应给电力企业造成的电费损失占总损失比重最大，故本文主要计及电力企业向所在辖区各行业用户缺供电而造成的电费损失[6]。

需要考虑备用设备的故障率对整个电网安全运行的影响，则停电试验期间售电损失费用可用下式计算得到。

Ct=Pg×c×β

(12)

式中，Ct为停电试验期间产生的单位售电利润损失费用；Pg为设备停运后引起的停电功率，在这里指的是设备在突发故障前所承担的实际运行功率，由实际情况进行具体分析，单位：MW；c为单位停电损失费用，通过基于国内生产总值(GDP)的计算方法得到单位停电损失费用为1.15万元/MW.h；β为备用设备的故障率。

5 实例分析

5.1 变压器检修策略

(1)基本数据

图2为某220kV变电站电气接线示意图。三台变压器并联运行，#1和#2主变型号为SFPSZ7-120000/220，#3主变型号为SFSZ10-180000/220，负荷年平均功率因数为0.8，该变电站的年平均负荷水平维持在400MW左右。运维检修部门对#1主变开展日常巡维工作，通过不停电检测和停电试验手段得到的主要巡检结果和对应检修策略如表3所示。

图2 变电站接线示意图

(2)停电试验下状态量获取综合费用分析

①停电试验下检测综合费用计算

变压器基于停电试验和不停电检测获得的状态量主要如表4所示。

表4 待检设备异常状态量检测情况

由表4得，变压器停电条件下可获取的状态量主要有16项。根据相应统计数据，代入各表达式进行计算，各项费用及费用和如表5所示。

表4 变压器不停电检测和停电试验检测状态量

由表5可得，每类状态量的检测获取成本包含试验费、人工费以及检测装置费用，经计算得到停电试验下变压器状态获取成本综合LJ1为7.45万元。

表5 停电试验下变压器状态获取成本详细结果(元)

停电试验下变压器处于注意状态，则不需要对变压器进行相应检修。而考虑盲检率的影响，变压器有可能在后续运行中出现紧急故障。由统计数据得，变压器停电试验的盲检率为9.63%，变压器的平均事故修复时间一般取24h，变压器单次故障修复费用为80万元，单次状态量获取所耗时间为24小时，单位停电损失1.15万元/MW·h，本站备用设备的故障率为0.01。为简化分析，本文假定除1号主变的其他设备故障概率均为0，则因该台变压器故障而损失的负荷为80MW。代入(9)计算可得停电试验下的检测策略风险。

故停电试验下检测综合费用如下：

CJ1=LJ1+RJ1=7.45+242.4144=249.8644(万元)

②停电试验下维修综合费用计算

由于在该检测手段下变压器处于注意状态，则不需要对变压器进行相应检修，即CW1为0万元。但需要加强巡检力度以防事故发生。

③停电检修策略策略综合分析

故基于停电试验下的检修策略综合费用为：

S1=CJ1+CW1=249.8644+0=249.8644(万元)

(3)不停电检测下的检修综合费用分析

①不停电检测下检测综合费用计算

不停电检测下变压器状态量获取成本计算

变压器在不停电条件下可获取的状态量主要有6项，根据相应统计数据，代入各表达式进行计算。各项费用及费用和如表6所示。

表6 不停电检测下变压器状态获取成本详细结果(元)

由上表可得，不停电检测状态量一共包括6类，分别为油色谱分析、局部放电、热点温度、铁芯接地电流、套管介质损耗因素和变压器振动情况。每类状态量的检测获取成本主要包括基本费用、监测设备费用和人工费用，经计算得到不停电检测下变压器状态获取成本综合LJ2为0.473万元。

由于基于不停电检测下得到的变压器状态为异常状态，故需要进行检修使得变压器恢复正常。为简化分析，这里假定检修后设备完全正常运行，则不需要考虑因盲检率而造成变压器发生紧急故障所带来的检修损失，则RJ2为0元。

故不停电检测下检测综合费用如下：

CJ2=LJ2+RJ2=0.473+0=0.473(万元)

②不停电检测下维修综合费用计算

由于在该检测手段下变压器套管处于异常状态，则需要尽快停电进行B类检修，检修费用LW2为10万元。

B类检修下其检修周期为10天，因该台变压器检修而损失的负荷为80MW，代入式(10)计算可得不停电检测方式下维修风险费用如下所示。

故不停电检测下维修综合费用如下所示。

CW2=LW2+RW2=10+220.8=230.8(万元)

③不停电检测策略综合分析

则不停电检测下检修策略综合费用为：

S2=CJ2+CW2=0.473+230.8=231.273(万元)

(4)检修策略优化分析

经计算比较不停电检测下的检修费用S2优于基于停电试验的检修费用S1，各项费用结果如表7所示。

表7 两种检测方式下各项费用明细(万元)

分析表明，由停电试验下的评估结果所得检修策略为继续运行，尽管避免了维修的费用和风险，但因盲检而可能造成的故障损失巨大，使得电网无法可靠经济运行；而由不停电检测方式下的评估结果所得检修策略为进行B类检修，虽然增加了维修的费用和风险，但可消除因盲检而造成的故障损失，保障了电网的安全可靠经济运行。故选用以不停电检测为主的检修策略。

6 结论

本文建立了基于不停电检测和停电试验检测策略经济性量化评估模型和风险量化模型以及计及检测和检修下的检修策略优化模型，实现了以不停电为主的检修策略制定。实例分析表明，本方法具有较高的适用性。