基于大数据电网设备取消停电状态检修可行性分析

山西裕欧优建设工程有限公司 张世根

停电例行试验数据属于评价电网设备状态的重要依据，而由于停电试验周期较长，数据的实时性有限，难以有效反映设备最新的运行状态，也限制了对设备故障的预判和检修策略的制定。随着信息技术的快速发展，不停电监测技术应运而生，相比周期性停电例行试验的方式，能够更加有效地发现设备潜伏性缺陷，降低故障的发生率，对电网的安全运行大有裨益。因此，深入研究电网设备差异化状态对检修新模式具有重要意义，妥善应用不停电检测技术，提高电网设备的检修水平。

1 电网设备检修方式

1.1 故障维修方式

以被动性为主要特征，只有在电网设备功能无法正常实现或出现故障后才组织维修，故障的影响范围大，持续时间长[1]。

1.2 定期检修方式

以电网设备运行数据及老化理论为主要的依据，提前确定检修项目，准备检修工作需要的材料和设备，按照特定的周期开展检修活动。

1.3 状态检修方式

以主动性为主要特征，根据电网设备以往和当前的运行状态较为准确地预测未来的发展趋势，根据预测结果制定检修计划，确定各时间段需要检修的内容和方式，使设备始终维持良好的运行状态，力争降低设备的故障率。

2 输电设备故障率与检修策略的关系

电网设备经过长时间运行后，零配件逐步老化，故障率提高，若推行状态检修方式，能够通过预防性检修手段在源头上保障设备的稳定运行。通过公式（1）、公式（2），反映故障率与检修策略的关系。

式中：K0（l）、Kj（l）分别为输电设备I 的初始故障率、j时段的故障率；yl，t为表征检修状态的变量，未检修取0，检修取1；J为故障率曲线的分段数。

3 电网设备取消停电状态检修可行性分析

3.1 定量分析

异常事件：电网设备故障、缺陷和潜伏性隐患的总和。

盲检事件：运维技术未发现故障的隐患从而引起的故障，具体分为固有盲检率(Mg)和过程盲检率(Mc)两项指标，各自的计算方式如下。

原盲检事件数量扣除带电检测可提前发现盲检事件数量后的结果则为优化后盲检事件数量。若取消常规的停电例行试验，取而代之的是先进的带电检测技术，则此时的优化盲检率(My)可按公式（5）计算：

检出效率（J）：

3.2 方案分析

在采集电网设备运行数据后，分析设备的故障及缺陷，其中缺陷细分为严重和危急两类，确定各自的检出方式、状态量，计算不同方式下的检出效率，对比分析在采取停电例行试验、计算巡视等方法后各自的计算结果，分析带电检测技术检出特性；以电网设备特定周期内的运行数据为支撑，筛选盲检事件，按照上述提及的公式（3）、公式 （4）、公式（5），分别计算Mg、Mc、My的值，评价差异化状态检修、取消停电例行试验的可行性。

3.3 数据分析

以某在运开关柜设备为例，研究数据选取近10年的故障和缺陷数据，做如下分析。

3.3.1 缺陷分析

调查资料显示，该开关柜共计838项缺陷数据，缺陷统计结果如图1所示。主要缺陷类型如下。

图1 缺陷统计结果

第一，二次部分缺陷：二次模块某些功能失效；二次回路断线等[2]。第二，机械传动卡涩：操动机构动作卡滞；弹簧机构无法储能；行程曲线不达标等。第三，柜体变形：柜体板变形；断路器手车轨道变形及沉降；金属固定部件受损。第四，绝缘问题：绝缘电阻超出许可范围。第五，发热异常：断口插接、母线搭接处温度异常；回路电阻异常升高，超出合理范围。第六，指示器失灵：特定状态下对应的指示灯无法正常亮起；指示错误；显示器不亮等。第七，其他缺陷：巡检项目异常；异物侵入等。

其中开关柜缺陷的方式有巡视、停电试验、带电检测3种，各自发现的缺陷数量为422条、298条、119条，分别占总量的50.3%、35.5%、14.2%，其中巡视的方式能够发现的缺陷数量最多。

3.3.2 故障分析

调查资料显示，该开关柜共存在46次故障，统计结果如图2所示。结合图中信息可知：开关柜的故障类型主要包含绝缘击穿、发热超标、机械传动故障，发生次数分别为25次、6次、5次，占故障总量的比例分别为55.2%、13.1%、10.9%；此外，还存在二次回路老化断线及其他形式的故障，统一归纳为其他故障，共计38次，占故障总量的20.8%。

图2 故障类型统计

3.4 状态参量优化

开关柜状态量共计69个，将上述提出的缺陷信息与之对应，计算各缺陷获取方式的检出效率，根据计算结果评估各方式的可行性，具有检出效率高则缺陷获取方式更加可行的规律，据此进一步得出状态量发生频率高的特点。经过对比分析发现，开关柜缺陷检出效率最低的是停电试验，为3.2万次/万工时，较高的是巡视和带电检测两种，分别具有8.2次/万工时和7.8次/万工时的检出效率。综合考虑各缺陷获取方式的检出效率后，总结需要重点关注的开关柜状态量分别为柜体、断路器和隔离开关三部分，共计11个，具体项目及数据，见表1。

表1 重点关注状态量情况

除了表1中提及的11个重点关注状态量外，还应考虑开关柜故障事件和运维情况，在该基础上进一步提出9个需重点分析的状态量，做该补充的原因在于这9个状态量将直接影响开关柜的运行安全。经过汇总，柜体、断路器、隔离接地开关组成的开关柜共计20个关键状态量，在共计838项缺陷信息中，对应检出缺陷的占比达到95.8%（803条），通过此部分信息反映的开关柜运行状态具有较好的真实性。

3.5 取消停电例行试验可行性分析

经过上述研究确定开关柜的20个关键状态量后，从中筛选出只能依靠停电试验方式获取的部分，优化替代方式及替代项目，进行取消停电例行试验的可行性分析，计算此时的盲检率，并与当前及优化后的盲检率做对比分析，通过数据验证了取消停电试验方式的可行性。除了考虑技术操作因素外，还从安全性和经济性两个方面做可行性评估，研究认为取消停电试验方式的意义在于节约运维成本、保护人员的人身安全，总体来看可行性较好。

3.5.1 停电例行试验项目替代有效性分析

以停电例行试验为例，此方式在实际应用中存在资源投入多、检出效率低的弊端，随着带电检测技术的持续进步，提出取消停电例行试验的设想，在有效检出关键状态量的前提下，用其他方式替代该方式，见表2。

表2 停电例行试验项目替代方式

3.5.2 盲检率

开关柜缺陷838项，故障46次，则：Mg=(盲检事件/异常事件)×100%=5.2%。

带电检测方式可提前发现20次故障，并且在采取处理措施后将消除此部分故障引起的风险，则：Mc=（优化盲检事件数量/异常事件）×100%=2.9%。

在该开关柜的838项缺陷中，有19条缺陷仅能采用停电例行试验的方式发现，具体指的是二次装置试验不合格、五防性能检查不合格等，受此限制，这19条缺陷可能发展为故障，根据上述式（5）进行计算，得My=5.1%。

按照本文的思路，取消停电例行试验，取而代之的是现阶段业内较为主流的在线监测、补充带电检测等技术，则优化盲检率My由原本的5.2%变为5.1%，虽然该指标有所变化，但幅度较小，可视为基本持平，验证了该试验的可行性。

4 结语

综上所述，虽然部分状态量及其异常事件仅能够采用停电例行试验的方式确定，但从现实数据计算结果及对比情况来看，优化后的盲检率由5.2%变为5.1%，两者基本持平，验证了改进方案的可行性，即不再进行停电例行试验，而是采用业内较为前沿的不停电检测技术，按照此优化后的模式进行状态检修后，既能够满足高精度的检修要求，又可节约状态检修的资源消耗，主动规避安全隐患，具有可行性。