变电站110 kV系统供电安全评价与研究

张 茜，王亚文，刘 超

（山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032）

变电站110 kV系统供电安全评价与研究

张 茜，王亚文，刘 超

（山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032）

通过对某变电站110 kV子系统的南风线进行事故树分析，得出安全评价结果，并依据评价结果对该变电站110 kV子系统提出客观合理的安全对策措施，为变电站的安全运行提供依据和参考。

停电事故；最小径集；最小割集；事故树分析

0 引言

变电站作为电网的重要组成部分，它的安全运行关系到整个电网的安全稳定，是电力生产过程中的关键。所以对变电站进行安全评价就显得至关重要。安全性评价作为供电企业实现安全生产的三种有效途径之一，对辩识和消除事故的直接原因能起到非常重要的作用。

1 事故树分析方法

事故树分析是利用事故树对事故进行预测的方法，是安全系统工程中最重要的分析方法之一，是按照演绎的原理对事故进行定性和定量分析。定性分析包括最小割（径）集的求取和重要度分析。最小割集是顶上事件发生的最低限度基本事件的集合（用于事故分析，对应有事故树）；最小径集是顶上事件发生所必须的最低限度的基本事件的集合（用于安全分析，对应有成功树）。定量分析主要求取顶上事件的发生概率。在事故树分析中，最小割（径）集占有非常重要的地位，熟练掌握并灵活运用最小割集和最小径集，能使系统事故分析达到事半功倍的效果[1]。

事故树分析方法不仅能对导致停电事故的各种因素及逻辑关系做出全面阐述，而且利用该方法可找出行之有效的预防措施，并为防止该类事故的发生提供科学、可信的参考依据。

2 110 kV系统

110 kV为双母并列带旁母，主接线图见图1。断路器14台，141、142、143、144、145、146、147、148、150、106、102、104、149、140，出线10回，144三苗线、145三平I回线、146三解线、147三安线、148家北线、149三北线、104南风线、102张金线，143三夏线，106三平II回线采用距离、零序保护。

母联140开关并列南北母运行，141、143、145、147、149上北母运行；142、144、146、148、102、104、106上南母运行。150、110 kV旁母冷备，1410刀闸在合位，1420刀闸在断位。

3 系统事故树评价

110 kV系统上有南风线、三解线等10条出线，为了研究110 kV系统的安全性，本文仅对110 kV系统的104南风线进行事故树评价。

顶事件定义：104南风线停电。

系统功能：1号主变压器通过141开关向110 kV北母供电，2号主变压器通过142开关向110 kV南母供电，母联140开关并列南、北母运行，南母通过104开关向南风线供电。

图1 110 kV系统主接线示意图

边界定义：电源侧的边界设立在2号主变压器中压侧开关142和母联140开关，用户侧的边界设在各110 kV出线的开关如142、144、146、148、102、104、106等的线路侧，其他110 kV北母上的设备均在边界内；单台变压器容量不能单独供应110 kV母线上的各条出线；不考虑人员误操作；高压室已做好严防小动物措施，各穿墙套管正常运行，所以不考虑母线故障；各项规程、制度正常执行。

系统运行特性：1号、2号主变压器在运行中，母联140开关并列南北母运行，141、143、145、147、149 上北母运行；142、144、146、148、102、104、106上南母运行。150、110 kV旁母冷备，1410刀闸在合位，1420刀闸在断位。由南母向系统内各条出线供电，包括南风线。所有110 kV开关由线路保护和母线保护装置控制；母线上的电压互感器无开关，用隔离开关与母线相连。

故障反应模式有以下几种。

a）104南风线线路故障，104开关跳闸，南风线停电；104开关可能误跳闸，造成南风线停电；104南风线线路遭受雷击，104开关跳闸，南风线停电。

b）南母上的其他出线有需要跳闸的故障时，以146三解线为例，146三解线线路故障，146开关拒动，142、140开关跳闸，南母失压，失去电源，南风线停电；104南风线线路故障，线路保护动作，104开关拒动，2号主变压器后备保护动作，142、140开关跳闸，南母失压，南风线停电。

c）110 kV南母线故障（包括母线PT故障、母线遭受雷击等情况），南母上所有开关跳闸，南母失压，失去电源，南风线停电；140，142开关可能误跳闸，两个开关全部跳闸则南母失压，失去电源，南风线停电；110 kV南母线故障，母线保护动作，南母上所有开关跳闸，南母失压，南风线停电。

104 南风线停电事故树见图2，104、146线路故障事故树见图3。

图2 104南风线停电事故树

图3 104和146线路故障事故树

4 事故树定性和定量分析

4.1 用布尔代数法求事故树的最小割集

用布尔代数法求事故树的最小割集[3]

由式（1）展开，可得到最小割集数目是21个，见表1。从最小割集数目上分析，说明导致南风线停电事故有21种可能途径，这充分说明了停电事故的可能性和危险性比较大。

4.2 用布尔代数法求事故树的最小径集

用布尔代数法求事故树的最小径集

由式（2）展开，可得到9个最小径集，见表1。

4.3 割集重要度

设某一事故树有k个最小割集，每个最小割集记作Gr（r=1，2，…，k），则1/k表示单位最小割集的重要系数；第r个最小割集Gr中含有mr个基本事件，则1/mr（Xi∈Gr）表示基本事件Xi的单位割集重要系数[2]。

根据以上计算结果，可得到各基本事件割集重要度，见表1。

表1 104南风线停电事故的最小割集和最小径集及割集重要度

5 南风线停电事故事故树评价结果

a）由事故树可见，或门个数占60%之多，说明影响南风线停电的因素比较多。

b）由于最小割集个数有21个，表明有21种的“可能途径”会导致停电事故，说明整个系统的危险性较大。当任一最小割集Gi中的全部基本事件发生，则南风线停电事故就会发生。在一个最小割集Gi中，如果基本事件越多，则同时发生的几率就越小，发生事故就较难。反之，若同时发生的几率较大，就更容易发生事故。

c）从基本事件割集重要度排序看，基本事件X4，X5，X6，X7对顶事件的影响最大，即由于外力破坏引起线路故障，由于绝缘击穿引起线路故障，由于线路短线引起线路故障，由于铁塔倒塌引起线路故障四个事件的割集重要度排首位，充分说明这四个因素是引起三家庄南风线停电事故的重要原因；基本事件X3，X12，X13对顶事件的影响次之，即146保护失效，104开关机械故障，跳闸线圈故障三个事件；基本事件X1，X2，X14对顶事件的影响再次之，即PT故障，南母线故障，104误跳闸三个事件；基本事件X8，X9，X10，X11对顶事件的影响最小，即南母线遭受雷击，避雷器保护失效，140开关误跳闸，142开关误跳闸四个事件。

d）最小径集个数仅9个，说明控制三家庄南风线停电事故的途径较少，整个系统的安全性较差。

e）一般情况下，控制小容量最小径集的基本事件，是最经济、最有效的控制顶上事件发生的措施。因此，预防停电事故的经济、有效措施应从避免事件X4，X5，X6，X7的发生入手。

6 110 kV系统停电事故树评价结果

应用事故树法对110 kV系统进行了评价，并对评价结果进行了分析。对110 kV系统的104南风线进行事故树评价。建立了104南风线停电事故树，并通过求取最小割集、最小径集和割集重要度分析确定了外力破坏、绝缘击穿、线路短线、铁塔倒塌这四个因素是引起104南风线停电的重要原因。此事故树评价可用于110 kV系统各条出线，预判引起线路停电事故的薄弱环节。

7 110 kV系统的安全措施

根据定性结果，有9种组合能避免南风线停电事故的发生。根据该站的实际情况，应该着重提高110 kV保护系统的可靠性，并主要从防止南风线运行故障、重点减少三解线所代表的110 kV出线如三解线的故障、保证PT的安全运行等多个方面着手，降低南风线停电的可能性。

为在有限的时间内最大限度地提高保供电的可靠性，建议采取以下措施。

a）首先对各条出线线路进行检查，看是否存在由于外力破坏、绝缘击穿、线路短线、铁塔倒塌等因素引起线路故障，如果存在此种情况，建议立即采取措施，进行维修保护，降低故障率。

b）检查和试验PT，重点确保使用合格的高压熔断丝。

c）密切注意并随时准备再次检修104开关、保护装置、线路和线路上的设备；密切注意并随时准备再次检修140，142开关和保护装置；密切注意并随时准备再次检修南母线线路和保护装置。

d）检查避雷器是否合格，注意保护和检修。

8 结束语

应用事故树法对110 kV系统进行了评价，可以预先避免由于薄弱环节引起的线路故障。起到预先防止停电事故的作用。故障树定量分析数学模型可以应用于110 kV系统所有出线的判断，为有效地控制事故的发生提供重要依据。

［1］ 傅子明.西南变电站的安全性评价研究［D］.广州:华南理工大学，2005:8-10.

［2］ 赵耀江，张俭让.安全评价理论与方法［M］.西安：煤炭工业出版社，2007:57-99.

［3］ G.C.Stone．Partial discharge-part V II:partial techniques for measuring PD in operating equi pment［J］．IEEE Electrical I nsulation Magazine，1991（7）:20-23.

Study and Safety Evaluation on Power Supply of 110 kV Substation

ZHANG Qian，WANG Ya-wen，LIU Chao
（Maintenance Com pany of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030032，China）

This paper uses the fault tree to analyze 110 kV subsystem.Based on the analysis,the safety evaluation results are obtained,and safetymeasures for the subsystem are proposed objectively and reasonably，which provides basis and reference for the safe operation.

power outage；minimal radius set；minimum cut set；fault tree analysis

TM732

A

1671-0320（2012）04-0029-04

2012-02-27，

2012-06-25

张 茜（1987-），女，山西运城人，2009年毕业于西安科技大学安全工程专业，助理工程师，从事电力安全评价方面的工作；

王亚文（1983-），男，山西大同人，2007年毕业于华北电力大学电力系统专业，助理工程师，从事电力系统继电保护方面的工作；

刘 超（1986-），女，山西灵石人，2007年毕业于太原理工大学通信系统专业，助理工程师，从事电力通信方面的工作。