配电网主型设备全寿命周期风险管理三维模型

赵晨晨 董 雪

(国网新源控股有限公司技术中心，北京 100071)

0 引言

我国经济的快速发展对电力供应的安全性和可靠性提出了更高的要求，而配电网直接联系用户，其线路及设备的安全运行对提供优质可靠电能的重要性日益显现。我国配电网主型设备包括变压器、断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、配电线路等，具有新技术使用频繁、维修成本高、不易精细维护等特点，目前对其管理大都采取人工管理模式，而人工管理模式只能以配电变压器台数为分区，对每个台区单位内的低压设备分类进行统计、汇总和管理，很难对每一个具体的设备进行管理，更难实现对具体设备的快速定位和查询，因此无法保证设备的安全稳定运行。全寿命周期风险管理可以用科学的模型和方法对配电网主型设备进行管理，减少设备故障带来的安全风险和经济损失，不仅确保配电网和电力系统的稳定性，而且有助于实现智能配电网设备的可视化管理。

目前，一些国内外的专家学者已经对电网设备的管理进行了相关的研究，如文献研究了考虑配电网设备LCC包含初始投资成本、运行维护成本、设备残余成本并计及设备风险成本的全寿命周期风险管理方案；文献进行了电网设备全寿命周期成本分析；文献从设备状态的分析和评估方法、设备剩余寿命的估计等角度对电网设备风险管理技术进行了研究。而实行对配电网设备的全寿命周期风险管理可以在设备运行过程中进行风险监控等，对电能的可靠传输和电网的稳定运行有重要意义。因此，对配电网主型设备全寿命周期风险管理模型的研究是十分必要的。有鉴于此，本文对配电网主型设备全寿命周期风险管理进行了研究。根据霍尔三维结构和已有的研究成果，本文提出了全寿命周期风险管理三维模型，该模型将设备生命期阶段的划分、风险管理过程和风险管理方法结合起来，为配电网设备风险管理的实际应用提供了理论依据。

1 配电网主型设备全寿命周期风险管理

1.1 设备风险管理

设备购置、运行或检修的过程中，由于设备本身的结构、质量和操作人员的使用方法问题，使得设备在其生命期各阶段存在危险和隐患。为了保障配电网设备使用的安全和稳定，减少设备事故的发生，需要对可能遇到的风险进行规划、识别、估计、评价、应对、监控，以科学的管理方法实现最大安全保障。本文将配电网主型设备风险管理定义为配电网设备管理相关部门在设备购置前或设备开始运行以后，通过风险识别、风险分析和风险跟踪等风险管理方法和手段对设备的风险进行监控和管理的过程。配电网主型设备风险管理的一般过程如图1所示。

图1 设备风险管理过程

1.2 配电网主型设备全寿命周期风险管理

配电网主型设备的全寿命周期风险管理将风险管理与全寿命周期管理思想结合，是对配电网设备在规划、采购、分配、使用、运行维护、改造到报废等全寿命周期各阶段进行风险管理，识别各阶段的风险类型并按重要性排序，构建全寿命周期风险评价体系，使用相关方法分析风险，并进行风险跟踪与记录，计划风险规避程序与策略等风险管理工作。设备的全寿命周期分为三个阶段，分别是设备购置阶段、设备运行维护阶段和设备报废更新阶段。配电网主型设备全寿命周期风险管理流程如图2所示。

图2 配电网主型设备全寿命周期风险管理流程示意图

配网设备风险分为政策和环境风险、管理风险、技术风险、质量风险、费用风险等。其中，政策和环境风险贯穿全寿命周期的各阶段；管理风险来自于管理人员对操作人员和设备的管理不当；技术风险是设备运行过程中存在的影响设备性能水平的风险；质量风险是指由于设备质量不满足使用要求，而造成追加投资或延长进度的风险；费用风险来自受技术和进度等因素的影响而造成设备购置或维修费用超支的可能性。

在设备购置阶段，风险评估应关注设备主要指标的达标率、设备选型时设备功能是否符合要求、价格的合理性以及合同的合法性，进行投资决策时考虑资金的时间价值、风险报酬等，运用系列的成本会计指标和管理方法，提高投资决策的正确性，规避经营风险；在设备运行维护阶段，注重设备故障监控和维修，通过危险源辨识、危险源分类来明确风险的位置和特性，然后用合适的风险评估方法对设备的风险做出估计和评价，以此为依据进行设备的风险控制；设备报废更新阶段是对现有的己磨损不能继续使用或虽仍可继续使用，但在经济上和环境影响上继续使用已不合理的旧设备进行计划和处置的阶段。这一阶段，应正确估计设备报废的条件，注意零部件回收以及台账管理。

2 配电网主型设备全寿命周期风险管理三维模型构建分析

2.1 三维模型的构建

美国系统工程学家霍尔提出的霍尔三维结构，为大型复杂的系统进行规划、组织和管理提供了一种系统的思想方法。霍尔三维结构的三维分别是表征设备阶段的时间维，管理过程的逻辑维和管理方法的知识维。本文根据霍尔三维结构，从配电网主型设备寿命周期、风险管理过程和风险管理方法三个方面，构建配电网主型设备全寿命周期风险管理三维模型，该模型包括寿命周期维、风险管理过程维和风险管理方法维，将全寿命周期的风险管理过程联系起来，使风险管理理论具有动态性和灵活性，更适用于管理实践。配电网主型设备风险管理三维模型图如图3所示。

图3 配电网主型设备风险管理三维模型图

2.2 三维模型的定性分析

模型的寿命周期维指配电网主型设备从计划、购置到最后的报废更新时间序列，是设备全寿命周期中计划购置、设备比选、安装、运行维修、技术改进和报废更新等过程的动态时间关系的体现。如图3所示，在设备寿命周期的不同阶段，风险管理过程相同，但是使用的风险管理方法有不同的侧重点。通过寿命周期维可以清晰地定性分析风险管理过程和风险管理方法的关系，使管理者在进行风险管理的过程中考虑到不同寿命期阶段风险的异同，从而采取有效的风险管理方法。

风险管理过程维表明，对配网主型设备进行风险管理时，按实际情况实施风险识别、分析、计划、跟踪、控制等风险管理步骤的过程。设备风险识别是确定可能影响设备的风险，通过风险分类进行识别和归纳，常用的定性识别方法有专家调查法、环境分析法、情景分析法等，定量识别方法有核对表法、问卷调查法、影像图法等。风险识别是进行风险管理基础而重要的一步。风险分析是估计风险发生的概率以及可能的后果，并对识别的风险进行相关分析、确定优先级，主要的风险分析方法有风险综合评价法、蒙特卡洛模拟法、风险解析法、层次分析法、ISM、故障树分析法等。风险计划、跟踪和控制是根据以上步骤得到的结果，采取风险应对计划，获取风险数据并执行风险管理策略。

风险管理方法维指风险管理过程中各阶段采取的方法的集合，在不同的生命周期阶段和风险管理过程方法的使用情况是不同的。

3 配电网主型设备全寿命周期风险管理三维模型

3.1 风险识别模型

由于配电网设备在其生命周期各阶段的风险可由设备购置、操作人员等定性识别，因此本文使用调查问卷方法，根据相关文献，归纳出设备可能的风险，由设备使用相关人员进行答卷，根据调查问卷的结果，采用风险重要性指数来确定风险等级，通过下式计算出每一个可能风险的重要性指数：

(1)

用风险重要性指数得分来描述每个风险对风险管理目标影响的重要性，并以此对所有影响特定风险管理目标的风险排定等级。风险指数表达式为：

(2)

表1 风险重要性指数计算结果矩阵

3.2 风险分析模型

本文三维模型中的风险分析方法采用故障树分析法。故障树分析法通过分析可能造成设备故障的各种因素，确定设备故障原因的各种可能组合方式和发生概率，结果是以故障树图形表达风险因素与研究设备之间的逻辑关系，最终求出导致设备故障的最小割集，对事件发生频率、费用等做出评价。在设备全寿命周期各阶段，可根据具体设备情况进行分析。本文给出故障树定性分析风险的模型。

将故障结构函数记为Ψ(X)，其中n维状态向量X={x1，x2，…，xn}，xi表示底事件i的状态变量，n为底事件总数。称{xj1，xj2，…，xjk}∈X，j=1,2,3,…(k∈N)为故障树的割集。当xj1=xj2=…xjk=1时，Ψ(X)=1，即所有割集中的每个底事件都发生时，顶事件发生的概率为1。

最小割集MCS是指将一个割集所含的所有底事件任意去掉一个之后遍不能成为割集的割集，本文中记故障树的最小割集MCS总数为l个。故障树的全部MCS代表设备所有可能的风险类型，由公式(3)看出，可用全部MCS来表示故障树结构函数Ψ(X)：

(3)

式中lj(X)为最小割集，共l个。

(4)

视问题不同，也可以从对偶角度和网络路集出发，定义故障树对应的网络图的路集以及最小路集MPS，用全部MPS表示Ψ(X)。

故障树MPS定性分析方法可识别设备全寿命周期各阶段的可能风险，并将其按重要性排序。分析结果可用于进行风险控制并制定风险策略，具有实践意义。

4 结论

本文基于霍尔三维结构和全寿命周期风险管理理论，建立配电网主型设备全寿命周期风险管理模型，可以得到以下主要结论：

(1)该风险管理模型运用全寿命周期理论，充分考虑不同生命周期阶段的风险，使风险评价和控制模型更符合实际；

(2)在使用全寿命周期风险管理三维模型进行配电网主型设备进行风险管理时，不同寿命周期阶段的风险识别和分析是风险管理重要的一步，应使用适当的方法；

(3)配电网主型设备的风险管理对电网的安全稳定运行有重要作用，但是目前的风险管理理论与实践还有一定的局限性，本文下一步的研究方向是对该模型进行实际运用，评价该模型在配电网主型设备风险管理的使用效果，有助于进行切实有效的风险管理，确保风险管理有实践意义。

[1] 赵景文.电力设备全寿命周期管理的研究[J].管理观察,2011,(18):204.

[2] 杨永松,张伟.刍议我国电力配电网系统管理现状与发展前景[J].中国电子商务,2012,(21):220.

[3] 张铭泉,陈玉胜,杨力等.计及风险成本的配电网设备全寿命周期成本管理与决策[J].三峡大学学报(自然科学版),2015,37(4):71-76.

[4] 郭基伟,谢敬东,唐国庆等.电力设备管理中的寿命周期费用分析[J].高电压技术,2003,29(4):13-15,37.

[5] Meyer C，De Doncker R W．LCC Analysis of Different Resonant Circuits and Solid-state Circuit Breakers for Medium-voltage Grids[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2006,21(3):1414-1420.

[6] 浅析电力设备风险管理技术[J].高科技与产业化,2009,(8):81-84.

[7] 刘波.基于生命周期理论的设备风险类型分析[J].河北软件职业技术学院学报,2007,9(3):1-3.

[8] 杨洋,赵映超,马有才等.基于霍尔三维结构的项目风险动态管理研究[J].科技管理研究,2010,30(13):280-282.

[9] 张爱国.设备运行阶段风险管理研究[D].天津：天津大学,2006.

[10] 王家远,邹小伟,张国敏等.建设项目生命周期的风险识别[J].科技进步与对策,2010,27(19):56-59.

[11] 赵振宇,刘伊生,杨华春等.故障树法引入工程项目风险管理研究[J].现代电力,2002,19(2):95-99.