配网状态检修关键技术分析

彭庆平 熊杰

摘要：当今世界已经进入电气化时代，各行各业对电能的依赖程度和可靠性需求越来越高，保证各级电网安全稳定运行是建设坚强智能电网基本要求。配电网在整个电网系统中电压等级最低，但却担负着连接区域高压电网和电力用户的重要作用。由于重视程度不够、投入资金不足等历史原因，我国配电网的发展相对滞后，配电设备老旧、故障率高、城乡差异大、自动化覆盖率低、供电可靠性不高等问题尤为突出。电网现状距离坚强智能电网高可靠性、高自动化率的目标仍有较大差距。但是目前的配电网自动化系统的建设逐步为配电网状态检修奠定了硬件基础。

关键词：配电网；状态检修；关键技术

1引言

2013年9月份，由中国国家电网公司、国际电工委员会、德国电气工程师协会联合主办的论坛：国际智能电网论坛在德国柏林开幕。期间，中国国家电网公司董事长刘振亚做了重要讲话。他提到，包括中国在内，世界电网应以建立一个高质量、高效率、经济效益好的的现代电网——坚强智能电网为共同目标。2009年，中国便着手规划坚强智能电网的研究，主要致力于相关技术研究以及设备的开发制造；2011年国家电网公司全面开展坚强智能电网建设工作，计划到2020年全面建成统一的坚强智能电网。

当今世界已经进入电气化时代，各行各业对电能的依赖程度和可靠性需求越来越高，保证各级电网安全稳定运行是建设坚强智能电网基本要求。配电网在整个电网系统中电压等级最低，但却担负着连接区域高压电网和电力用户的重要作用。由于重视程度不够、投入资金不足等历史原因，我国配电网的发展相对滞后，配电设备老旧、故障率高、城乡差异大、自动化覆盖率低、供电可靠性不高等问题尤为突出。电网现状距离坚强智能电网高可靠性、高自动化率的目標仍有较大差距。

随着全社会对供电可靠性要求越来越高，传统的“周期性”检修方式已无法满足电网日常运行维护要求。近年来，我国电气设备质量不断提升，也为开展状态检修提供了技术保障。“状态检修”取代“周期性检修”也将成为历史必然。

2常用的故障率模型

研究设备的可靠性即研究设备的故障率，都需要构建设备的故障率模型，通常采用的设备故障率分布主要有正态分布、指数分布和威布尔分布等。其中威布尔分布主要应用于设备故障率与运行时间关系密切的一种规律变化，指数分布大多用于研究故障率不随时间变化的设备，所以在研究电力设备可靠性分析方面，应用最多的是威布尔分布。通过分析研究大多数设备的故障率与时间密切相关，是时间的函数，图1为设备的故障浴盆曲线，从曲线中可以看出设备故障率随设备运行时间变化的规律，分为早期故障阶段、偶然故障阶段和损耗故障阶段。

第一阶段为早期故障期，也称为早期失效期，当设备出厂后，刚投入运行，由于设备制造过程中的家族缺陷或安装调试过程中的干扰等因素，设备在初始运行阶段的故障率高，随着设备中各部件不断磨合，设备故障率逐渐降低，进入到稳定运行期。在该阶段，一般设备先进行试运行，对因试运行结果有缺陷而不能正常运行的设备进行筛选，避免正式投入运行造成严重后果。

第二阶段为偶然故障期，也称为偶然失效期，在这一阶段，设备运行状况稳定，故障率较低。如果在此阶段内发生故障，主要是由外界因素引起，如恶劣的气候变化、施工或者人为破坏等。同时需要对设备进行定期检查，掌握运行状况，进而可以延长该阶段时间，降低设备故障率。

第三阶段为损耗故障阶段，也称为损耗失效期，由于设备运行时间过长，其中各部件存在磨损、老化等现象，造成设备整体性能降低，运行效率低下，故障率增加，使其最终失效报废。在此阶段，需要增加设备的维修次数，进而降低设备的故障率，延长设备的使用寿命。

3故障预测的流程

通过上述分析，配电设备故障率的预测流程如图2所示：

（1）根据设备历史数据，进行威布尔参数估计和曲线拟合，得出基于威布尔分布的故障率曲线；

（2）获取当前设备状态数据，对设备进行故障率曲线拟合；

（3）根据维修方式，选择役龄回退因子；

（4）将设备当前故障率对应到基于威布尔分布的故障率曲线上，在结合役龄回退因子，算出设备的实际役龄；统计设备年故障率，确定故障率递增因子，最后计算出维修后的设备故障率。

4检修时机的选择

配电设备状态检修一般在设备故障浴盆曲线中偶然故障期和损耗故障期进行，可以降低故障率，减少设备维修成本及故障后所造成的经济损失。然而维修次数过少，会造成设备故障率增加，使得故障维修成本增加，造成总成本增加，维修过多会造成检修成本过高而导致总成增加，如图3为配电设备维修总成本曲线所示，可以看出，所以如何合理安排检修的次数，以及维修的周期是非常重要的。

建立配电设备状态检修模型是以最小成本为主要目标，属于单目标模型，然而在设备的实际运行过程中，保障设备在检修周期内的可靠性也是非常重要的。因此在建模过程中需要考虑设备的可靠性，第一种方法是将设备可靠性指标作为优化目标加入到目标函数中，改进后的模型将变为以最小成本和可靠性为指标的多目标模型，对模型进行求解的问题就变成多目标规划问题，求解过程较复杂；第二种方法是在约束条件上将可靠性作为条件之一，目标函数不变，这样求解过程较第一种方法简单。

基于最小成本的配电设备状态检修模型建立过程中提到了剩余时间，剩余时间的存在使得此问题在求解过程中存在合理的可行解，很多针对此问题的研究认为剩余时间的存在是合理的，其实如果剩余时间过大，会让我们联想到所建立模型的目标函数所求得的最小成本值是依赖于剩余时间，所以要使剩余时间尽可能的小。改进后的数学模型不仅考虑了设备的可靠性，同时也控制了剩余时间的大小。

参考文献：

[1]罗康骏.配电网带电作业绝缘毯检测系统的研究[D].武汉理工大学2015

[2]徐文洋.±800kV输电线路典型带电作业方法研究[D].三峡大学2016

[3]高幸.110千伏同塔双回输电线路带电作业方法研究[D].华北电力大学（北京）2017

[4]刘炳良.高空带电作业旋转平台的设计[D].湖南科技大学2014