基于事故树分析法的城市电网安全性评价研究

王 瑜 雷军伟

（1. 河南博慧方舟咨询发展有限公司，郑州 450000；2. 国网河南省电力公司，郑州 450000）

电力行业是关系着国计民生的重要基础性产业。随着电网的快速发展，装机规模的不断增大，主网架结构的日益复杂，影响城市电网安全的诸多问题逐渐凸显。特别是近年来，城市电网遭受着自然灾害、人为因素、外力破坏等多重因素的影响，随着电力负荷的快速增长，城市电网网架薄弱，配电设备陈旧，局部电源点建设滞后等一系列问题日益显现出来。电网受到外力破坏造成停电事件的风险也在急剧增大，一旦发生外力破坏造成电网受损，将造成极其严重的后果。国内外学者对城市电网大面积停电事故进行了大量的研究，从不同方面提出了解决城市电网大面积停电的措施。如文献[1]基于历史上发生过的城市大停电事件，从电网规划设计和运行控制上提出降低电网大停电风险的对策和措施。文献[2]分析了智能电网对大电网可靠性的影响，以及新电网技术在接入电网时应注意的问题。文献[3-13]从不同角度分析了导致电网事故的各种原因。

本文根据城市电网安全性评价工作的进行，对影响着城市电网安全供电的各类危险有害因素进行认真的梳理，应用事故树分析法，对各类危险有害因素的危害程度进行分析，提出避免这些事故发生的措施。这对提高各级电力运行人员处理电力事故的能力，减少事故带来的损失，避免事故扩大化，控制事故发生影响范围将会起到积极的作用，对城市电网安全、稳定运行具有十分重要的意义。

1 城市电网事故树模型分析

1.1 事故树的数学模型

设在任何时间、系统，取正常和故障两种状态为变量，分别用X表示单元，Y表示系统函数，则有以下关系：

将y写成x的函数，即()yxφ=，称为系统的结构函数，与门的结构函数为

或门的结构函数为

1.2 顶上事件确立

顶上事件是所要分析的对象事件，针对城市电网事故确定的顶上事件为大面积停电事故。

1.3 分析造成顶上事件的各种原因

造成顶上事件的中间原因事件包括自然灾害性天气、人的因素、设备因素、管理因素、其他因素[14-15]。经过调查分析近几年电网停电事故的原因，各类导致电网停电的因素见表1。

表1 基本事件表

1.4 构建事故树

根据表1构建事故树，如图1所示。A1表示中间事件“自然灾害”与“未及时处理”的或门；A2表示中间事件“人的因素”与“监护不到位”的或门；A3表示中间事件“设备故障”与“调度运行管理失控”的或门；A4表示中间事件“其他因素”与“未及时处理”的或门。

图1 事故树架构图

图2 事故树架构图

图3 事故树架构图

1.5 定性定量分析

由图1至图3事故树架构图得出结构函数为

其中：

化简式（6），为方便计算，以补事件代替原事件，将与门换成或门，或门换为与门，这样可以直观反映出系统安全的逻辑关系，且便于分析，如下式：

对式（11）—式（15）进行化简后得最小径集：

由式（16）可得出19个最小径集，其基本事件结构重要度排序为

2 事件风险分析

根据城市电网大面积停电事故树分析评价结果可以看出：

1）大面积停电事故树最小径集有19个，大面积停电事故中“未及时处理”这一条件结构重要度最大，其次是调度运行管理失控和监护不到位。因此，为防止该事故发生，首先必须做到在有可能导致城市电网大面积停电事故发生的其他事故发生后，能够做出迅速及时处理，避免事故扩大化。

2）最小径集数目表示了系统的安全性，见表2，最小径集有19个，即在电网安全运行和电网防范措施方面，运用事故树分析有19种预防事故途径。因此，通过事故树得出的最小割集和最小径集，能够清楚地表示出系统中存在的危险因素，以及处理这些危险有害因素的方法。

表2 事故树分析评价结果汇总

3 防范措施

1）加强电网规划建设和设备的技术改造，提高城市电网抗风险能力

随着城市用电负荷不断攀升，加快110～220kV电网建设，提高系统容载比，加强电网远期规划和近中期规划滚动修正和年度计划的实施，加强负荷中心的电源建设，大力提高中压电网、低压电网及配电网的供电能力，增加城市电网中心区域和附近县区 220kV、110kV变电站布点，改善电网过负荷设备等薄弱环节，完善电网结构。

加快城市电网老旧设备改造和升级工作，对于有些老旧线路等设备，不能及时改造的要加强监控和维护管理工作，做好可能的事故预测，加强防范措施。认真梳理和分析城市电网抵御自然灾害方面所存在的风险、重大隐患等问题。采取有针对性的防范措施，安排部署专项治理经费，提高城市电网抵御各种潜在安全事故的抗风险能力。

2）实现隐患排查治理经常化、制度化

各供电公司要以国家有关法律法规、标准规范为依据，建立健全城市电网安全生产隐患排查治理长效机制和城市电网电力安全生产风险管控体系，实现城市电网电力安全生产的隐患排查、有效治理和持续改进的全过程管理机制，提高隐患和缺陷处理率。不断提高城市电网设备健康程度和本质安全水平。

3）坚持城市电网安全健康发展，进一步加强城市电网安全基础管理工作

坚持城市电网的“科学发展、安全发展”和“安全第一，预防为主，综合治理”是国家在新时期安全生产发展的科学理念和方针。我国城市电网结构已经有了较好的发展基础。但是，城市电网安全生产还有很多工作需要更深入，更精细的开展。

4 结论

根据城市电网大面积停电事故树分析评价结果，最小割集数目表示了系统的危险性，16个最小割集表明了有16个危险性存在；最小径集有19个，即预防城市电网大面积停电事故有 19条途径。在“自然灾害”因素上，做好应急预案演练，做到及早、准确预防，一旦事故发生，及时处理；在“人的因素”上，提高作业人员的安全素质和责任心，不断提高专业水平，按照电力行业的规定和要求，进行安全培训、考核，并持证上岗，做到精心操作，认真监护；在“设备故障”因素上，必须对设备做好定期检验、检测，对线路设备设施做好定期巡检，及时发现缺陷并及时消除缺陷，确保安全运行。

通过城市电网安全性评价工作，对城市电网存在的安全事故隐患和薄弱环节进行系统地梳理，以便于各个供电公司有计划地落实规划发展、调度运行、生产维护、建设改造等预防预警和整改措施，实现超前防范大面积停电、重大设备损坏等事故风险。通过各方面措施的有力实施，大面积停电事故是可以预防的。

[1] 杨海涛, 祝达康, 李晶, 等. 特大型城市电网大停电的机理和预防对策探讨[J]. 电力系统自动化, 2014,38(6)： 128-135.

[2] 杨帆, 赵书强. 智能电网的发展对大电网可靠性评估的影响[J]. 电网与清洁能源, 2013, 29(10)： 24-30,36.

[3] 欧相林, 邓鹤鸣, 王力农, 等. 10kV配电线路带电作业安全综合评价应用分析[J]. 高压电器, 2013, 49(2)：55-60.

[4] 陈茂荣, 卢泽军, 方孖计, 等. 广东东莞 10kV 架空线路防雷治理技术研究[J]. 电瓷避雷器, 2013(3)：86-91.

[5] 郭成蛟. “事故树”分析方法在一起电力事故案例中的运用[J]. 贵州电力技术, 2009, 118(4)： 70-72, 76

[6] 郭雷, 张海杰, 陈仁刚, 等. 一起220kV GIS设备内部放电故障分析及处理措施[J]. 电气技术, 2016,17(1)： 127-130.

[7] 曹铁山, 董德, 曾勇, 等. 一次主变瓦斯保护误动的原因预防措施[J]. 电气技术, 2017, 18(7)： 103-105.

[8] 郑安. 一次大面积停电事故原因分析与防范措施[J].安全、健康和环境, 2006, 6(7)： 10-12.

[9] 沈鑫, 束洪春, 曹敏, 等. 大区互联电网的动态稳定风险评估研究与应用[J]. 电工技术学报, 2016,31(S1)： 230-238.

[10] 张文亮, 周孝信, 白晓民, 等. 城市电网应对突发事件保障供电安全的对策研究[J]. 中国电机工程学报,2008, 28(22)： 1-7.

[11] 杨珊, 卓琛, 林魁, 等. 一起雷击引起110kV变电站全停事故的分析[J]. 电气技术, 2017, 18(4)： 153-155.

[12] 刘永奇, 谢开. 从调度角度分析8.14美加大停电[J].电网技术, 2004, 28(8)： 10-15, 45.

[13] 蒋程, 刘文霞, 张建华, 等. 含风电接入的发输电系统风险评估[J]. 电工技术学报, 2014, 29(2)： 260-270.

[14] 张良栋, 石辉, 张勇军. 电网事故原因分类浅析及其预防策略[J]. 电力系统保护与控制, 2010, 38(4)：130-133, 150.

[15] 李超群. 上海电网继电保护及其防治大停电所采取的措施[J]. 上海电力, 2006(4)： 395-397.