输变电工程启动调试现状分析与研究

栗向鑫，罗亚洲，贾 琳，赵冬雯，侯喆瑞

(1.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206；2.国家电网华北电力调控分中心，北京 100053；3.国网北京石景山供电公司，北京 100043；4.国网冀北电力有限公司经济技术研究院，北京 100000)

0 引言

近年来电网建设规模不断扩大，以华北电网为例，2014 年新增 220 kV 及以上线路 4 426 km， 220 kV 及以上变电规模 50 996 MVA；2015 年新增220 kV 及以上线路 7 185 km，220 kV 及以上变电规模 55 691 MVA；2016 年、2017 年 220 kV 及以上线路长度及变电规模较之前又进一步提升。

新建输变电设备在正式运行之前，需要进行一系列的启动调试试验，以验证新建设备是否具备接入电网运行的条件。

以下在阐述输变电工程启动调试工作意义、作用及相关问题的基础上，以电力系统运行安全为目标，结合输变电工程启动调试工作现状，将系统科学研究领域中的复杂巨系统研究方法、复杂关联情景风险识别法及WSR(物理-事理-人理)系统方法论的综合评价法等，探索性地应用到输变电工程启动调试工作实践中，以完善输变电工程启动调试内容。

1 输变电工程启动调试意义与内容

1.1 输变电工程启动调试意义

电力系统是一个开放的复杂巨系统，启动调试则是在输变电系统工程投运前，为掌握系统运行特性而进行的系统性试验工作。该项工作的完成意味着建设阶段的全面结束，标志着运行阶段的开始。

按照结构化生命周期法，输变电系统的结构化生命周期由系统规划、系统可研、系统初设、系统建设、系统启动调试、系统运行和维护、系统退运等阶段组成，如图1所示。

系统规划、系统可研、系统初设及系统建设均属于系统开发建设期，其主要任务是根据能源整体目标、发展战略及电网规划确定输变电工程建设计划、接入系统安全稳定性和现场安装施工等工作。系统运行期则是新建输变电工程经试验评估、验收合格后正式交付使用，进入长期运行维护至系统退运的阶段。

图1 输变电系统结构化生命周期

由此可见，输变电工程启动调试是衔接电力系统结构化生命周期的重要环节，是实现系统规划、设计功能和建设目标以及系统运行安全性、可靠性最佳化的关键。

1.2 输变电工程启动调试内容

输变电工程启动调试具有规模大、结构关联紧密、技术要求高、知识面涉及广、对电力系统安全稳定运行影响较大等特点，其工作涉及电力系统通信、保护、自动化、运行方式、计划、调度、基建等多专业，不仅包含针对安稳控制系统、保护系统、自动化及通信系统等电力系统二次设备的单系统调试，还有电力系统一次设备的打耐压、测微水等常规试验，以及对输变电工程整体系统、功能和一、二次设备接口配合关系进行的系统整体启动调试。输变电工程启动调试主要流程节点如图2所示。

输变电工程启动调试具体工作内容如下。

(1) 测试和验证新建输变电系统设备在工作电压下，相关设备及各接口系统设计和建设的合理性；对新建输变电系统各子系统之间的匹配能力进行充分的调试、检验和优化，对整体工程质量进行综合评估。

(2) 测试和验证新建输变电设备在工作电压下，输变电系统一次设备运行的安全性和适应性，二次设备系统相序、相位的正确性；检验继电保护装置、通信及远动装置系统的稳定性及接线的正确性；检验通信、远动装置能否正常运行；测量新建输变电设备参数，为设备交付运行提供技术支持。

(3) 在工作电压下，验证系统仿真计算结果，对新建输变电系统进行动态运行检测，掌握系统运行规律及设备运行特性，对系统功能和安全运行状况进行评估，对能否交付运行做出评价。

(4) 对新建输变电设备启动调度执行及其他调试相关计算方案的完备性、科学性进行检验；提高现场运行人员及调控人员对新建输变电设备操作、运行特性掌控的熟练度，并从安全、可行性角度补充和完善相关调度运行管理规程。

图2 输变电工程启动调试主要流程节点

2 输变电工程启动调试特点

从华北电网近年来启动调试的500 kV输变电工程情况来看，输变电工程启动调试工作具有以下特点。

(1) 涉及单位多。涵盖建设、设计、监理、咨询、运行、调度控制、系统集成、设备厂商等众多单位。

(2) 持续时间长。从输变电工程启动调试准备阶段到实施完成，一般历时3—6个月。

(3) 工作各环节、各节点相互依赖、相互交叉。输变电工程启动调试是由一个或者若干个具有相互关联的工作组合而成的工作。要使输变电工程在启动调试期间安全开展各项调试工作，各个组合环节就需要通力合作、相互配合。例如，输变电工程启动调试需进行通信通道先行调试、开通，并且承揽调试和在运设备调度电话、保护通道、自动化通道等业务，这之后其涉及的新建安控系统、自动化和保护系统才具备安全调试的条件。由此可见，输变电工程启动调试工作是各个组合环节之间相互依赖、关联影响的有机整体。

(4) 安全风险高。基建施工、运行设备停电切改、单系统调试、系统整体调试等工作项目交叉进行，输变电工程启动调试时并未完全达到新建输变电设备正式运行的条件，需要在运设备停电配合基建施工，整体工作需要工程启动验收委员会统一调度指挥。存在参建单位多、交叉作业多、突发事件多等问题，这给输变电工程启动调试期间的电力系统安全运行带来一定的风险。

(5) 质量责任大。在输变电工程启动调试期间，新建输变电设备均处于建成验收初期，设备遗留问题多。随着接入运行系统常规调试工作的开展，设备的质量特性对启动调试顺利开展和在运电力系统的安全运行具有较大影响。

(6) 启动调试高时限性。输变电工程启动调试通常需要一、二次运行设备以及通信设备停电配合，这降低了电力系统运行可靠性。部分电力工程还是民生工程，对启动调试的时限要求较为严格，如果启动调试期内风险无法预控，导致不能按期完成启动调试，将会给电力系统安全运行带来危害，也会导致民生问题无法按时解决。

由此可见，输变电工程启动调试是电力系统运行的一个特殊阶段，把控输变电工程启动调试工作流程、分析输变电工程启动调试风险是保障调试顺利开展和电力系统安全运行不可或缺的环节。

3 输变电工程启动调试工作存在的问题

3.1 调控部门组织形式待改进

通常由输变电工程所属电力公司成立启动验收委员会。启动验收委员会代表公司全面负责组织工程竣工验收、启动调试、试运行工作。

对于输变电工程启动调试调控部门的机构设置，有以下2种方案。

(1) 方案1。在启动调试之初，选拔调度中心既有各个专业处、室人员组成启动调试工作临时办公室，制定临时办公室工作细则，合理配置临时办公室相关岗位并明确岗位职责，配合调度指挥设备的安装和调试，及时整理和收集相关技术资料。临时办公室负责启动期各项工作的集中统一指挥，审核、编制、下达调度工作计划，并加强与调试单位、建设单位以及专业厂家的工作联系。临时办公室的建立，使得专业人员可以集中精力及早着手全面熟悉工程设计文件，参与启动调试调度方案及运行方式研究、技术资料的收集等工作中，并按照启动期日计划，协调各建设、设备管理单位的施工作业，确保启动调试及试运行任务及时完成。

这种启动调试管理模式的优点是临时办公室与调控中心、建设单位可以直接沟通，使管理机构可以统一接管启动调试整体工作；同时在不改变现有调度中心管理模式的前提下，能较好地完成新建输变电设备启动调试及调度权的过渡接管工作。

(2) 方案2。不成立任何临时机构，由调度各个专业处、室分别负责对应专业的接管和设计工作，并根据本处、室的专业需求进行管理。

这种启动调试管理模式是目前较为常用的模式，但是由于专业管理分散，若没有调控中心层面的领导统一进行协调和管理，会造成各专业仅从本专业管理角度考虑工作进度和技术要求，导致专业间存在技术壁垒，使启动调试工作无法有效协调。同时，由于对负责启动调试的各专业人员没有有效的管理和激励措施，将导致工作目标不统一，启动调试工作进度缓慢。这种模式对输变电工程启动调试各项工作开展、调度管理和电力系统安全运行均不利。

3.2 安全风险识别方法缺失

输变电工程启动调试的主要目的是检验新建设备在系统电压下能否安全、稳定运行。作为基建设备向运行设备的过渡阶段，输变电工程启动调试具有物理变化过程复杂、关联性强、运行方式控制及倒闸操作复杂等特点。随着特高压交直流及其配套工程、远距离和大规模风电送出系统、电网补强工程等输变电工程投产速度加快，启动调试期间，电力系统运行面临很多不确定性因素，承受着异于常规运行的潜在风险。如何研判输变电工程启动调试期间的风险根源，明晰风险因素本质，保障电力系统安全运行，越来越引起电力工作者的重视。

输变电工程启动调试作为电力系统运行的特殊阶段，新设备相互关联出现故障的概率高于正常运行设备，影响电网稳定运行的风险较高。

(1) 在新建一、二次设备的启动调试期间，若系统运行方式某一环节出现问题，可能诱发与之关联的环节失调。

(2) 新建一、二次设备和系统运行方式的风险因素之间存在关联，可能导致电力系统面临直接风险和间接风险的叠加，造成双重破坏。

3.3 启动调试整体评价缺失

参与输变电工程启动调试的部门通常为电力调控中心、电科院及工程建设管理单位。电科院受工程建设单位委托，进行新设备现场启动调试试验工作，并在启动调试工作前期开展系统过电压、潮流调试、启动调试大纲等技术报告计算、编制工作。负责新设备调度运行的调控中心，根据电科院编写的调试大纲编制调度执行方案。

新建输变电工程启动调试的本质是对正式投运前的输变电设备进行调试，并对该新建工程运行方式的计算报告开展相关试验和评价。

然而，在相关计算报告编制以及在新建输变电设备启动调试过程中，对新建输变电工程系统调试状态、与大电网运行特性匹配度以及启动调试试验是否科学完备等的评价，大部分是基于定性分析的，定量评价仍是一个难点。该评价将直接影响启动调试及电网运行安全评价的客观性、准确性和权威性。因此，引入具有专业性、独立性的第三方评估机构是必要的，其作用不仅在于为电网调控中心能否采用电科院相关计算报告提供指导意见，还能为启动调试过程是否科学合理、新建设备能否交付运行提供评估检验。

3.4 其他问题

如表1所示，根据实践统计，500 kV输变电工程启动调试平均约为30天，而500 kV某电厂送出工程输变电部分启动调试只有19天。由于部分工程工期较紧，在输电线组塔架线施工结束前，通信、自动化等部分子系统就已利用临时通道或迂回通道开始调试。启动调试周期短，一方面难以全面暴露新建系统各子系统中存在的问题；另一方面难以达到开关、刀闸等一次设备及二次设备系统磨合所需时间要求。按照系统可靠性理论中的失效率曲线效应(见图3)，新建输变电工程各子系统内部和彼此之间需要一定时间跨度的磨合，才会从失效率较高的早期阶段进入失效率较低的随机失效阶段。在随机失效阶段，新建输变电系统设备的安全性显著提升，才适合正式投入运行。与此同时，由于远距离送电的需求，输电线路多经过雷电、飓风、雨雾等极端小气候地区，气候也成为影响输变电线路运行的因素之一。因此，输变电工程启动调试需要较长时间，以验证或模拟验证不同故障或因素影响下新建设备运行的稳定性和安全性。

表1 启动调试时间 天

图3 失效率曲线

4 输变电工程启动调试管理工作要点

4.1 输变电工程启动调试流程优化

围绕新建工程投运这一最终目标，协调相关部门的步调，国家电力调控中心下发了《新设备启动调度管理流程及标准操作程序》，以规范流程各节点工作内容及操作程序，实现对新设备调度启动业务的标准化、规范化管理。该流程涉及180余项流程节点，其中任一节点调试工作出现问题均可能导致工程启动调试工作的整体推迟。基于本级电网运行特性及实际情况，进行启动调试流程及调试计划优化，可以较好解决出现的不确定问题，在保证调试试验验证和效果的前提下缩短调试时间。

4.2 启动调试案例库的构建

在启动调试期间，在故障模式、影响及危害性分析 (failure mode effects and criticality analysis，FMECA)方法中，按照故障及缺陷的严重程度，将其分为4类：I类(灾难性故障)、II类(致命性故障)、III类(严重故障)、IV类(轻度故障)；按照故障出现概率，将其分为5级：A级(经常发生)、B级(很可能发生)、C级(偶然发生)、D级(很少发生)、E级(极少发生)；按照故障危害水平，故障模式可分为无条件接受、补偿措施下可接受、很难接受、不可接受等4类(见图4)。

图4 风险判别矩阵

电力系统的集成度高，一、二次系统的功能需求和数据应用复杂，自动化、通信、保护或安控系统等二次设备彼此之间以及与电网一次设备相互依存度较高。在启动调试期间，一旦发生不可接受故障或连锁缺陷事件，对电网造成的后果的严重程度可能会超出调控运行人员的控制范围。而调控运行部门决策，尤其是调度命令，大都是根据各种监测仪器对故障设备的监测结果，由调控运行部门凭借调度规程和多年积累的电网运行经验分析判断，从而下达的。这种决策方法的有效性取决于调控运行部门的业务水平，受主观因素影响较大。为了克服传统方法的弊端，需要建立分析-改进-分析动态过程，将不可接受风险转变为能够接受的风险可控模式，建立案例库，丰富并完善各级、各类案例库工作样本，并评估案例库对被检系统安全的保障程度，以达到风险可控的目的。

4.3 启动调试风险因素识别

电网运行安全以系统一次设备、通信系统、保护系统、自动化系统运行安全为基础，关联性强。输变电工程启动调试正是为上述新建设备及系统接入大电网而进行的。定性、定量地分析各子系统调试特性，预防电网启动调试期间多系统、多风险因素形成的复杂关联事故，是一个亟待研究的问题。

4.4 系统生命周期的综合评价

输变电工程启动调试只是众多试验流程中的一环，构建系统生命周期“V”模型的输变电工程综合评价体系(见图5)，并在各子系统与系统生命周期的各个阶段内引入可靠性、可用性、可维护性和安全性 (reliability availability maintainability safety，RAMS)评价，以相关标准、规范及技术条件为基础，前瞻性地对系统进行RAMS评估；从产品需求和设计阶段及早找出问题所在并进行优化，减少系统后期变更的时间与经济成本，从而提升系统在启动调试时的表现，降低运营阶段的检测与维护成本，整体提高系统的RAMS性能。

图5 系统生命周期"V"模型

对系统实施全生命周期的检测与评价，可将管理者在运营阶段中对安全监管的高度重视前推至系统的设计、生产、调试阶段中，进而提高系统的稳定性、可维护性，使系统的后期随机失效率维持在一个较低的水平。

5 结束语

综上所述，在输变电工程启动调试工作中，除了要继续加强测试技术与设备的研发外，更应深入研究组织计划的统筹编制与流程优化、启动调试案例的合理选取、系统状态的风险评价等问题，在各子系统、接口的设计与生产阶段进行RAMS评价，制定准入标准以减少系统风险。当前阶段需加强各项规范的制定、完善，科学地确定测试所需的最短时间周期并强制加以保证。试验中加强与调控部门的配合，强化对人员的演练，增加独立第三方的安全评估作为验收条件。