基于状态评价及风险评估的输变电设备状态检修策略研究

国网陕西省电力有限公司延安供电公司变电检修中心 齐 帅 孙 亮

在我国自然能源分布失衡的大背景下，建立现代化电网成为提高我国能源开发效率的基本渠道。高压输电是大型区域电网连接的方式之一，可以确保特高压交流1000kV、直流±800kV 与多级电网协调发展。但是高压输变电设备运行环境复杂，故障因子具有突发、多变性，既往输变电设备事后检修技术已无法满足当前输变电设备的检修需求。因此，从状态评价、风险评估视角入手，研究输变电设备状态检修策略具有非常重要的意义。

1 输变电设备状态检修的相关概述

状态检修是一种以输变电设备的状态为依据而开展的预防性作业，需要检修人员在全面掌握输变电设备健康水平、技术指标与运行状况的前提下，恰当调整检修周期，开始变压器、断路器与隔离开关的状态检修[1]。检修内容主要如表1。

表1 输变电设备状态检修内容

如表1所示，输变电设备状态检修的关键在于尽可能多地掌握变电气设备全过程管理信息，抓住输变电设备的初始状态[2]。同时运用局部放电检测仪、红外成像仪等精密仪器测试设备状态。根据获得的输变电设备状态信息，评价输变电设备健康状况，指导线下运维[3]。

2 基于状态评价及风险评估的输变电设备状态检修技术

2.1 基于状态评价的输变电设备状态检修技术

状态评估是状态检修的前提和基础，对于状态检修具有重要意义，可以帮助输变电设备状态检修这明确不确定性损失，预先采取可行性较高、成本适宜的检修方案。状态评价主要是在确定输变电设备各个状态量的前提下，以输变电设备状态评价结果为基础，考虑设备资产与设备故障干扰因子，推测输变电设备运行状态。进而根据所推测的输变电设备运行状态，探究输变电设备检修策略的优化方案。输变电设备状态评价的根本目的是根据输变电设备既往表现推测不确定性的潜在损失。而不确定性潜在损失的确定前提是损失源头、目标以及主体的明确，一般可以利用相对值指标进行衡量、估算、评价。输变电设备状态评估涉及了定性评估、定量评估两个方面，两者互为补充，前者可以为后者提供指导，后者则可以为前者奠定基础。

2.2 基于风险评估的输变电设备状态检修技术

风险评估特指在效益（含经济、社会）、成本、风险三因素间寻求效益最大、风险最小、可靠性更高的目标。基于风险评估的输变电设备状态检修评价指标设计可以借鉴基于可靠性的状态检修方案，从可靠度、可用率、故障率等几个方面进行设计。其中可靠度特指输变电设备在运行条件一定、时间区间明确情况下，达成规定功能的能力；可用率特指输变电设备在运行条件异地跟、时间区间（时刻）明确情况下，处于可执行规定功能状态的能力；故障率特指输变电设备无故障时间的平均倒数。

3 状态评价及风险评估

3.1 状态评价

3.1.1 状态量的选择

正确选择状态量，是基于状态评价的输变电设备状态检修的第一步。状态量即反映输变电设备状态变化的信息，比如，带电测试、在线监测、设备缺陷、检修缺陷、停电试验、家族型缺陷等直接或间接彰显输变电设备状态的信息。在状态量选择时，需要确保状态量可直接且富有效力地反映输变电设备运行状态、输变电设备事故发展趋势。在确保状态量对输变电设备状态反应敏感、可靠的前提下，分析现有技术与规范，保证状态量可顺利获取、规范判断。以断路器为例，其包括一般状态量（对设备性能、安全运行影响相对处于较低水平）、重要状态量（对设备性能、安全运行影响相对处于较高水平），因涉及状态量较多，可以从操作机构、本体、合闸电阻、并联电容器几个方面进行评价。其中操作机构状态量包括分合闸线圈、储能发电机、微动开关、机械特性、辅助开关、动作计数器、继电器、机构箱、弹簧机构特殊状态量、液压机构特殊状态量、气动机构特殊状态量等；本体包括基础及支架、SF6压力表、瓷套、均压环、红外测温、主回路电阻、相间连杆等；合闸电阻状态量为高电阻、低电阻、中电阻；并联电容器状态为出线结构、绝缘等。

3.1.2 设备状态的评价

在输变电设备状态评价时，需要贯彻可执行度处于较高水平、操作难度小的原则，以状态量扣分值的量判定设备状态。即以输变电设备状态量重要程度为主要评价依据，以输变电设备劣化程度为辅助评价依据，进行系统评价。其中输变电设备状态量的考核形式为“扣分值”，计算公式如下：

式（1）中A、B、E 分别为状态量应扣分值、基本分值、状态量权重。

输变电设备劣化程度包括I 级、II 级、III 级、IV 级四个级别，I 级表示输变电设备劣化程度最轻，对应的基本扣分值为2分；II 级表示输变电设备劣化程度较轻，对应的基本扣分值为4分；III 级表示输变电设备劣化程度较严重，对应的基本扣分值为8分；IV 级表示输变电设备劣化程度最严重，对应的基本扣分值为10分。而状态量的重要程度决定了权重，一般状态量的权重为1、2，重要状态量的权重为3、4。

3.1.3 状态等级的确认

从状态等级来看，可以将输变电设备状态划分为正常、注意、异常、严重几个等级。其中正常状态表现为各状态量平稳且处于标准限度内，输变电设备可以正常发挥功能。比如，断路器本体合计扣分小于30分（单项扣分小于等于10分），操作机构合计扣分小于20分（单项扣分小于等于10分），并联电容器与合闸电阻合计扣分均小于12分（单项扣分均小于等于10分）；注意特指输变电设备状态量朝着接近标准限值方向发展，需要加密观测。比如，断路器本体合计扣分大于等于30分（单项扣分小于等于16分，大于等于12分），操作机构合计扣分大于等于20分（单项扣分小于等于16分，大于等于12分），并联电容器与合闸电阻合计扣分均大于等于12分（单项扣分小于等于16分，大于等于12分）；异常表示输变电设备重要状态量超出标准限值，需要采取停电检查维修措施。比如，断路器本体单项扣分小于等于24分且大于等于20分，操作机构单项扣分小于等于24分且大于等于20分，并联电容器与合闸电阻单项扣分小于等于24分且大于等于20分；严重表示输变电设备重要状态量远远超出标准限值，需要立即停电检查修理。比如，断路器本体、操作机构、并联电容器与合闸电阻单项扣分均大于等于30分。

输变电设备状态评价可以划分为部件评价、整体评价两个部分，前者是根据状态评分并考虑单项状态量扣分、部件合计扣分，完成若干状态量扣分叠加。在任意一个状态量单向扣分、全部部件合计扣分达到正常状态时，则整体评价为正常状态；而在任意一个部件状态未注意、异常、严重时，则整体评价为其中最严重的状态。比如，在断路器本体状态未注意，操作机构状态为正常，并联电容器状态为异常时，整体评价为异常。

3.2 风险评估

在可靠度、可用率、故障率、平均寿命、全寿命周期成本几个评估因子中，与输变电设备自身面临风险、设备故障导致其他风险联系最紧密的因素为故障率，可以故障率为核心因子，将特定时刻输变电设备的评价故障率与特定时刻可能损失的资产相乘后得到。在输变电设备运行风险评估中，不仅需要计算设备故障率，而且需要分享故障引发的后果，因此，根据输变电设备使用寿命，可以对故障出现可能性进行分析。一般可以将输变电故障概率划分为1%、2.5%、5%、7.5%、10%几个等级，分别为极不可能、不可能、可能、非常可能、极其可能，对应的设备使用寿命为0～14年、15年～29年、30年～44年、45年～59年、大于等于60年。

以某型号变压器为例其故障类型主要为不适当维修、电气设计、机械设计、制造工艺、材料品质、操作错误、不适当短路应力、雷电及其他，发生比例分别为7%、7%、10%、12%、17%、3%、7%、5%、32%。其中短路故障、放电故障可观测，故障模式、现象及可供评估的风险参量如表2。

表2 变压器短路故障与放电故障可观测的风险参量

在明确变压器故障类型及现象后果之后，可以利用基于数据统计的风险评估矩阵搭建方法，进行故障发生频度、故障影响度的量化评价。其中变压器故障发生频度可以划分为1、2、3、4、5几个等级，分别描述为不可能、极少、偶尔、可能、经常，对应的发生概率为≤1/150000、≤1/2000、≤1/80、≤1/8、≥1/2；而故障影响度可以划分为1、2、3、4几个等级，对应的影响度为可忽略、适中、较为严重、后果极其严重，可分别描述为影响极小、轻微影响（受伤）、较大影响（功能部分丧失或受伤）、重大影响（功能丧失、重伤）。鉴于变压器风险值是上述风险事件发生的概率、影响的综合函数。即：风险值=f（发生概率，影响后果），对应不同风险发生的概率、影响后果，可以获得若干风险值。风险值A=f（发生概率：经常，影响后果：严重）；风险值B=f（发生概率：可能，影响：较为严重）；风险值C=f（发生概率：偶尔，影响后果：适中）；风险值D=f（发生概率：极少或不可能，影响后果：可忽略），对应的输变电设备风险评估矩阵如表3。

表3 输变电设备变压器风险评估矩阵

同类别设备可以依据风险值大小进行序列排布，为设备运行维护、试验、技术改造与检修提供依据。

4 结语

综上所述，在输变电运行维护行业日益发达的二十一世纪，国家及用户对输变电设备运转安全可靠性、设备完好率均提出了较高的要求，状态检修呈现出无法代替的优势。因此，输变电设备运维人员应在定期检修、事后检修手段实施的基础上，实施以状态评价、风险评估为基础的状态检修策略，及时发现输变电设备故障苗头，及时处理，降低工作成本，提高供电可靠性。