基于风险管理方法的输网检修技术优化

2023-08-27刘英龙冯学宇石峰浪黄绍田卢炳轴周耀湘

设备管理与维修 2023年14期

刘英龙，冯学宇，石峰浪，龚兴，黄绍田，卢炳轴，周耀湘

（广西电网公司南宁供电局，广西南宁 530007）

0 引言

配电检修是促进电网安全、稳定运行的基础性工作，制定最合理的检修计划不仅能使配电系统运行的可靠性得到保障，还能显著压缩运营成本，增加经济收益。因此，应考虑经济性、稳定性两大方面创建输网适配的检修计划模型。国内学者既往对输网检修计划优化仅能实现局部最优化，不同年份之间易出现重复的工作内容，工效不高，若能长期规划配电计划检修工作，则可以实现全局最优，提高各年度的电网检修工作效率。而制定配电长期检修方案时，一定要综合分析各种可能出现的状况，客观评估风险因素，根据相关的风险评估标准，遵循成本最低化原则制定最实用的检修计划。

1 基于风险管理的输网检修技术

采集设备信息：收集配电设备投运前、现场运行、检修试验及“家族”信息。

（1）评价设备状态：按照某种评定方法，综合分析采集到的设备运行信息，进而客观评估设备当前的健康状态，为设备检修决策提供参考。当前常用打分制评估设备状态，将设备拆分成多个部件，各部件均有多个状态量，参照状态量的所有信息，对故障进行分类，按既定的分值与权重评估各部件的状态。

（2）设备的检修策略：即应用的某种检修决策。电力设备的检修有A、B、C、D、E 五个等级，前三个等级一定要在停电状态下进行，第四、第五级分别是不停电检修、带电检修。应结合设备的构造特点选择适宜的检修模式。

（3）推算设备的故障率：基于风险管理方法组织输网检修工作，不仅要考虑检修故障带来的后果，也要预测设备的故障发生率，这是影响电网风险评估效率的一个重要指标。预测设备故障率一定要顾及如下3 点：①按照一定周期评估设备状态；②分析长期检修给电力设备健康状态带来的影响；③设备处于耗损期时故障率较高，要关注其在检修期中出现的改变。

2 输网长期检修计划的风险管理程序

2.1 解耦风险与风险因子

风险水平越高时，可靠性就越低，反之也是同样的道理。从数学角度分析风险的定义，其是失效率和后果的乘积；而从经济学角度分析，风险是系统失效造成的预期价值成本，以上均是从系统层面上定义风险的。

本文将元件的失效率（λtot）解耦成数个失效率的总和，即各个失效率均由影响元件运行可靠性的风险因子导致的[1]：

解耦处理元件失效率，为可靠性分析提供更加真实、具体的定量条件。通过观察统计历史数据获得各类风险因子，以此为基础，用适宜的函数模拟风险因子随时间改变呈现出的规律。对于配电系统而言，在没有实施预防性检修方案之前，系统内元件失效率伴随运行时间的增长而显现出增长态势。

2.2 预防性检修

对输网实施预防性检修是减少风险因子的有效措施，进而降低故障发生率。比如，日常检查与小修能及时处理局部轻度损害问题，大修主要是解决大型电力损害或事故，修剪电线电缆周边的树木能降低植物造成的负面影响。若在某个年度能规范执行以上检修操作，则能减少相应风险因子引起的失效率，甚至能使其降到初始水平。对于输网来说，解耦完元件的失效率后，规范地维护单个风险因子，有助于增加整个配电系统运行的可靠度。

输网可以采用的维修方法主要有如下4 个：①不组织任何检修活动；②参照现场检查评估结果进行大修或小修；③按照一定周期对系统进行大修；④在设定好的时间表中，有选择性地执行部分操作项目。客观地讲，输网内各个风险因子均和一种检修操作行为相对应，通过解耦风险因子能同时获得数个预防性检修操作后的成果，帮助相关部门实施选择性的检修办法，进而更好地控制输网维修的总成本。

2.3 检修决策树

通过决策树获得更实用的输网检修方案。决策树内的主要元素被定义成决定点、选择点与分支。分支就是由决定点开始到选择点终止的检修方案（SMSi）。决策树上存在着几条分支就预示着有几个检修方案，对于各个方案，系统本体属性可能造成的结果决定了其数量。在给出的状态空间变量值x1、x2、x3（xi分别表示的是上一次检修距离现在的时间，i 是被检修的类型，对应的是如下的3 种行为）之下可能取得的结果Oi（x1，x2，x3）。

方案内应用的检修操作决定了方案实施的成本。

在决策树内，各条路径代表着数年间形成的一个检修方案（SMSi（t））。对于单条线路，检修方案可能会发生如下改变：①检测并消解微小错误；②大修主要电力线路，解决重大缺陷；③对电线周边栽种的树木进行修剪造型。

当未落实某项电网检修操作时，则变量x1值会加1；而执行相应操作后，x1值则归0。步入至下一检修周期时，也可以参照如上规则呈现出所有可能由原始状态转变成其他可能状态的组合形式。观察分析状态转换图，能够快速掌握下一状态特征，比如某电力馈线的状态用（0，x2+1，x3+1）表示，对其采用了检测与处理小缺点策略，但没有进行大修及树木造型操作，因此后两个状态变量的增量均是1。

2.4 动态规划的使用

配电检修实践中的决策过程有动态特性，这就预示着要基于动态规划形式去选出输网的最优多年预防性检修方案。现实中，遵循检修期望总费用最低的原则比选出方案。

基于递归的最小路径算法完成动态规划，因为决策树自身是一个从左至右规模渐进式扩大的网络图，为了获得最短路径，假定一个最后状态T，由真实计划最后一年的任意状态值设定的输网最后状态耗用的检修总费用是0（图1）。为了能更清晰地阐明最短路径的求解思路，图内并没有标出决策树现实转换中呈现出的所有状态[2]。

图1 最短路径的求解图

模型内的约束条件，是参照预算范畴中可实施的活动及检修方案执行时可用的团队数量设定的。如果在一整年中都没有达到设定的约束条件，那么就要在既有成本上乘以一个惩罚因子，通过这种方式实现全局成本最低化的目标。

2.5 多元件的同时优化

当下，很多电网公司要运行成百上千条线路，为了实现检修效率的最大化，在设定数个约束条件的情景下，协调输网检修期间各类活动具有很重要的现实意义。导入n 维向量同时观察配电系统内j 线路上n 个电力元件的运行状态。突发维数灾难时，即元件数量急剧增加时，不再追求实现全局最优，而是把系统维护作为首要落实的工作内容。在以上过程中，要结合前期设计好的模型逐一分析系统内的各类元件，随后根据文献[3]提出一种可以被广泛接受的参数以执行转化过程。

2.6 新型防滑脱式夹线器的应用

目前，在导地线更换、紧线及杆塔拉线更换等收紧性检修作业过程中，一般情况下均需要使用夹线器将导线、地线或拉线紧线固定收紧。往往在夹线器初始收紧受力或收紧过程中容易出现夹线器因与导线、地线、拉线握力不够而打滑的现象，容易造成安全生产事故。设计加工一种新型防滑脱式夹线器（图2），通过增加初始握力的方法，增加夹线器与导线、地线、拉线等的初始摩擦力，解决夹线器在受力过程中出现的打滑现象，杜绝因夹线器打滑造成的导地线跑线和杆塔倒杆等安全事故。

图2 新型防滑脱式夹线器

3 算例分析

将本文设计的预防性检修计划用在美国PG&E69 节点配电系统上，以证实其合理性、经济性。可以将PG&E69 系统分成8 个检修单元，主馈线对应的是母线节点0-26，分支馈线是节点2-34、2e-90、3-38、7-41、8-54、10-56 及11-58。节点配电进行计划检修时要依照中压配电配备的导线型号演算出各条馈线的长度。结合有关导则规定，中压配电网多选用LGJ-35～LGJ-120 导线。本文选用LGJ-35 导线，该型号导线电阻0.85 Ω/km，据此能推算出馈线1～8 的线路全长分别是11.4 km、5.8 km、1.8 km、0.5 km、0.5 km、7.8 km、0.3 km、1.0 km。

考虑采用如下3 种检修方式：①线路日常巡检；②供电走廊的清查；③整体检修。

为了验证本文设计的检修计划方法的有效性，考虑设定了一个为期5 年的检修计划，并规划出了3 套检修执行方案：①5年中不进行检查维修；②于第二、第五年分别执行以上3 种检修行为；③用本文设计的预防性检修计划部署工作。

3 种检修方案对馈线1 的检修状态见表1。检修状态Si表示的是本年度距离上一次执行第i 次检修的年度的跨度。设定检修初始年是第0 年，本算例涵盖了8 个检修单元，因为输网检修时间为期1 年，故而可以认为8 条电力馈线的维修时间均是错开的，即各条馈线的检修计划部署体现出独立性，当各条馈线检修费用支出最少时，表明整个输网的检修活动最具经济性[4]。

表1 3 种检修方案对馈线1 的检修状态

基于Matlab 执行编程运算，能获得以上3 种检修计划产生的检修费，方案1、方案2、方案3 总费用分别达到了1 694 750元、1 382 700 元、91 180 元。可见，如果不对输网进行任何检修行为，那么馈线1 运行期间突然停电带来的期望费用约为1 694 750 元，此时配电公司势必会承受巨大的经济损失；若在第二、第五年实施所有检修策略，那么馈线检修费用及突然停电带来的期望费用之和是138 270 元，和方案1 相比节约开支18.41%。实施本文设计的检修方案节约效果更大，实现了输网检修费用最低化。