一種輸變電設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力設(shè)備運(yùn)行技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種輸變電設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng) 估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)可靠性是指電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量不間斷地向電力 用戶供應(yīng)電力和電能的能力的量度，它始終是電力系統(tǒng)中最重要的研究問(wèn)題之一。隨著現(xiàn) 代電力系統(tǒng)規(guī)模的加大，W及用戶對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高，特別是國(guó)內(nèi)外的幾次大停 電事故的發(fā)生，電力系統(tǒng)的安全可靠性引起了人們的高度重視。電力系統(tǒng)是一個(gè)由發(fā)電機(jī)、 變壓器、斷路器、輸電設(shè)備、用電設(shè)備等電氣設(shè)備組成的復(fù)雜系統(tǒng)，該些電氣設(shè)備能否安全 可靠運(yùn)行將直接決定著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性與可靠性，由此可見(jiàn)，電氣設(shè)備的可靠性是 電力系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)，電氣設(shè)備的可靠性評(píng)估是整個(gè)電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估的重要組成部 分。
[0003] 根據(jù)我國(guó)有關(guān)電力系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得知，2003年-2013年間，由電氣設(shè)備自身故 障引起的電力系統(tǒng)事故在電力系統(tǒng)全部故障中所占的比例呈逐年增加的趨勢(shì)，每年有60% W上的電力系統(tǒng)事故是由電氣設(shè)備故障引起的。W 2010年云南省為例，云南電網(wǎng)公司發(fā)生 的較大的電力系統(tǒng)事故有30起，其中，由電氣設(shè)備故障造成的事故占21起，約為事故總數(shù) 的70%。從其它國(guó)家的電力系統(tǒng)事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，情況也是該樣，根據(jù)國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)大 停電事故原因的分析結(jié)果可知，電氣設(shè)備自身故障不僅是影響電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的主要原 因，而且是電力系統(tǒng)故障中所占比例最大的。
[0004] 目前，電力企業(yè)正在試行W設(shè)備狀態(tài)檢修為主的檢修方式，通過(guò)對(duì)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行 狀態(tài)的檢測(cè)分析，及時(shí)、有效地安排檢修計(jì)劃，避免了設(shè)備檢修不足或檢修過(guò)度的問(wèn)題。隨 著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、設(shè)備不斷增多，科學(xué)合理的設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并制定狀態(tài)檢修決策 顯得尤為重要。
[0005] 國(guó)內(nèi)外關(guān)于設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和狀態(tài)檢修策略的研究主要有3個(gè)分支：基于設(shè)備 全壽命周期成本（LCC)的狀態(tài)檢修、W可靠性為中屯、的狀態(tài)檢修（RCM)，基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的狀 態(tài)檢修（RBM)。其中，基于LCC的狀態(tài)檢修策略主要偏重于減少設(shè)備檢測(cè)和維修的總費(fèi)用， 沒(méi)有強(qiáng)調(diào)設(shè)備檢修安排對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的影響；RCM策略則更多地傾向于提高系統(tǒng)的可 靠性，但忽視了設(shè)備可能因檢修不及時(shí)發(fā)生故障所造成的各種損失；而RBM策略能突出概 率較小但后果較為嚴(yán)重的事件，平衡所有不確定的收益及成本，因此在狀態(tài)檢修決策優(yōu)化 中得到了廣泛應(yīng)用，但由于目前所采用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)過(guò)于單一，沒(méi)有綜合考慮電網(wǎng)運(yùn)行 可靠性和設(shè)備故障損失等因素，影響了檢修決策的準(zhǔn)確性。
[0006] 為了有效延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命，就需要對(duì)電氣設(shè)備，特別是變電站和電廠內(nèi) 輸變電設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，而如何科學(xué)有效的對(duì)輸變電設(shè)備運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估是一個(gè)亟待解 決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種輸變電設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法，按 照W下6個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算：
[000引 S1 ;故障模式辨識(shí)；
[0009] 本發(fā)明采用領(lǐng)結(jié)模型分析常見(jiàn)故障模式的原因及后果，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù) 巧U;對(duì)當(dāng)前可能存在的故障模式，進(jìn)行故障原因分析和故障后果預(yù)測(cè)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制至關(guān)重要； 故障原因不同時(shí)，故障發(fā)展趨勢(shì)和可能造成的故障后果都有可能不同；對(duì)故障原因常采用 故障樹(shù)分析方法，故障樹(shù)分析W目標(biāo)故障模式為頂事件，自上而下地分析可能會(huì)造成頂事 件的原因，是一種由果至因的分析方法；對(duì)故障后果的預(yù)測(cè)是分析該故障模式后續(xù)可能會(huì) 引起的其他故障模式，W及可能導(dǎo)致的最終功能故障，該直接關(guān)系到變壓器的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；事 件樹(shù)分析方法被廣泛應(yīng)用于分析某一事件造成的后果，它按照故障發(fā)展的時(shí)間順序由初始 故障源預(yù)估后續(xù)可能會(huì)引起的故障后果，從而對(duì)系統(tǒng)的安全性和可靠性進(jìn)行分析，是一種 由因至果的分析方法；
[0010] S2 ;基于故障因果網(wǎng)絡(luò)圖，構(gòu)建故障模式的領(lǐng)結(jié)模型
[0011] 本發(fā)明結(jié)合故障樹(shù)和事件樹(shù)分析方法對(duì)故障模式的原因和結(jié)果進(jìn)行分析，形成W 故障模式為中屯、節(jié)點(diǎn)的領(lǐng)結(jié)模型；領(lǐng)結(jié)模型能夠聯(lián)合故障樹(shù)和事件樹(shù)分析事故的原因、后 果W及事故風(fēng)險(xiǎn)，確定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，在風(fēng)險(xiǎn)管理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用；領(lǐng)結(jié)模型 用圖形的方式來(lái)描述一個(gè)關(guān)鍵事件的原因和結(jié)果；如圖2所示，關(guān)鍵事件位于圖形的中間， 左側(cè)用故障樹(shù)分析關(guān)鍵事件的原因，其中直接與關(guān)鍵事件連接的事件稱為直接原因；右側(cè) 用事件樹(shù)分析關(guān)鍵事件可能造成的后果，直接與關(guān)鍵事件連接的事件稱為直接后果，整個(gè) 圖形形成了領(lǐng)結(jié)式的結(jié)構(gòu)，因此稱為領(lǐng)結(jié)模型，有時(shí)也稱為領(lǐng)結(jié)圖分析、蝴蝶結(jié)模型；在風(fēng) 險(xiǎn)管理領(lǐng)域，領(lǐng)結(jié)模型主要用于研究安全措施的設(shè)置位置和方式，W減免危險(xiǎn)事件的發(fā)生， 安全措施為安全屏障；
[0012] S3 ;對(duì)領(lǐng)結(jié)模型左側(cè)的故障原因進(jìn)行分析、歸類，化為單鏈結(jié)構(gòu)
[0013] 輸變電設(shè)備故障因果網(wǎng)絡(luò)圖表現(xiàn)了所有故障模式之間的因果關(guān)系，為建立領(lǐng)結(jié)模 型提供了理論基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的故障樹(shù)和事件樹(shù)都可W用因果網(wǎng)絡(luò)圖表示，所W本發(fā)明領(lǐng)結(jié)模 型的左右兩側(cè)均采用因果網(wǎng)絡(luò)圖表示；
[0014] 在通綜合診斷后得到輸變電設(shè)備可能存在的故障模式后，將該故障模式作為領(lǐng)結(jié) 模型中的關(guān)鍵事件，定位關(guān)鍵事件在整個(gè)因果網(wǎng)絡(luò)圖中的具體位置，并沿著連接點(diǎn)向前捜 索與之有直接或間接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)父節(jié)點(diǎn)，即可獲得該關(guān)鍵事件的原因節(jié)點(diǎn)，將涵 蓋的所有節(jié)點(diǎn)W原有連接方式置于領(lǐng)結(jié)模型的左側(cè)與關(guān)鍵事件連接；然后用同樣的方法沿 著關(guān)鍵事件所在節(jié)點(diǎn)向后捜索與之有直接或間接聯(lián)系的節(jié)點(diǎn)直至葉節(jié)點(diǎn)，即可獲得該關(guān)鍵 事件的后果節(jié)點(diǎn)，將該些節(jié)點(diǎn)置于領(lǐng)結(jié)模型的右側(cè)與關(guān)鍵事件連接，由此形成該故障模式 的領(lǐng)結(jié)模型；對(duì)于節(jié)點(diǎn)較多的網(wǎng)絡(luò)圖，可應(yīng)用常見(jiàn)的路徑捜索算法確定關(guān)鍵事件左側(cè)的原 因節(jié)點(diǎn)和右側(cè)的后果節(jié)點(diǎn)；
[0015] S4 ;分析領(lǐng)結(jié)模型中的致險(xiǎn)應(yīng)力及增險(xiǎn)應(yīng)力，構(gòu)建半馬爾科夫模型
[0016] 本發(fā)明采用半馬爾科夫過(guò)程描述故障模式的發(fā)展過(guò)程；
[0017] 半馬爾科夫過(guò)程與馬爾科夫更新過(guò)程有關(guān)，馬爾科夫更新過(guò)程中，如n為非負(fù)整 數(shù)，設(shè)X =找n}，Xn G S，T = {Tn}，Tn > 0,且0 = TO《T1《???<化-1《化《…；若對(duì)于 任意n > 0, j G S，t > 0滿足式（1):
[001 引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種輸變電設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于，按照以下6個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算： 51 :故障模式辨識(shí) 采用領(lǐng)結(jié)模型分析常見(jiàn)故障模式的原因及后果，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)；對(duì)故障原 因常采用故障樹(shù)分析方法，故障樹(shù)分析以目標(biāo)故障模式為頂事件，自上而下地分析可能會(huì) 造成頂事件的原因；對(duì)故障后果的預(yù)測(cè)是采用事件樹(shù)分析方法； 52 :基于故障因果網(wǎng)絡(luò)圖，構(gòu)建故障模式的領(lǐng)結(jié)模型 結(jié)合故障樹(shù)和事件樹(shù)分析方法對(duì)故障模式的原因和結(jié)果進(jìn)行分析，形成以故障模式為 中心節(jié)點(diǎn)的領(lǐng)結(jié)模型；領(lǐng)結(jié)模型采用圖形的方式來(lái)描述一個(gè)關(guān)鍵事件的原因和結(jié)果；關(guān)鍵 事件位于圖形的中間，左側(cè)用故障樹(shù)分析關(guān)鍵事件的原因，其中直接與關(guān)鍵事件連接的事 件稱為直接原因；右側(cè)用事件樹(shù)分析關(guān)鍵事件可能造成的后果，直接與關(guān)鍵事件連接的事 件稱為直接后果，整個(gè)圖形形成了領(lǐng)結(jié)式的結(jié)構(gòu)； 53 :對(duì)領(lǐng)結(jié)模型左側(cè)的故障原因進(jìn)行分析、歸類，化為單鏈結(jié)構(gòu) 領(lǐng)結(jié)模型的左右兩側(cè)均采用因果網(wǎng)絡(luò)圖表示； 在通過(guò)綜合診斷后得到輸變電設(shè)備可能存在的故障模式后，將該故障模式作為領(lǐng)結(jié)模 型中的關(guān)鍵事件，定位關(guān)鍵事件在整個(gè)因果網(wǎng)絡(luò)圖中的具體位置，并沿著連接點(diǎn)向前搜索 與之有直接或間接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)父節(jié)點(diǎn)，即可獲得該關(guān)鍵事件的原因節(jié)點(diǎn)，將涵蓋 的所有節(jié)點(diǎn)以原有連接方式置于領(lǐng)結(jié)模型的左側(cè)與關(guān)鍵事件連接；然后用同樣的方法沿著 關(guān)鍵事件所在節(jié)點(diǎn)向后搜索與之有直接或間接聯(lián)系的節(jié)點(diǎn)直至葉節(jié)點(diǎn)，即可獲得該關(guān)鍵事 件的后果節(jié)點(diǎn)，將這些節(jié)點(diǎn)置于領(lǐng)結(jié)模型的右側(cè)與關(guān)鍵事件連接，由此形成該故障模式的 領(lǐng)結(jié)模型；對(duì)于節(jié)點(diǎn)較多的網(wǎng)絡(luò)圖，可應(yīng)用常見(jiàn)的路徑搜索算法確定關(guān)鍵事件左側(cè)的原因 節(jié)點(diǎn)和右側(cè)的后果節(jié)點(diǎn)； 54 :分析領(lǐng)結(jié)模型中的致險(xiǎn)應(yīng)力及增險(xiǎn)應(yīng)力，構(gòu)建半馬爾科夫模型 采用半馬爾科夫過(guò)程描述故障模式的發(fā)展過(guò)程； 55 :分為兩個(gè)步驟S5. 1和S5. 2同時(shí)進(jìn)行 S5. 1 :模型參數(shù)獲取故障概率求解； 通過(guò)分析確定關(guān)鍵事件引起的劣化狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系后，需要獲取半馬爾科夫過(guò)程的參 數(shù)，即在各個(gè)狀態(tài)的停留時(shí)間的概率分布；輸變電設(shè)備在劣化狀態(tài)停留時(shí)間的概率密度分 布普遍為威布爾分布，由此形成半馬爾科夫過(guò)程中常見(jiàn)的模型形式Weibull - Markov模 型；其中的參數(shù)〇1、12、23，由劣化統(tǒng)一模型獲得；在獲取如讓1111-1&^1?^模型中的參數(shù)后 根據(jù)半馬爾科夫過(guò)程的數(shù)值求解過(guò)程獲取各個(gè)時(shí)刻輸變電設(shè)備處于每個(gè)狀態(tài)的概率，以得 到輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)中的故障概率因素； S5. 2 :估測(cè)故障原因作用下各劣化狀態(tài)的維修時(shí)間類別，確定各狀態(tài)的維修費(fèi)用； 對(duì)于Weibull - Markov所示的風(fēng)險(xiǎn)模型，故障后果即為維修各狀態(tài)所需費(fèi)用；狀態(tài)的 維修費(fèi)用采取與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法相同的方式，即首先依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算狀態(tài)的維修時(shí)間類別，然 后查找維修時(shí)間類別對(duì)應(yīng)的維修費(fèi)用；故障維修時(shí)間與領(lǐng)結(jié)模型左側(cè)的故障原因密不可 分； 56 :風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè) 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)設(shè)為故障概率和故障后果的乘積；通過(guò)以上分析獲得了領(lǐng)結(jié)模型對(duì)應(yīng)的半馬 爾科夫過(guò)程模型中輸變電設(shè)別處于各狀態(tài)的概率和各狀態(tài)的維修費(fèi)用后，根據(jù)下式即獲得 設(shè)備面臨的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)：
其中R(t)為十倍在t時(shí)刻面臨的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，η為狀態(tài)數(shù)，Pi (t)為在t時(shí)刻設(shè)備處于第 i個(gè)狀態(tài)的概率，Ci為修復(fù)第i個(gè)狀態(tài)所需的費(fèi)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種輸變電設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法，結(jié)合故障樹(shù)和事件樹(shù)分析方法對(duì)故障模式的原因和結(jié)果進(jìn)行分析，形成以故障模式為中心節(jié)點(diǎn)的領(lǐng)結(jié)模型，領(lǐng)結(jié)模型能夠聯(lián)合故障樹(shù)和事件樹(shù)分析事故的原因、后果以及事故風(fēng)險(xiǎn)，確定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。本發(fā)明針對(duì)輸變電設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，可以動(dòng)態(tài)評(píng)估運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，相較于現(xiàn)有技術(shù)的故障診斷機(jī)制，動(dòng)態(tài)故障診斷機(jī)制增加了對(duì)證據(jù)信息需求的判斷，減少了診斷過(guò)程的盲目性，可有效判斷輸變電設(shè)備的故障情況，因此評(píng)估得到的輸變電設(shè)備的使用壽命結(jié)果更準(zhǔn)確，更加符合實(shí)際情況，從而對(duì)工程應(yīng)用更具有指導(dǎo)意義。
【IPC分類】G06Q10-06, G06Q50-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104537487
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410823001
【發(fā)明人】曹敏, 薛武, 周年榮, 張林山, 沈鑫, 高文勝
【申請(qǐng)人】云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月25日