闡述架空輸電線路運行狀態(tài)及可靠性評價_宋巖

1、闡述架空輸電線路運行狀態(tài)及可靠性評價宋巖周偉才(深圳供電局深圳518020摘要: 本文通過分析提出了一種架空輸電線路運行狀態(tài)評估的FTA分析法,該方法運用最小割集原理建立故障樹,給出了相應的線路運行狀態(tài)可靠性評估的計算公式,采用本方法對某工業(yè)區(qū)220kV線運行狀態(tài)進行可靠性評估,取得了良好的計算結(jié)果。關鍵詞:架空輸電線路;運行狀態(tài)0引言高壓交流設備狀態(tài)檢修,尤其是輸電線路的狀態(tài)檢修,并沒有一個成熟的模式可供借鑒和套用。在輸電線路狀態(tài)檢修探索過程中,因有效的狀態(tài)檢測手段不多,要真正完全實施以狀態(tài)檢測為基礎的輸電線路運維制度,目前國內(nèi)還處在探索、試驗階段。自1999年以來,我們在部分線路上進行了嘗

2、試,通過分析總結(jié),并參照兄弟單位的經(jīng)驗,結(jié)合我局輸電線路運行、檢修的實際情況,提出了以安全生產(chǎn)為中心,以狀態(tài)為基礎(包含線路巡視、檢測和檢修等內(nèi)容,探索適應深圳電網(wǎng)輸電線路特點,且切合自身發(fā)展實際的狀態(tài)檢修模式。對于架空輸電線路運行狀態(tài)進行可靠性的評價,首先需要結(jié)合輸電線路外部運行環(huán)境進行綜合的調(diào)查,收集輸電線路的歷史運行數(shù)據(jù),掌握輸電線路通過地區(qū)的地質(zhì)情況、氣象環(huán)境、污穢水平、設計參數(shù)、防腐措施、維護水平及事故原因等基本情況,然后根據(jù)以上情況制定輸電線路安全評價的分類原則,并進行深入的分析。本文提出了架空輸電線路運行狀態(tài)評估的故障樹分析法(FTA 法,該方法運用最小割集原理建造輸電線路運行狀

3、態(tài)故障樹,通過對故障樹的評價分析,找出導致架空輸電線路故障發(fā)生的各種直接原因和間接原因,計算出其相應的故障概率,以此作為架空輸電線路進行評價的理論依據(jù)。1導致架空輸電線路故障的主要因素及其狀態(tài)劃分1.1導致架空輸電線路故障的主要因素a 影響桿塔運行狀態(tài)(X 主要因素:X1,桿塔傾斜情況;X2,桿塔表面發(fā)生脫落、銹漬等情況;X 3,桿塔主材變形情況;X 4,桿塔輔材變形率;X 5,桿塔螺栓牢固情況;X 6,鋼筋混凝土電桿保護層腐蝕和鋼筋外露情況;X7,普通混凝土電桿有裂紋的情況;X 8,桿塔拉線和拉線棒銹蝕后直徑變化情況;X 9,桿塔塔材及拉線防盜情況。b 影響絕緣子運行狀態(tài)(Y 主要因素: Y

4、 1,絕緣子表面的污垢情況;Y2,絕緣子表面的爬電比距情況;Y3,瓷質(zhì)絕緣子的零值率、自爆率情況;Y 4,合成絕緣子有破損、龜裂、老化的情況;Y5,瓷質(zhì)絕緣子鎖緊銷情況;Y6,鋼角、鋼帽松動情況。c 影響金具運行狀態(tài)(Z 主要因素: Z 1,金具的銹蝕情況;Z 2,金具的磨損情況;Z 3 ,金具的銷子短缺情況;Z4,金具的松動情況;Z5,金具的強度情況。274d 影響導地線運行狀態(tài)(U 主要因素: U1 ,架空輸電線路斷股處數(shù)情況;U2 , 鍍鋅鋼絞線銹蝕情況;U3 , 導線對地弧垂偏差情況;U 4 , 導線相間弧垂偏差情況;U5 , 同相子導線弧垂偏差情況;U 6 , 導線連接器情況;U 7

5、 , 導線強度試驗值情況。f 影響基礎及接地狀態(tài)(V 主要因素: V 1 ,金屬基礎情況;V 2 , 基礎的地質(zhì)狀況;V3 , 基礎的防護措施情況(包括沖刷 ;V 4 , 接地裝置本體情況;V5 , 接地裝置敷設情況;V 6 , 接地電阻情況。1.2架空輸電線路運行狀態(tài)的劃分對于一個運行中的架空輸電線路而言,可分為運行狀態(tài)和停運狀態(tài)兩種,其中停運狀態(tài)中的計劃檢修是事先安排的,停運狀態(tài)中的故障停運是隨機的。運行狀態(tài),有時又稱工作狀態(tài),即元件處于可以執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài),其工作持續(xù)的時間稱為邊疆工作時間( TIF;停運狀態(tài)有時又稱為故障狀態(tài),即由于元件故障,處于不能執(zhí)行它的規(guī)定任務的狀態(tài),停運狀

6、態(tài)持續(xù)的時間稱為連續(xù)停運時間( TIR。兩種狀態(tài)是交替出現(xiàn)的循環(huán),由于架空輸電線路屬于可修復系統(tǒng),在本文中研究的是按照可修復系統(tǒng)來評估架空輸電線路的可靠性?？煽慷萊 ( t 定義是在給定運行條件下,系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)可靠運行的概率。對架空輸電線路而言,失效概率P( t 與可靠度的關系為R ( t +P ( t = 1 。本文提出的算法可以求出架空輸電線路的故障概率P ( t 和可靠度R ( t , 根據(jù)其計算結(jié)果可以將架空輸電線路各個部件的運行狀態(tài)劃分為三種狀態(tài),即良好狀態(tài)、注意狀態(tài)和不良狀態(tài)。凡屬不良狀態(tài), 即需要對此線路進行檢修。2輸電線路可靠性指標定義和計算原理2.1指標的定義架空輸電線路

7、的可靠性指標是指在規(guī)定的運行條件下和預定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。在可靠性理論計算中,一般可以采用以下可靠性指標:概率指標,如可靠度和可用率;頻率指標,如單位時間里發(fā)生故障的期望次數(shù);故障平均持續(xù)時間指標;期望值,如一年中系統(tǒng)發(fā)生故障的期望天數(shù)等表示。本文對架空輸電線路的運行狀態(tài)進行評估時使用的指標為概率指標,其通過計算故障概率來得到輸電線路運行狀態(tài)的可靠度指標。2.2計算原理本文采用FTA 法評定故障樹就是找出導致架空輸電線路發(fā)生故障的可能的故障模式, 即求出導致線路故障的所有最小割集。通過分析最小割集得到哪些元件是輸電線路可靠性最薄弱的環(huán)節(jié)。若給定基本故障事件出現(xiàn)的概率, 則可以定量地評

8、定故障樹頂事件T 出現(xiàn)的概率。若已求出故障樹的最小割集B1 , B2 , B3 , Bm 則當至少有一個最小割集出現(xiàn)時, 故障樹頂事件出現(xiàn)的概率為P T= 。設架空輸電線路中間事件 P( X ,P( Y , P( Z , P (U , P(V 分別為桿塔、絕緣子、金具、導地線、基礎及接地裝置運行狀態(tài)的不良狀態(tài)概率,基本事件分別為 X 1, , X 9 ,Y1 , , Y 6 , Z1 , , Z5 , U 1 , , U 7 , V 1 , V6 33 個最小割集,則整條架空輸電線路的故障概率為:P N = ( N = X , Y , Z , U , V (1設架空輸電線路的故障概率為P s,

9、則根據(jù)系統(tǒng)概率的簡化算法, 我們得到Ps =,由此我們可以得到架空輸電線路的運行狀態(tài)概率計算公式為:275P s = P(X + P(Y + P(Z + P(U + P(V (2P ( N 為中間事件的故障概率, 其計算公式如下:P( Ni =。(3式中: P ( N 各中間事件的不良狀態(tài)概率;Ni各基本事件設備元件處于不良狀態(tài)個數(shù);N N各個基本事件整體設備元件的總數(shù);n 基本事件的個數(shù)。為了使計算精度更加精確,本文采用了加權(quán)系數(shù)的概率計算方法。其權(quán)系數(shù)大小由專家根據(jù)線路運行情況給出。此算法我們稱為最小割集系統(tǒng)狀態(tài)概率的上界算法,這種算法既滿足了工程精度, 又可節(jié)省大量計算時間。加權(quán)算法公式

10、如下:P s = P( X ·R X + P( Y ·R Y + P( Z ·R Z+ P(U ·R U + P(V ·R V (4P( N =(5式中: RN ( N = X , Y , Z , U , V 為各中間事件的權(quán)系數(shù),其基本事件權(quán)系數(shù)R Ni如下矩陣所示: (63實例分析依據(jù)本文的算法公式,選取2005年該工區(qū)220kV線的運行狀態(tài)進行計算,該線路長度22.98 km。線路中共有桿塔74 基;絕緣子5287片,其中瓷質(zhì)絕緣子4675片,合成絕緣子80串;金具4000 個;地線73 根;基礎及接地裝置74 基。根據(jù)各個部件運行狀態(tài)的

11、原始數(shù)據(jù)(略,使用公式(4 可得到架空輸電線路不良狀態(tài)概率,通過公式(5 計算架空輸電線路中間事件運行狀態(tài)概率。輸電線路各中間事件不良狀態(tài)概率為:P (X = 0.023 108 108;P (Y = 0.034 626 768;P (Z = 0.017 000 000;P (U = 0.009 041 095;P (V = 0.065 000 000。276輸電線路不良狀態(tài)概率為:P s =P a(X ×35 % + P a(Y ×5 % + P a(Z ×1 %+ P a(U ×4 %+ P a(V ×55 % =0.046 100 82

12、。則整條架空輸電線路的良好狀態(tài)概率為:評分= 1 P s = 1 0.046 100 8295. 4 % 。由以上計算結(jié)果可得整條架空輸電線路的良好狀態(tài)概率為95.4 %,由此可知該線路狀態(tài)處于良好運行狀態(tài)。由以上各個元件狀態(tài)概率,可知該條輸電線路的基礎及接地裝置良好狀態(tài)概率低于其它元件,其中又以接地電阻的不良概率最大,故可以判定該部分為系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié),需要給以及時維護。4 可應用到輸電線路狀態(tài)檢修后臺分析決策系統(tǒng),作為實現(xiàn)線路狀態(tài)檢修的重要輔助工具輸電線路狀態(tài)檢修的突出優(yōu)點是基于設備狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù),判斷設備的健康狀態(tài),實施主動維修,由圖1可見,基于全生命周期相關信息的狀態(tài)檢修解決方案,保留

13、了狀態(tài)檢修的要件,便于在靜態(tài)信息的基礎上依據(jù)動態(tài)信息及分析決定合適的維修策略。在“專家診斷”及“維修決策”平臺中,擁有來自設計、施工部門的圖紙文檔,以及運行、維修的歷史資料。同時,該系統(tǒng)與GIS、雷電定位、MIS等系統(tǒng)結(jié)合,接收來自外系統(tǒng)的氣象、狀態(tài)監(jiān)測及模擬試驗數(shù)據(jù),從而便于實現(xiàn)生命周期各階段(設計、制造、施工、運行、維修、試驗及管理的信息共享,實行跨行業(yè)、跨部門的協(xié)調(diào)乃至聯(lián)動。專家診斷平臺中,根據(jù)標準庫、知識庫、經(jīng)驗庫,結(jié)合上述架空輸電線路運行狀態(tài)評估的故障樹分析法(FTA 法,形成線路上各類設備狀態(tài)的判斷標準和判斷結(jié)果,為檢修決策提供狀態(tài)判斷的依據(jù)。圖1基于全生命周期相關信息輸電線路狀態(tài)

14、檢修后臺分析決策系統(tǒng) 2775結(jié)束語狀態(tài)檢修方式以設備當前的實際工作狀況為依據(jù),它通過先進的狀態(tài)監(jiān)測和診斷手段、可靠性評價手段以及壽命預測手段,判斷設備的狀態(tài),識別故障的早期征兆,對故障部位及其嚴重程度、故障發(fā)展趨勢做出判斷,并根據(jù)分析診斷結(jié)果,在設備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動實施維修。它為電氣設備安全、穩(wěn)定、長周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運行提供了可靠的技術(shù)和管理保障。狀態(tài)檢修的關鍵是對設備狀態(tài)的判斷,不僅要識別已經(jīng)發(fā)生的故障,而且預測未來可能發(fā)生的故障。解決這些問題,一些常規(guī)的計算程序和分析程序無能為力或不夠有效。因為在這些問題中,人類專家的經(jīng)驗起著主導作用,如何將架空輸電線路全生命周期相關信息進行分析和系統(tǒng)固化實現(xiàn)并有自學功能顯得相當重要,上述故障樹分析法(FTA 法運用最小割集原理建造輸電線路運行狀態(tài)故障樹, 通過對故障樹的評價分析找出導致架空輸電線路故障發(fā)生