雙回平行輸電線路可靠性模型_secret

1、雙回平行輸電線路可靠性模型1引言 隨著電力系統(tǒng)向大容量超高壓輸電方向發(fā)展，電能的輸送距離越來(lái)越遠(yuǎn)。由于受到環(huán)境條件、地域狀況以及環(huán)境保護(hù)等因素的限制，架空輸電線路的路徑選擇越來(lái)越困難，這就使得雙回平行輸電線路成為一種常用的架設(shè)方式?，F(xiàn)在同塔雙回緊湊型輸電線路也已開(kāi)始研究實(shí)施1。 目前，在大電網(wǎng)可靠性的計(jì)算分析中，一般只考慮輸電線路的獨(dú)立停運(yùn)故障對(duì)可靠性的影響27，很少計(jì)及雙回平行輸電線路的共同模式故障和相關(guān)停運(yùn)故障，這在某些情況下會(huì)對(duì)可靠性的評(píng)估結(jié)果帶來(lái)較大的誤差。為了提高可靠性評(píng)估的精度，應(yīng)計(jì)及其它故障模式的影響。因此，有必要建立能夠計(jì)及各種故障模式時(shí)雙回平行輸電線路的可靠性計(jì)算模型，以便計(jì)

2、算分析這些故障模式對(duì)其可靠性的影響。 雙回平行輸電線的故障模式可以分為獨(dú)立停運(yùn)、相關(guān)停運(yùn)和共同模式停運(yùn)8。已有文獻(xiàn)810對(duì)共同模式停運(yùn)的影響進(jìn)行了討論，但在已有的模型中尚未計(jì)入相關(guān)停運(yùn)故障模式。 本文主要討論計(jì)及各種故障模式時(shí)雙回平行輸電線的可靠性模型。首先將建立雙回平行輸電線路馬爾可夫隨機(jī)模型，然后再運(yùn)用馬爾可夫過(guò)程導(dǎo)出雙回平行輸電線路的失效概率和平均無(wú)故障工作時(shí)間的計(jì)算表達(dá)式。最后分析和比較各種故障模式和維修方式對(duì)雙回平行輸電線路運(yùn)行可靠性的影響。2 雙回平行輸電線路可靠性計(jì)算模型2.1 雙回平行輸電線路的馬爾可夫隨機(jī)模型 建立計(jì)及獨(dú)立停運(yùn)、相關(guān)停運(yùn)和共同模式停運(yùn)時(shí)，雙回平行輸電線路的馬爾

3、可夫隨機(jī)模型如圖1所示。若采用供電連續(xù)性作為可靠性準(zhǔn)則，那么雙回平行輸電線路同時(shí)故障時(shí)為系統(tǒng)失效。假定該模型每一回線路停運(yùn)后均可單獨(dú)修復(fù)并重新投入運(yùn)行,也可以同時(shí)修復(fù)同時(shí)重新投入運(yùn)行。由于在瞬時(shí)故障時(shí)用自動(dòng)裝置恢復(fù)供電，其相應(yīng)的停運(yùn)時(shí)間很短，故可忽略其影響。 在圖1中，1和2分別為各回線路獨(dú)立停運(yùn)故障率，c為共同模式停運(yùn)故障率，d1、d2和d分別為相關(guān)停運(yùn)故障率；1和2分別為各回線路獨(dú)立停運(yùn)單獨(dú)修復(fù)率，c1和c2分別為共同模式停運(yùn)單獨(dú)修復(fù)率，d1和d2分別為相關(guān)停運(yùn)單獨(dú)修復(fù)率；12、c和d分別為獨(dú)立停運(yùn)、共同模式停運(yùn)和相關(guān)停運(yùn)同時(shí)修復(fù)率。2.2 雙回平行輸電線路的失效概率 圖1所示的雙回平行輸

4、電線路馬爾可夫隨機(jī)模型的隨機(jī)轉(zhuǎn)移概率矩陣為 解式(2)可求得各狀態(tài)的極限狀態(tài)概率，從而得到失效概率U的表達(dá)式為2.3 雙回平行輸電線路的平均無(wú)故障工作時(shí)間 因圖1中狀態(tài)4、5、6是吸收狀態(tài)，由隨機(jī)轉(zhuǎn)移概率矩陣P可得截尾矩陣為 式中2.4 雙回平行輸電線路可靠性計(jì)算的簡(jiǎn)化表達(dá)式 由于在實(shí)際運(yùn)行中，元件的故障率遠(yuǎn)小于修復(fù)率，因此可采用附錄所列的假設(shè)條件，得到雙回平行輸電線路失效概率和等效故障率的簡(jiǎn)化表達(dá)式為式中 U為雙回平行輸電線路的失效概率;e為雙回平行輸電線路的等效故障率; r1、r2為獨(dú)立停運(yùn)單獨(dú)修復(fù)時(shí)間; rc1、rc2為共同模式停運(yùn)單獨(dú)修復(fù)時(shí)間; rd1、rd2為相關(guān)停運(yùn)單獨(dú)修復(fù)時(shí)間;

5、r12、rc和rd分別為獨(dú)立停運(yùn)、共同模式停運(yùn)和相關(guān)停運(yùn)同時(shí)修復(fù)時(shí)間。 由失效概率U和等效故障率le可求得等效停運(yùn)時(shí)間re為3 討論 由式(22)、(23)可見(jiàn)，在考慮了獨(dú)立停運(yùn)、共同模式停運(yùn)和相關(guān)停運(yùn)時(shí)，雙回平行輸電線路的失效概率和等效故障率均由3部分組成：第1部分是由兩線路單獨(dú)失效的重疊故障引起；第2部分由共同模式故障引起；第3部分由相關(guān)模式故障引起。 對(duì)于第1部分，由于兩線路故障率的乘積很小，因而后面2部分對(duì)系統(tǒng)失效概率和故障率影響很大，甚至起著支配作用。對(duì)于第3部分，若一回線路故障并導(dǎo)致另一回線路過(guò)載，在忽略瞬時(shí)故障的影響時(shí)，該過(guò)載線路立即失效的概率和等效故障率比經(jīng)過(guò)一段時(shí)間再失效的情

6、況要大得多。 此外可以證明，把上述計(jì)及獨(dú)立停運(yùn)、相關(guān)停運(yùn)和共同模式停運(yùn)故障模式的雙回平行輸電線路可靠性計(jì)算模型作適當(dāng)變形，就可以作為不同情況下的雙回平行輸電線路可靠性計(jì)算模型。例如，把式(4)、(10)(15)、以及式(22)、(23)中下標(biāo)含有d的各項(xiàng)去掉，則可得到計(jì)及獨(dú)立停運(yùn)和共同模式停運(yùn)故障模式的雙回平行輸電線路可靠性計(jì)算模型；或把上述公式中下標(biāo)含有c的各項(xiàng)去掉，則可得到計(jì)及獨(dú)立停運(yùn)和相關(guān)模式停運(yùn)故障模式的雙回平行輸電線路可靠性計(jì)算模型；還可以根據(jù)維修情況考慮是否計(jì)入相應(yīng)的維修率或維修時(shí)間等。因此，用該模型很容易分析計(jì)算各種故障模式和維修方式對(duì)雙回平行輸電線路可靠性的影響，具有較好的適應(yīng)

7、性。4 算例 表1是一假設(shè)的雙回平行輸電線路在部分故障模式和維修情況時(shí)的隨機(jī)性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平均值。用式(22)(24)對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)： （1）盡管共同模式停運(yùn)的故障率僅為獨(dú)立停運(yùn)故障率的10%，系統(tǒng)失效率和失效概率卻增大23個(gè)數(shù)量級(jí)。 （2）在獨(dú)立故障重疊停運(yùn)時(shí)，若修復(fù)后既能單獨(dú)重新投入運(yùn)行,也可以同時(shí)重新投入運(yùn)行，以及在共同模式停運(yùn)時(shí)，若能增加單獨(dú)修復(fù)，都將減小失效概率和平均停運(yùn)時(shí)間。 （3） 由狀態(tài)1到狀態(tài)6的相關(guān)停運(yùn)與共同模式停運(yùn)相似，由狀態(tài)1 經(jīng)狀態(tài)2或3到狀態(tài)6的相關(guān)停運(yùn)與獨(dú)立重疊停運(yùn)相似。 （4） 雙回平行輸電線路的架設(shè)方式和維修策略將會(huì)影響其可靠性。例如，沿同一路徑架設(shè)時(shí)不易遭受倒桿這樣的共同模式故障的影響，即lc??；同桿架設(shè)時(shí)在一回線路故障后能帶電檢修，即能單獨(dú)修復(fù)；這都將提高其運(yùn)行可靠性。5 結(jié)論 本文提出了一種較現(xiàn)有方法更為完整的雙回平行輸電線路可靠性評(píng)估統(tǒng)一模型。該模型可以計(jì)及獨(dú)立停運(yùn)、相關(guān)停運(yùn)和共同模式停運(yùn)，并可考慮各種修復(fù)方式對(duì)雙回平行輸電線路運(yùn)行可靠性的影響。運(yùn)用馬爾可夫隨機(jī)過(guò)程理論導(dǎo)出了雙回平行輸電線路可靠性指標(biāo)計(jì)算公式。其簡(jiǎn)化表達(dá)式能方便地用于