闡述架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)及可靠性評(píng)價(jià)_宋巖

1、闡述架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)及可靠性評(píng)價(jià)宋巖周偉才(深圳供電局深圳518020摘要: 本文通過(guò)分析提出了一種架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的FTA分析法,該方法運(yùn)用最小割集原理建立故障樹(shù),給出了相應(yīng)的線路運(yùn)行狀態(tài)可靠性評(píng)估的計(jì)算公式,采用本方法對(duì)某工業(yè)區(qū)220kV線運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行可靠性評(píng)估,取得了良好的計(jì)算結(jié)果。關(guān)鍵詞:架空輸電線路;運(yùn)行狀態(tài)0引言高壓交流設(shè)備狀態(tài)檢修,尤其是輸電線路的狀態(tài)檢修,并沒(méi)有一個(gè)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(guò)程中,因有效的狀態(tài)檢測(cè)手段不多,要真正完全實(shí)施以狀態(tài)檢測(cè)為基礎(chǔ)的輸電線路運(yùn)維制度,目前國(guó)內(nèi)還處在探索、試驗(yàn)階段。自1999年以來(lái),我們?cè)诓糠志€路上進(jìn)行了嘗

2、試,通過(guò)分析總結(jié),并參照兄弟單位的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合我局輸電線路運(yùn)行、檢修的實(shí)際情況,提出了以安全生產(chǎn)為中心,以狀態(tài)為基礎(chǔ)(包含線路巡視、檢測(cè)和檢修等內(nèi)容,探索適應(yīng)深圳電網(wǎng)輸電線路特點(diǎn),且切合自身發(fā)展實(shí)際的狀態(tài)檢修模式。對(duì)于架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行可靠性的評(píng)價(jià),首先需要結(jié)合輸電線路外部運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行綜合的調(diào)查,收集輸電線路的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù),掌握輸電線路通過(guò)地區(qū)的地質(zhì)情況、氣象環(huán)境、污穢水平、設(shè)計(jì)參數(shù)、防腐措施、維護(hù)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(píng)價(jià)的分類原則,并進(jìn)行深入的分析。本文提出了架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的故障樹(shù)分析法(FTA 法,該方法運(yùn)用最小割集原理建造輸電線路運(yùn)行狀

3、態(tài)故障樹(shù),通過(guò)對(duì)故障樹(shù)的評(píng)價(jià)分析,找出導(dǎo)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(jì)算出其相應(yīng)的故障概率,以此作為架空輸電線路進(jìn)行評(píng)價(jià)的理論依據(jù)。1導(dǎo)致架空輸電線路故障的主要因素及其狀態(tài)劃分1.1導(dǎo)致架空輸電線路故障的主要因素a 影響桿塔運(yùn)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(hù)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(yùn)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(dòng)情況。c 影響金具運(yùn)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(dòng)情況;Z5,金具的強(qiáng)度情況。274d 影響導(dǎo)地線運(yùn)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(dǎo)線對(duì)地弧垂偏差情況;U 4 , 導(dǎo)線相間弧垂偏差情況;U5 , 同相子導(dǎo)線弧垂偏差情況;U 6 , 導(dǎo)線連接器情況;U 7

5、 , 導(dǎo)線強(qiáng)度試驗(yàn)值情況。f 影響基礎(chǔ)及接地狀態(tài)(V 主要因素: V 1 ,金屬基礎(chǔ)情況;V 2 , 基礎(chǔ)的地質(zhì)狀況;V3 , 基礎(chǔ)的防護(hù)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(shè)情況;V 6 , 接地電阻情況。1.2架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的劃分對(duì)于一個(gè)運(yùn)行中的架空輸電線路而言,可分為運(yùn)行狀態(tài)和停運(yùn)狀態(tài)兩種,其中停運(yùn)狀態(tài)中的計(jì)劃?rùn)z修是事先安排的,停運(yùn)狀態(tài)中的故障停運(yùn)是隨機(jī)的。運(yùn)行狀態(tài),有時(shí)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(shí)間稱為邊疆工作時(shí)間( TIF;停運(yùn)狀態(tài)有時(shí)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(wù)的狀態(tài),停運(yùn)狀

6、態(tài)持續(xù)的時(shí)間稱為連續(xù)停運(yùn)時(shí)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(fù)系統(tǒng),在本文中研究的是按照可修復(fù)系統(tǒng)來(lái)評(píng)估架空輸電線路的可靠性?？煽慷萊 ( t 定義是在給定運(yùn)行條件下,系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可靠運(yùn)行的概率。對(duì)架空輸電線路而言,失效概率P( t 與可靠度的關(guān)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(jì)算結(jié)果可以將架空輸電線路各個(gè)部件的運(yùn)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(duì)此線路進(jìn)行檢修。2輸電線路可靠性指標(biāo)定義和計(jì)算原理2.1指標(biāo)的定義架空輸電線路

7、的可靠性指標(biāo)是指在規(guī)定的運(yùn)行條件下和預(yù)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。在可靠性理論計(jì)算中,一般可以采用以下可靠性指標(biāo):概率指標(biāo),如可靠度和可用率;頻率指標(biāo),如單位時(shí)間里發(fā)生故障的期望次數(shù);故障平均持續(xù)時(shí)間指標(biāo);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(duì)架空輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估時(shí)使用的指標(biāo)為概率指標(biāo),其通過(guò)計(jì)算故障概率來(lái)得到輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的可靠度指標(biāo)。2.2計(jì)算原理本文采用FTA 法評(píng)定故障樹(shù)就是找出導(dǎo)致架空輸電線路發(fā)生故障的可能的故障模式, 即求出導(dǎo)致線路故障的所有最小割集。通過(guò)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(píng)

8、定故障樹(shù)頂事件T 出現(xiàn)的概率。若已求出故障樹(shù)的最小割集B1 , B2 , B3 , Bm 則當(dāng)至少有一個(gè)最小割集出現(xiàn)時(shí), 故障樹(shù)頂事件出現(xiàn)的概率為P T= 。設(shè)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(dǎo)地線、基礎(chǔ)及接地裝置運(yùn)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(gè)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(shè)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(jiǎn)化算法, 我們得到Ps =,由此我們可以得到架空輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)概率計(jì)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(jì)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(shè)備元件處于不良狀態(tài)個(gè)數(shù);N N各個(gè)基本事件整體設(shè)備元件的總數(shù);n 基本事件的個(gè)數(shù)。為了使計(jì)算精度更加精確,本文采用了加權(quán)系數(shù)的概率計(jì)算方法。其權(quán)系數(shù)大小由專家根據(jù)線路運(yùn)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(jì)算時(shí)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(shí)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(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,該線路長(zhǎng)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(gè);地線73 根;基礎(chǔ)及接地裝置74 基。根據(jù)各個(gè)部件運(yùn)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(guò)公式(5 計(jì)算架空輸電線路中間事件運(yùn)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(píng)分= 1 P s = 1 0.046 100 8295. 4 % 。由以上計(jì)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(yùn)行狀態(tài)。由以上各個(gè)元件狀態(tài)概率,可知該條輸電線路的基礎(chǔ)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(shí)維護(hù)。4 可應(yīng)用到輸電線路狀態(tài)檢修后臺(tái)分析決策系統(tǒng),作為實(shí)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(diǎn)是基于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù),判斷設(shè)備的健康狀態(tài),實(shí)施主動(dòng)維修,由圖1可見(jiàn),基于全生命周期相關(guān)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(chǔ)上依據(jù)動(dòng)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(tái)中,擁有來(lái)自設(shè)計(jì)、施工部門(mén)的圖紙文檔,以及運(yùn)行、維修的歷史資料。同時(shí),該系統(tǒng)與GIS、雷電定位、MIS等系統(tǒng)結(jié)合,接收來(lái)自外系統(tǒng)的氣象、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù),從而便于實(shí)現(xiàn)生命周期各階段(設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)行、維修、試驗(yàn)及管理的信息共享,實(shí)行跨行業(yè)、跨部門(mén)的協(xié)調(diào)乃至聯(lián)動(dòng)。專家診斷平臺(tái)中,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、經(jīng)驗(yàn)庫(kù),結(jié)合上述架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的故障樹(shù)分析法(FTA 法,形成線路上各類設(shè)備狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)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(guān)信息輸電線路狀態(tài)

14、檢修后臺(tái)分析決策系統(tǒng) 2775結(jié)束語(yǔ)狀態(tài)檢修方式以設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際工作狀況為依據(jù),它通過(guò)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷手段、可靠性評(píng)價(jià)手段以及壽命預(yù)測(cè)手段,判斷設(shè)備的狀態(tài),識(shí)別故障的早期征兆,對(duì)故障部位及其嚴(yán)重程度、故障發(fā)展趨勢(shì)做出判斷,并根據(jù)分析診斷結(jié)果,在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動(dòng)實(shí)施維修。它為電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)和管理保障。狀態(tài)檢修的關(guān)鍵是對(duì)設(shè)備狀態(tài)的判斷,不僅要識(shí)別已經(jīng)發(fā)生的故障,而且預(yù)測(cè)未來(lái)可能發(fā)生的故障。解決這些問(wèn)題,一些常規(guī)的計(jì)算程序和分析程序無(wú)能為力或不夠有效。因?yàn)樵谶@些問(wèn)題中,人類專家的經(jīng)驗(yàn)起著主導(dǎo)作用,如何將架空輸電線路全生命周期相關(guān)信息進(jìn)行分析和系統(tǒng)固化實(shí)現(xiàn)并有自學(xué)功能顯得相當(dāng)重要,上述故障樹(shù)分析法(FTA 法運(yùn)用最小割集原理建造輸電線路運(yùn)行狀態(tài)故障樹(shù), 通過(guò)對(duì)故障樹(shù)的評(píng)價(jià)分析找出導(dǎo)致架空輸電線路故障發(fā)生