一種輸變電設備運行動態風險的評估方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力設備運行技術領域，尤其設及一種輸變電設備運行動態風險的評 估方法。
【背景技術】
[0002] 電力系統可靠性是指電力系統按可接受的質量標準和所需數量不間斷地向電力 用戶供應電力和電能的能力的量度，它始終是電力系統中最重要的研究問題之一。隨著現 代電力系統規模的加大，W及用戶對電能質量要求的不斷提高，特別是國內外的幾次大停 電事故的發生，電力系統的安全可靠性引起了人們的高度重視。電力系統是一個由發電機、 變壓器、斷路器、輸電設備、用電設備等電氣設備組成的復雜系統，該些電氣設備能否安全 可靠運行將直接決定著整個電力系統的安全性與可靠性，由此可見，電氣設備的可靠性是 電力系統可靠性的基礎，電氣設備的可靠性評估是整個電力系統可靠性評估的重要組成部 分。
[0003] 根據我國有關電力系統的統計數據得知，2003年-2013年間，由電氣設備自身故 障引起的電力系統事故在電力系統全部故障中所占的比例呈逐年增加的趨勢，每年有60% W上的電力系統事故是由電氣設備故障引起的。W 2010年云南省為例，云南電網公司發生 的較大的電力系統事故有30起，其中，由電氣設備故障造成的事故占21起，約為事故總數 的70%。從其它國家的電力系統事故統計數據來看，情況也是該樣，根據國內外電力系統大 停電事故原因的分析結果可知，電氣設備自身故障不僅是影響電力系統可靠運行的主要原 因，而且是電力系統故障中所占比例最大的。
[0004] 目前，電力企業正在試行W設備狀態檢修為主的檢修方式，通過對設備實際運行 狀態的檢測分析，及時、有效地安排檢修計劃，避免了設備檢修不足或檢修過度的問題。隨 著電網結構日益復雜、設備不斷增多，科學合理的設備運行風險評估，并制定狀態檢修決策 顯得尤為重要。
[0005] 國內外關于設備運行風險評估和狀態檢修策略的研究主要有3個分支：基于設備 全壽命周期成本（LCC)的狀態檢修、W可靠性為中屯、的狀態檢修（RCM)，基于風險評估的狀 態檢修（RBM)。其中，基于LCC的狀態檢修策略主要偏重于減少設備檢測和維修的總費用， 沒有強調設備檢修安排對系統運行可靠性的影響；RCM策略則更多地傾向于提高系統的可 靠性，但忽視了設備可能因檢修不及時發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重的事件，平衡所有不確定的收益及成本，因此在狀態檢修決策優化 中得到了廣泛應用，但由于目前所采用的風險評估指標過于單一，沒有綜合考慮電網運行 可靠性和設備故障損失等因素，影響了檢修決策的準確性。
[0006] 為了有效延長電氣設備的使用壽命，就需要對電氣設備，特別是變電站和電廠內 輸變電設備進行評估，而如何科學有效的對輸變電設備運行的風險進行評估是一個亟待解 決的問題。
【發明內容】
[0007] 為了解決上述問題，本發明提供的一種輸變電設備運行動態風險的評估方法，按 照W下6個步驟進行計算：
[000引 S1 ;故障模式辨識；
[0009] 本發明采用領結模型分析常見故障模式的原因及后果，在此基礎上進行風險預 巧U;對當前可能存在的故障模式，進行故障原因分析和故障后果預測對風險控制至關重要； 故障原因不同時，故障發展趨勢和可能造成的故障后果都有可能不同；對故障原因常采用 故障樹分析方法，故障樹分析W目標故障模式為頂事件，自上而下地分析可能會造成頂事 件的原因，是一種由果至因的分析方法；對故障后果的預測是分析該故障模式后續可能會 引起的其他故障模式，W及可能導致的最終功能故障，該直接關系到變壓器的運行風險；事 件樹分析方法被廣泛應用于分析某一事件造成的后果，它按照故障發展的時間順序由初始 故障源預估后續可能會引起的故障后果，從而對系統的安全性和可靠性進行分析，是一種 由因至果的分析方法；
[0010] S2 ;基于故障因果網絡圖，構建故障模式的領結模型
[0011] 本發明結合故障樹和事件樹分析方法對故障模式的原因和結果進行分析，形成W 故障模式為中屯、節點的領結模型；領結模型能夠聯合故障樹和事件樹分析事故的原因、后 果W及事故風險，確定相應的風險控制措施，在風險管理領域得到了廣泛的應用；領結模型 用圖形的方式來描述一個關鍵事件的原因和結果；如圖2所示，關鍵事件位于圖形的中間， 左側用故障樹分析關鍵事件的原因，其中直接與關鍵事件連接的事件稱為直接原因；右側 用事件樹分析關鍵事件可能造成的后果，直接與關鍵事件連接的事件稱為直接后果，整個 圖形形成了領結式的結構，因此稱為領結模型，有時也稱為領結圖分析、蝴蝶結模型；在風 險管理領域，領結模型主要用于研究安全措施的設置位置和方式，W減免危險事件的發生， 安全措施為安全屏障；
[0012] S3 ;對領結模型左側的故障原因進行分析、歸類，化為單鏈結構
[0013] 輸變電設備故障因果網絡圖表現了所有故障模式之間的因果關系，為建立領結模 型提供了理論基礎，傳統的故障樹和事件樹都可W用因果網絡圖表示，所W本發明領結模 型的左右兩側均采用因果網絡圖表示；
[0014] 在通綜合診斷后得到輸變電設備可能存在的故障模式后，將該故障模式作為領結 模型中的關鍵事件，定位關鍵事件在整個因果網絡圖中的具體位置，并沿著連接點向前捜 索與之有直接或間接關系的節點，直至到達父節點，即可獲得該關鍵事件的原因節點，將涵 蓋的所有節點W原有連接方式置于領結模型的左側與關鍵事件連接；然后用同樣的方法沿 著關鍵事件所在節點向后捜索與之有直接或間接聯系的節點直至葉節點，即可獲得該關鍵 事件的后果節點，將該些節點置于領結模型的右側與關鍵事件連接，由此形成該故障模式 的領結模型；對于節點較多的網絡圖，可應用常見的路徑捜索算法確定關鍵事件左側的原 因節點和右側的后果節點；
[0015] S4 ;分析領結模型中的致險應力及增險應力，構建半馬爾科夫模型
[0016] 本發明采用半馬爾科夫過程描述故障模式的發展過程；
[0017] 半馬爾科夫過程與馬爾科夫更新過程有關，馬爾科夫更新過程中，如n為非負整 數，設X =找n}，Xn G S，T = {Tn}，Tn > 0,且0 = TO《T1《???<化-1《化《…；若對于 任意n > 0, j G S，t > 0滿足式（1):
[001 引
【主權項】
1. 一種輸變電設備運行動態風險評估方法，其特征在于，按照以下6個步驟進行計算： 51 :故障模式辨識 采用領結模型分析常見故障模式的原因及后果，在此基礎上進行風險預測；對故障原 因常采用故障樹分析方法，故障樹分析以目標故障模式為頂事件，自上而下地分析可能會 造成頂事件的原因；對故障后果的預測是采用事件樹分析方法； 52 :基于故障因果網絡圖，構建故障模式的領結模型 結合故障樹和事件樹分析方法對故障模式的原因和結果進行分析，形成以故障模式為 中心節點的領結模型；領結模型采用圖形的方式來描述一個關鍵事件的原因和結果；關鍵 事件位于圖形的中間，左側用故障樹分析關鍵事件的原因，其中直接與關鍵事件連接的事 件稱為直接原因；右側用事件樹分析關鍵事件可能造成的后果，直接與關鍵事件連接的事 件稱為直接后果，整個圖形形成了領結式的結構； 53 :對領結模型左側的故障原因進行分析、歸類，化為單鏈結構 領結模型的左右兩側均采用因果網絡圖表示； 在通過綜合診斷后得到輸變電設備可能存在的故障模式后，將該故障模式作為領結模 型中的關鍵事件，定位關鍵事件在整個因果網絡圖中的具體位置，并沿著連接點向前搜索 與之有直接或間接關系的節點，直至到達父節點，即可獲得該關鍵事件的原因節點，將涵蓋 的所有節點以原有連接方式置于領結模型的左側與關鍵事件連接；然后用同樣的方法沿著 關鍵事件所在節點向后搜索與之有直接或間接聯系的節點直至葉節點，即可獲得該關鍵事 件的后果節點，將這些節點置于領結模型的右側與關鍵事件連接，由此形成該故障模式的 領結模型；對于節點較多的網絡圖，可應用常見的路徑搜索算法確定關鍵事件左側的原因 節點和右側的后果節點； 54 :分析領結模型中的致險應力及增險應力，構建半馬爾科夫模型 采用半馬爾科夫過程描述故障模式的發展過程； 55 :分為兩個步驟S5. 1和S5. 2同時進行 S5. 1 :模型參數獲取故障概率求解； 通過分析確定關鍵事件引起的劣化狀態轉換關系后，需要獲取半馬爾科夫過程的參 數，即在各個狀態的停留時間的概率分布；輸變電設備在劣化狀態停留時間的概率密度分 布普遍為威布爾分布，由此形成半馬爾科夫過程中常見的模型形式Weibull - Markov模 型；其中的參數〇1、12、23，由劣化統一模型獲得；在獲取如讓1111-1&^1?^模型中的參數后 根據半馬爾科夫過程的數值求解過程獲取各個時刻輸變電設備處于每個狀態的概率，以得 到輸變電設備風險中的故障概率因素； S5. 2 :估測故障原因作用下各劣化狀態的維修時間類別，確定各狀態的維修費用； 對于Weibull - Markov所示的風險模型，故障后果即為維修各狀態所需費用；狀態的 維修費用采取與風險評估方法相同的方式，即首先依據經驗估算狀態的維修時間類別，然 后查找維修時間類別對應的維修費用；故障維修時間與領結模型左側的故障原因密不可 分； 56 :風險預測 設備風險設為故障概率和故障后果的乘積；通過以上分析獲得了領結模型對應的半馬 爾科夫過程模型中輸變電設別處于各狀態的概率和各狀態的維修費用后，根據下式即獲得 設備面臨的運行風險：
其中R(t)為十倍在t時刻面臨的運行風險，η為狀態數，Pi (t)為在t時刻設備處于第 i個狀態的概率，Ci為修復第i個狀態所需的費用。
【專利摘要】本發明公開了一種輸變電設備運行動態風險的評估方法，結合故障樹和事件樹分析方法對故障模式的原因和結果進行分析，形成以故障模式為中心節點的領結模型，領結模型能夠聯合故障樹和事件樹分析事故的原因、后果以及事故風險，確定相應的風險控制措施。本發明針對輸變電設備運行風險，可以動態評估運行風險，相較于現有技術的故障診斷機制，動態故障診斷機制增加了對證據信息需求的判斷，減少了診斷過程的盲目性，可有效判斷輸變電設備的故障情況，因此評估得到的輸變電設備的使用壽命結果更準確，更加符合實際情況，從而對工程應用更具有指導意義。
【IPC分類】G06Q10-06, G06Q50-06
【公開號】CN104537487
【申請號】CN201410823001
【發明人】曹敏, 薛武, 周年榮, 張林山, 沈鑫, 高文勝
【申請人】云南電網公司電力科學研究院
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月25日