配电设备实时故障风险评估方法

配电设备实时故障风险评估方法

李 ,浦

国网太原供电公司 山西省 太原市 030012摘要：本文将天气状况、设备状态等实时因素相结合，充分考虑故障对用户负荷影响程度，提出了一种面向配电设备的综合故障风险评估方法。首先基于天气状况和设备状态确定配电设备实时故障概率；然后，以负荷损失量、停电用户数量、负荷重要等级三个因素构建评估指标，量化配电设备故障影响程度；最后，以设备故障概率和故障影响程度为准则建立配电设备实时故障风险评估模型。上述风险评估方法有助于指导电力企业优化设备检修工作，提升应急管理能力。

关键词：配电设备；故障风险

1 配电设备实时故障风险评估模型

风险理论将风险定义为突发事件发生的可能性及其后果的严重性的综合。相应的，配电设备故障风险由两部分组成：配电设备故障概率和配电设备故障影响程度。因此，配网设备实时故障风险可定量表示为如下形式：

其中，i为配电设备的集合；P(i/t)为t时刻设备i发生故障的概率；S(i)为设备i故障停电的影响程度；R(i/t)为t时刻设备i的实时故障风险。

2 配电设备实时故障概率分析

2.1 配电设备故障风险源分析

导致配电设备故障的风险源主要分为以下3类:

1)设备故障：包括设备老化、设备缺陷等；

2)外力破坏：包括恶劣天气、人为破坏等；

3)其他因素。

考虑到设备故障和恶劣天气是导致配电设备故障的主要风险源，并且具有很强的可评估、可预测性，因此本文重点针对设备故障和恶劣天气两大风险源进行分析。

2.2 配电设备故障频率模型

2.2.1 配电设备基于天气状况的故障频率

配电设备中，架空线路、断路器、配电变压器等户外设备受天气状况的影响较大；电缆线路、配电开关柜等设备受影响程度可忽略不计。本文以两状态天气模型描述户外配电设备基于天气状况的故障频率。

其中：j为受天气状况影响的户外配电设备类型的集合，包括架空线路、断路器、配电变压器等；λj,AV为户外配电设备j的平均故障频率统计值；Nj、Ej分别为统计期内正常、恶劣天气持续时间；Fj为设备j在恶劣天气时的故障比例；w为天气变量，w=0为正常天气，w=1 为恶劣天气；λj,w为恶劣天气时设备j的故障频率。

2.2.2 配电设备基于设备状态的故障频率

配电设备故障频率与设备状态负相关，设备状态越好，其故障频率越低。根据国家电网公司发布的《Q/GDW 645-2011配电网设备状态评价导则》,结合运行巡视、停电试验、带电检测、在线监测等方法，可对配电设备状态进行综合评价。配电设备状态可按评价结果H的大小分为正常状态、注意状态、异常状态和严重状态四种状态，如下式所示：

结合导则中的评价原则及设备实际情况，实际生产中评价结果H一般为50～100。

基于设备状态的故障频率可描述为设备状态评价结果H的指数函数:

其中：i为配电设备的集合；Hi为配电设备i的状态评价结果；Ai为比例系数；Bi为曲率系数；Ci为常系数。

为确定三个系数Ai、Bi、Ci的参数值，引入配电设备i的平均故障频率λi,av、最大故障频率λi,max以及最小故障频率λi,min,可得到其关系式：

由此可得配电设备基于设备状态的故障频率。

由于本文只计及天气状况以及设备状态两个风险源，可将配电设备i的平均故障频率λi,av近似为正常天气下设备i的故障频率。

2.3 配电设备实时故障概率模型

基于天气状况以及设备状态的设备故障为离散随机事件，可近似认为故障以固定的平均频率在时间Δt内随机而独立出现，因此时间Δt内发生一次故障的概率满足一阶泊松分布的概率模型，如下所示。

基于天气状况的配电设备故障概率：

基于设备状态的配电设备故障概率：

其中：λ1、λ2分别为基于天气状况以及设备状态的配电设备故障频率；P1、P2分别为基于天气状况以及设备状态的配电设备故障概率。

鉴于天气状况和设备状态两个导致配电设备故障的风险源独立且互斥，可建立如下所示的配电设备实时故障概率模型：

其中，w为天气变量，w=0为正常天气，w=1为恶劣天气。

3 配电设备故障影响程度分析

考虑到电力企业的社会效益，本文对配电设备故障影响程度的量化过程主要考虑对电力用户造成的影响。负荷损失量、停电用户数量、负荷重要等级是评估配电设备故障影响程度的三个主要因素。《供配电系统设计规范》中已将负荷重要等级根据其对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度分为三级，并给出了明确定义。

由此，可构建以下两个评估指标：计及负荷等级的负荷损失量p和计及负荷等级的停电用户数量n。当任意配电设备发生故障时，可通过统计由该配电设备供电的用户负荷、用户数量以及重要程度，得出上述两个评估指标：

其中，p1、p2、p3分别为一级、二级、三级负荷损失量；n1、n2、n3分别为一级、二级、三级用户停电数量；v1、v2、v3分别为一级、二级、三级负荷的重要度系数。

根据计及负荷等级的负荷损失量p和计及负荷等级的停电用户数量n两个指标可对配电设备故障影响程度S进行综合评估：

其中，ε1、ε2分别为p和n的重要度系数；pΣ、nΣ分别为统计范围内负荷总量和用户总数。

4结论

本文提出了一种配电设备实时故障风险评估方法，根据天气状况、设备状态的实时数据计算配电设备故障概率，并通过评估设备故障时用户负荷的受影响程度，得出配电设备实时故障风险值。最后通过算例对该评估方法进行了实证分析。通过算例，得出各配电设备在不同天气状况、设备状态下的故障风险值，实现配电设备的故障预警，从而指导电力企业有针对性得安排计划检修工作、采取应急响应措施，为提升配单网可靠性、提高电力企业应急管理能力提供了理论和数据基础。

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