周強(qiáng)

（國網(wǎng)江蘇電力有限公司檢修分公司蘇州運維分部）

0 引言

對電力設(shè)備檢修的研究，主要傾向于對其個體的研究，這就造成了檢修決策的片面性，同時在對檢修時機(jī)的決策制定時，由于考慮不全面，可能會對電網(wǎng)的運行帶來不良的影響，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。檢修決策的制定，都是以電網(wǎng)的安全可靠為出發(fā)點，同時兼顧經(jīng)濟(jì)性原則來實現(xiàn)電力設(shè)備檢修決策方案的確定。對于計劃檢修，在電力設(shè)備個體性能方面的不全面考慮以及對檢修時間的不確定把握，極易造成檢修不當(dāng)?shù)那闆r。

本文在電力設(shè)備故障率評價及電網(wǎng)運行性能評估的研究基礎(chǔ)上，從電力設(shè)備檢修在個體與電網(wǎng)整體間折中的決策進(jìn)行研究。首先給出了風(fēng)險指標(biāo)的定義，然后結(jié)合風(fēng)險指標(biāo)，綜合考慮電力設(shè)備在電網(wǎng)運行中的作用，給出了電力設(shè)備重要性的評價指標(biāo)，接著對電力設(shè)備狀態(tài)檢修方案的評價方法做了說明，最后以某地電網(wǎng)的現(xiàn)有情況為例進(jìn)行計算，對檢修方案做出理論排序。

1 風(fēng)險指標(biāo)定義

對電力設(shè)備進(jìn)行檢修的主要目的是通過檢修降低電力設(shè)備的故障發(fā)生率，以提高電網(wǎng)運行的可靠性。對檢修策略進(jìn)行評價，最主要的目的就是通過對檢修作用的分析來確定最優(yōu)的檢修策略，以量化的方式對電網(wǎng)運行的損失進(jìn)行表達(dá)，能夠方便地確定最優(yōu)檢修策略。在電網(wǎng)運行的過程中，主要有兩部分損失：一部分是設(shè)備個體損失，另一部分是電網(wǎng)供電不足產(chǎn)生的損失。為了全面地反映電網(wǎng)設(shè)備的故障可能性和檢修過程中的不確定性，使用風(fēng)險指標(biāo)R進(jìn)行表示：R=R1+R2。

其中電網(wǎng)供電不足產(chǎn)生的損失的表達(dá)式為：

式中，NT為所示周期內(nèi)劃分時間段數(shù)量；Nh表示每個時間段的時長；Ns(t)是時間段t內(nèi)的失負(fù)荷電網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)；Ps(t)是在時間段t內(nèi)，狀態(tài)s發(fā)生的概率；Ci表示負(fù)荷i的失負(fù)荷單位損失值；Pd,i(s,t)為在時間段t內(nèi)，電網(wǎng)狀態(tài)為s的情況下，負(fù)荷i的失負(fù)荷功率。

設(shè)備個體損失的表達(dá)式為：

式中，Ccm,i為在設(shè)備i出現(xiàn)故障后相應(yīng)的維修費用；Pri為在相應(yīng)的時間周期內(nèi)設(shè)備i出現(xiàn)故障的累計概率；Ccm,i表示對設(shè)備i預(yù)防檢修時預(yù)估的花費；Ri(tm,i)表示對電力設(shè)備i進(jìn)行檢修時，該電力設(shè)備安全運行的概率。

電網(wǎng)供電不足時，會產(chǎn)生另一種形式的損失——期望失負(fù)荷量。式（1）中的單位失負(fù)荷值Ci=1時，期望失負(fù)荷量表達(dá)式為：

對于電網(wǎng)運行中各節(jié)點負(fù)荷值的取值，假設(shè)在每個時段各節(jié)點的負(fù)荷功率不變，那么取最高負(fù)荷功率值。

2 設(shè)備重要性評價

在電力設(shè)備檢修的過程中，需要重點考慮兩方面的因素：一是從電網(wǎng)運行方面出發(fā)，考慮設(shè)備缺失后運行風(fēng)險的增量，增量越大說明該設(shè)備越重要，對其檢修的收益就越大；二是從電力設(shè)備個體運行方面出發(fā)，若該電力設(shè)備的個體性能越差，則其不可用率就越大，說明越需要進(jìn)行檢修。將這兩方面的因素綜合考慮，給出設(shè)備重要性評價的概念。

將電力設(shè)備缺失時引發(fā)的風(fēng)險增量和設(shè)備不可用率作為評價指標(biāo)，把電力設(shè)備的重要性評價進(jìn)行量化，以表達(dá)式的形式進(jìn)行展現(xiàn)，得出的值越大說明該電力設(shè)備的重要性越強(qiáng)，在進(jìn)行檢修時的理論排序應(yīng)越靠前。

在時段t內(nèi)電力設(shè)備i停運引發(fā)的電網(wǎng)運行風(fēng)險增量△Ri(t)的表達(dá)式為：

式中，Ri(t)為時間段t內(nèi)電力設(shè)備i停運時的風(fēng)險值險；為時間段t內(nèi)電力設(shè)備i運行時的風(fēng)險值。

所以電力設(shè)備的重要性指標(biāo)可表示為：

式中，ua,i(t)為時段t內(nèi)電力設(shè)備i的不可用率。

通過計算可以得到待檢修電力設(shè)備的重要性指標(biāo)值，根據(jù)重要性指標(biāo)值的大小就可以實現(xiàn)對電力設(shè)備進(jìn)行檢修的理論排序。

3 檢修方案評價

對電力設(shè)備進(jìn)行檢修時，該設(shè)備應(yīng)退出運行，此時電網(wǎng)的運行風(fēng)險值增加，當(dāng)完成對該設(shè)備的檢修后，設(shè)備的相關(guān)性能得以修繕，故障率會降低，所以對設(shè)備的檢修需要安排合理的時機(jī)，這也是需要進(jìn)行定量評價的。而且在檢修費用受限的情況下，不可能對所有的設(shè)備及器件進(jìn)行檢修，對于不同的設(shè)備檢修方案，需要考慮不同的因素。

在對不同的檢修方案進(jìn)行評價的過程中，主要考慮以下三種關(guān)系：一是設(shè)備檢修與故障間的關(guān)系，如果檢修前該設(shè)備已經(jīng)故障，則該設(shè)備屬于故障后維修，沒有出現(xiàn)預(yù)防檢修的情況；二是設(shè)備運行狀態(tài)與預(yù)防性檢修間的關(guān)系，如果到檢修時設(shè)備沒有因故障而停運，那么在檢修時該設(shè)備就是停運檢修狀態(tài)；三是設(shè)備的故障率與檢修間的關(guān)系，在文中假設(shè)出現(xiàn)故障的設(shè)備在維修后都能夠恢復(fù)所有功能，而預(yù)防性檢修則是不完全修復(fù)。

4 算例分析

結(jié)合蘇州某地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)有狀況進(jìn)行算例分析。依據(jù)各節(jié)點對應(yīng)的負(fù)荷種類對各節(jié)點失負(fù)荷所引發(fā)的單位失負(fù)荷價值進(jìn)行設(shè)定：一類負(fù)荷是5.053萬元/MWh，二類負(fù)荷是1.053萬元/MWh，三類負(fù)荷是0.053萬元/MWh。若是某負(fù)荷節(jié)點含有不止一種類型的負(fù)荷，則根據(jù)不同負(fù)荷在其中的所占比進(jìn)行計算，求出各種負(fù)荷相應(yīng)的單位期望失負(fù)荷費用損失。然后利用相應(yīng)的方法對該地區(qū)110kV及以上電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)險進(jìn)行分析，所得結(jié)果如表1所示。

表1 電網(wǎng)運行風(fēng)險分析

從表1中的數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)的供電可靠性=（1年期望切負(fù)荷量/系統(tǒng)年總供電量）100%=（1611.77MWh/17520000MWh）100%=99.9965%，得到的系統(tǒng)可靠值高于國網(wǎng)公司要求的城市供電可靠值，說明該地區(qū)電網(wǎng)110kV及以上電網(wǎng)的供電可靠性較好。

當(dāng)電力設(shè)備因檢修而退出運行時，繼續(xù)對電網(wǎng)風(fēng)險指標(biāo)進(jìn)行計算，因為電力設(shè)備的故障率變化相對緩慢，所以在計算風(fēng)險值時假定電力設(shè)備的故障率是不變的，而四個設(shè)備的不可用率依據(jù)以往統(tǒng)計結(jié)果分別給出如下值：0.002、0.005、0.001、0.003。計算結(jié)果如表2所示，從表中數(shù)據(jù)可以看出各個電力設(shè)備的重要性指標(biāo)差異很大，這主要是有兩方面因素造成的：一是受各個電力設(shè)備個體性能的影響，二是各個電力設(shè)備在電網(wǎng)中的作用不同。該指標(biāo)對電力設(shè)備檢修的需求進(jìn)行了量化處理，給出了檢修的理論排序，方便指導(dǎo)檢修工作的實施。

表2 設(shè)備缺失后電網(wǎng)的風(fēng)險指標(biāo)

5 結(jié)束語

電力設(shè)備的檢修不僅與個體性能有關(guān)，而且與電網(wǎng)整體運行有關(guān)，為了實現(xiàn)對電力設(shè)備檢修策略的評價，得出檢修的理論排序，文章基于風(fēng)險指標(biāo)的理念，結(jié)合電力設(shè)備個體及電網(wǎng)整體運行的關(guān)系，量化定義了電力設(shè)備運行風(fēng)險指標(biāo)，同時量化給出了電力設(shè)備重要性的指標(biāo)，并對檢修方案的評價進(jìn)行了說明，結(jié)合某地電網(wǎng)進(jìn)行算例分析，對檢修方案做出了理論的評價排序，方便檢修工作的實施。

[1]韓幫軍,范秀敏,馬登哲.基于可靠度約束的預(yù)防性維修策略的優(yōu)化研究[J].機(jī)械工程學(xué)報,2013,39(6):102-105.

[2]趙淵,周家啟,周念成,等.大電力系統(tǒng)可靠性評估的解析計算模型[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2016,26(5):19-25.

[3]宋曉通,譚震宇.基于自適應(yīng)算法的電力系統(tǒng)可靠性評估[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2017,47(s1):1040-1044.

[4]王曉濱,郭瑞鵬,曹一家,等.電力系統(tǒng)可靠性評估的自適應(yīng)分層重要抽樣法[J].電力系統(tǒng)自動化,2014, 35(3):33-38.

[5]程林,郭永基.可靠性評估中多重故障算法的研究[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,41(3):69-72.

[6]石文輝,別朝紅,王錫凡.大型電力系統(tǒng)可靠性評估中的馬爾可夫鏈蒙特卡洛方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2015,28(4):9-15.

[7]束洪春.電力系統(tǒng)以可靠性為中心的維修[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[8]魏少巖,徐飛,閔勇.輸電線路檢修計劃模型[J].電力系統(tǒng)自動化,2016,30(17):41-44.