劉英龍，馮學(xué)宇，石峰浪，龔 興，黃紹田，盧炳軸，周耀湘

（廣西電網(wǎng)公司南寧供電局，廣西南寧 530007）

0 引言

配電檢修是促進(jìn)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)性工作，制定最合理的檢修計(jì)劃不僅能使配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性得到保障，還能顯著壓縮運(yùn)營成本，增加經(jīng)濟(jì)收益。因此，應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性兩大方面創(chuàng)建輸網(wǎng)適配的檢修計(jì)劃模型。國內(nèi)學(xué)者既往對輸網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化僅能實(shí)現(xiàn)局部最優(yōu)化，不同年份之間易出現(xiàn)重復(fù)的工作內(nèi)容，工效不高，若能長期規(guī)劃配電計(jì)劃檢修工作，則可以實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)，提高各年度的電網(wǎng)檢修工作效率。而制定配電長期檢修方案時(shí)，一定要綜合分析各種可能出現(xiàn)的狀況，客觀評估風(fēng)險(xiǎn)因素，根據(jù)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)，遵循成本最低化原則制定最實(shí)用的檢修計(jì)劃。

1 基于風(fēng)險(xiǎn)管理的輸網(wǎng)檢修技術(shù)

采集設(shè)備信息：收集配電設(shè)備投運(yùn)前、現(xiàn)場運(yùn)行、檢修試驗(yàn)及“家族”信息。

（1）評價(jià)設(shè)備狀態(tài)：按照某種評定方法，綜合分析采集到的設(shè)備運(yùn)行信息，進(jìn)而客觀評估設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)，為設(shè)備檢修決策提供參考。當(dāng)前常用打分制評估設(shè)備狀態(tài)，將設(shè)備拆分成多個(gè)部件，各部件均有多個(gè)狀態(tài)量，參照狀態(tài)量的所有信息，對故障進(jìn)行分類，按既定的分值與權(quán)重評估各部件的狀態(tài)。

（2）設(shè)備的檢修策略：即應(yīng)用的某種檢修決策。電力設(shè)備的檢修有A、B、C、D、E 五個(gè)等級，前三個(gè)等級一定要在停電狀態(tài)下進(jìn)行，第四、第五級分別是不停電檢修、帶電檢修。應(yīng)結(jié)合設(shè)備的構(gòu)造特點(diǎn)選擇適宜的檢修模式。

（3）推算設(shè)備的故障率：基于風(fēng)險(xiǎn)管理方法組織輸網(wǎng)檢修工作，不僅要考慮檢修故障帶來的后果，也要預(yù)測設(shè)備的故障發(fā)生率，這是影響電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評估效率的一個(gè)重要指標(biāo)。預(yù)測設(shè)備故障率一定要顧及如下3 點(diǎn)：①按照一定周期評估設(shè)備狀態(tài)；②分析長期檢修給電力設(shè)備健康狀態(tài)帶來的影響；③設(shè)備處于耗損期時(shí)故障率較高，要關(guān)注其在檢修期中出現(xiàn)的改變。

2 輸網(wǎng)長期檢修計(jì)劃的風(fēng)險(xiǎn)管理程序

2.1 解耦風(fēng)險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)因子

風(fēng)險(xiǎn)水平越高時(shí)，可靠性就越低，反之也是同樣的道理。從數(shù)學(xué)角度分析風(fēng)險(xiǎn)的定義，其是失效率和后果的乘積；而從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析，風(fēng)險(xiǎn)是系統(tǒng)失效造成的預(yù)期價(jià)值成本，以上均是從系統(tǒng)層面上定義風(fēng)險(xiǎn)的。

本文將元件的失效率（λtot）解耦成數(shù)個(gè)失效率的總和，即各個(gè)失效率均由影響元件運(yùn)行可靠性的風(fēng)險(xiǎn)因子導(dǎo)致的[1]：

解耦處理元件失效率，為可靠性分析提供更加真實(shí)、具體的定量條件。通過觀察統(tǒng)計(jì)歷史數(shù)據(jù)獲得各類風(fēng)險(xiǎn)因子，以此為基礎(chǔ)，用適宜的函數(shù)模擬風(fēng)險(xiǎn)因子隨時(shí)間改變呈現(xiàn)出的規(guī)律。對于配電系統(tǒng)而言，在沒有實(shí)施預(yù)防性檢修方案之前，系統(tǒng)內(nèi)元件失效率伴隨運(yùn)行時(shí)間的增長而顯現(xiàn)出增長態(tài)勢。

2.2 預(yù)防性檢修

對輸網(wǎng)實(shí)施預(yù)防性檢修是減少風(fēng)險(xiǎn)因子的有效措施，進(jìn)而降低故障發(fā)生率。比如，日常檢查與小修能及時(shí)處理局部輕度損害問題，大修主要是解決大型電力損害或事故，修剪電線電纜周邊的樹木能降低植物造成的負(fù)面影響。若在某個(gè)年度能規(guī)范執(zhí)行以上檢修操作，則能減少相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)因子引起的失效率，甚至能使其降到初始水平。對于輸網(wǎng)來說，解耦完元件的失效率后，規(guī)范地維護(hù)單個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子，有助于增加整個(gè)配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠度。

輸網(wǎng)可以采用的維修方法主要有如下4 個(gè)：①不組織任何檢修活動；②參照現(xiàn)場檢查評估結(jié)果進(jìn)行大修或小修；③按照一定周期對系統(tǒng)進(jìn)行大修；④在設(shè)定好的時(shí)間表中，有選擇性地執(zhí)行部分操作項(xiàng)目?？陀^地講，輸網(wǎng)內(nèi)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子均和一種檢修操作行為相對應(yīng)，通過解耦風(fēng)險(xiǎn)因子能同時(shí)獲得數(shù)個(gè)預(yù)防性檢修操作后的成果，幫助相關(guān)部門實(shí)施選擇性的檢修辦法，進(jìn)而更好地控制輸網(wǎng)維修的總成本。

2.3 檢修決策樹

通過決策樹獲得更實(shí)用的輸網(wǎng)檢修方案。決策樹內(nèi)的主要元素被定義成決定點(diǎn)、選擇點(diǎn)與分支。分支就是由決定點(diǎn)開始到選擇點(diǎn)終止的檢修方案（SMSi）。決策樹上存在著幾條分支就預(yù)示著有幾個(gè)檢修方案，對于各個(gè)方案，系統(tǒng)本體屬性可能造成的結(jié)果決定了其數(shù)量。在給出的狀態(tài)空間變量值x1、x2、x3（xi分別表示的是上一次檢修距離現(xiàn)在的時(shí)間，i 是被檢修的類型，對應(yīng)的是如下的3 種行為）之下可能取得的結(jié)果Oi（x1，x2，x3）。

方案內(nèi)應(yīng)用的檢修操作決定了方案實(shí)施的成本。

在決策樹內(nèi)，各條路徑代表著數(shù)年間形成的一個(gè)檢修方案（SMSi（t））。對于單條線路，檢修方案可能會發(fā)生如下改變：①檢測并消解微小錯(cuò)誤；②大修主要電力線路，解決重大缺陷；③對電線周邊栽種的樹木進(jìn)行修剪造型。

當(dāng)未落實(shí)某項(xiàng)電網(wǎng)檢修操作時(shí)，則變量x1值會加1；而執(zhí)行相應(yīng)操作后，x1值則歸0。步入至下一檢修周期時(shí)，也可以參照如上規(guī)則呈現(xiàn)出所有可能由原始狀態(tài)轉(zhuǎn)變成其他可能狀態(tài)的組合形式。觀察分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，能夠快速掌握下一狀態(tài)特征，比如某電力饋線的狀態(tài)用（0，x2+1，x3+1）表示，對其采用了檢測與處理小缺點(diǎn)策略，但沒有進(jìn)行大修及樹木造型操作，因此后兩個(gè)狀態(tài)變量的增量均是1。

2.4 動態(tài)規(guī)劃的使用

配電檢修實(shí)踐中的決策過程有動態(tài)特性，這就預(yù)示著要基于動態(tài)規(guī)劃形式去選出輸網(wǎng)的最優(yōu)多年預(yù)防性檢修方案?，F(xiàn)實(shí)中，遵循檢修期望總費(fèi)用最低的原則比選出方案。

基于遞歸的最小路徑算法完成動態(tài)規(guī)劃，因?yàn)闆Q策樹自身是一個(gè)從左至右規(guī)模漸進(jìn)式擴(kuò)大的網(wǎng)絡(luò)圖，為了獲得最短路徑，假定一個(gè)最后狀態(tài)T，由真實(shí)計(jì)劃最后一年的任意狀態(tài)值設(shè)定的輸網(wǎng)最后狀態(tài)耗用的檢修總費(fèi)用是0（圖1）。為了能更清晰地闡明最短路徑的求解思路，圖內(nèi)并沒有標(biāo)出決策樹現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)換中呈現(xiàn)出的所有狀態(tài)[2]。

圖1 最短路徑的求解圖

模型內(nèi)的約束條件，是參照預(yù)算范疇中可實(shí)施的活動及檢修方案執(zhí)行時(shí)可用的團(tuán)隊(duì)數(shù)量設(shè)定的。如果在一整年中都沒有達(dá)到設(shè)定的約束條件，那么就要在既有成本上乘以一個(gè)懲罰因子，通過這種方式實(shí)現(xiàn)全局成本最低化的目標(biāo)。

2.5 多元件的同時(shí)優(yōu)化

當(dāng)下，很多電網(wǎng)公司要運(yùn)行成百上千條線路，為了實(shí)現(xiàn)檢修效率的最大化，在設(shè)定數(shù)個(gè)約束條件的情景下，協(xié)調(diào)輸網(wǎng)檢修期間各類活動具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。導(dǎo)入n 維向量同時(shí)觀察配電系統(tǒng)內(nèi)j 線路上n 個(gè)電力元件的運(yùn)行狀態(tài)。突發(fā)維數(shù)災(zāi)難時(shí)，即元件數(shù)量急劇增加時(shí)，不再追求實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)，而是把系統(tǒng)維護(hù)作為首要落實(shí)的工作內(nèi)容。在以上過程中，要結(jié)合前期設(shè)計(jì)好的模型逐一分析系統(tǒng)內(nèi)的各類元件，隨后根據(jù)文獻(xiàn)[3]提出一種可以被廣泛接受的參數(shù)以執(zhí)行轉(zhuǎn)化過程。

2.6 新型防滑脫式夾線器的應(yīng)用

目前，在導(dǎo)地線更換、緊線及桿塔拉線更換等收緊性檢修作業(yè)過程中，一般情況下均需要使用夾線器將導(dǎo)線、地線或拉線緊線固定收緊。往往在夾線器初始收緊受力或收緊過程中容易出現(xiàn)夾線器因與導(dǎo)線、地線、拉線握力不夠而打滑的現(xiàn)象，容易造成安全生產(chǎn)事故。設(shè)計(jì)加工一種新型防滑脫式夾線器（圖2），通過增加初始握力的方法，增加夾線器與導(dǎo)線、地線、拉線等的初始摩擦力，解決夾線器在受力過程中出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象，杜絕因夾線器打滑造成的導(dǎo)地線跑線和桿塔倒桿等安全事故。

圖2 新型防滑脫式夾線器

3 算例分析

將本文設(shè)計(jì)的預(yù)防性檢修計(jì)劃用在美國PG&E69 節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)上，以證實(shí)其合理性、經(jīng)濟(jì)性?？梢詫G&E69 系統(tǒng)分成8 個(gè)檢修單元，主饋線對應(yīng)的是母線節(jié)點(diǎn)0-26，分支饋線是節(jié)點(diǎn)2-34、2e-90、3-38、7-41、8-54、10-56 及11-58。節(jié)點(diǎn)配電進(jìn)行計(jì)劃檢修時(shí)要依照中壓配電配備的導(dǎo)線型號演算出各條饋線的長度。結(jié)合有關(guān)導(dǎo)則規(guī)定，中壓配電網(wǎng)多選用LGJ-35～LGJ-120 導(dǎo)線。本文選用LGJ-35 導(dǎo)線，該型號導(dǎo)線電阻0.85 Ω/km，據(jù)此能推算出饋線1～8 的線路全長分別是11.4 km、5.8 km、1.8 km、0.5 km、0.5 km、7.8 km、0.3 km、1.0 km。

考慮采用如下3 種檢修方式：①線路日常巡檢；②供電走廊的清查；③整體檢修。

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的檢修計(jì)劃方法的有效性，考慮設(shè)定了一個(gè)為期5 年的檢修計(jì)劃，并規(guī)劃出了3 套檢修執(zhí)行方案：①5年中不進(jìn)行檢查維修；②于第二、第五年分別執(zhí)行以上3 種檢修行為；③用本文設(shè)計(jì)的預(yù)防性檢修計(jì)劃部署工作。

3 種檢修方案對饋線1 的檢修狀態(tài)見表1。檢修狀態(tài)Si表示的是本年度距離上一次執(zhí)行第i 次檢修的年度的跨度。設(shè)定檢修初始年是第0 年，本算例涵蓋了8 個(gè)檢修單元，因?yàn)檩斁W(wǎng)檢修時(shí)間為期1 年，故而可以認(rèn)為8 條電力饋線的維修時(shí)間均是錯(cuò)開的，即各條饋線的檢修計(jì)劃部署體現(xiàn)出獨(dú)立性，當(dāng)各條饋線檢修費(fèi)用支出最少時(shí)，表明整個(gè)輸網(wǎng)的檢修活動最具經(jīng)濟(jì)性[4]。

表1 3 種檢修方案對饋線1 的檢修狀態(tài)

基于Matlab 執(zhí)行編程運(yùn)算，能獲得以上3 種檢修計(jì)劃產(chǎn)生的檢修費(fèi)，方案1、方案2、方案3 總費(fèi)用分別達(dá)到了1 694 750元、1 382 700 元、91 180 元。可見，如果不對輸網(wǎng)進(jìn)行任何檢修行為，那么饋線1 運(yùn)行期間突然停電帶來的期望費(fèi)用約為1 694 750 元，此時(shí)配電公司勢必會承受巨大的經(jīng)濟(jì)損失；若在第二、第五年實(shí)施所有檢修策略，那么饋線檢修費(fèi)用及突然停電帶來的期望費(fèi)用之和是138 270 元，和方案1 相比節(jié)約開支18.41%。實(shí)施本文設(shè)計(jì)的檢修方案節(jié)約效果更大，實(shí)現(xiàn)了輸網(wǎng)檢修費(fèi)用最低化。

4 結(jié)束語

本文基于管理動態(tài)規(guī)劃技術(shù)摸索出了輸網(wǎng)的最優(yōu)長期選擇性檢修計(jì)劃的方法，這種方法實(shí)施時(shí)解耦處理風(fēng)險(xiǎn)及風(fēng)險(xiǎn)因子，用決策樹確定適宜的檢修方案，設(shè)定的約束條件是在一定時(shí)期內(nèi)期望操作總費(fèi)用最低。通過算例分析驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的檢修方法能顯著減少輸網(wǎng)檢修費(fèi)用，節(jié)支效果顯著，未來可以嘗試在輸網(wǎng)檢修領(lǐng)域普及應(yīng)用。