一种输变电设备运行动态风险的评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力设备运行技术领域，尤其设及一种输变电设备运行动态风险的评 估方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力 用户供应电力和电能的能力的量度，它始终是电力系统中最重要的研究问题之一。随着现 代电力系统规模的加大，W及用户对电能质量要求的不断提高，特别是国内外的几次大停 电事故的发生，电力系统的安全可靠性引起了人们的高度重视。电力系统是一个由发电机、 变压器、断路器、输电设备、用电设备等电气设备组成的复杂系统，该些电气设备能否安全 可靠运行将直接决定着整个电力系统的安全性与可靠性，由此可见，电气设备的可靠性是 电力系统可靠性的基础，电气设备的可靠性评估是整个电力系统可靠性评估的重要组成部 分。
[0003] 根据我国有关电力系统的统计数据得知，2003年-2013年间，由电气设备自身故 障引起的电力系统事故在电力系统全部故障中所占的比例呈逐年增加的趋势，每年有60% W上的电力系统事故是由电气设备故障引起的。W 2010年云南省为例，云南电网公司发生 的较大的电力系统事故有30起，其中，由电气设备故障造成的事故占21起，约为事故总数 的70%。从其它国家的电力系统事故统计数据来看，情况也是该样，根据国内外电力系统大 停电事故原因的分析结果可知，电气设备自身故障不仅是影响电力系统可靠运行的主要原 因，而且是电力系统故障中所占比例最大的。
[0004] 目前，电力企业正在试行W设备状态检修为主的检修方式，通过对设备实际运行 状态的检测分析，及时、有效地安排检修计划，避免了设备检修不足或检修过度的问题。随 着电网结构日益复杂、设备不断增多，科学合理的设备运行风险评估，并制定状态检修决策 显得尤为重要。
[0005] 国内外关于设备运行风险评估和状态检修策略的研究主要有3个分支：基于设备 全寿命周期成本（LCC)的状态检修、W可靠性为中屯、的状态检修（RCM)，基于风险评估的状 态检修（RBM)。其中，基于LCC的状态检修策略主要偏重于减少设备检测和维修的总费用， 没有强调设备检修安排对系统运行可靠性的影响；RCM策略则更多地倾向于提高系统的可 靠性，但忽视了设备可能因检修不及时发生故障所造成的各种损失；而RBM策略能突出概 率较小但后果较为严重的事件，平衡所有不确定的收益及成本，因此在状态检修决策优化 中得到了广泛应用，但由于目前所采用的风险评估指标过于单一，没有综合考虑电网运行 可靠性和设备故障损失等因素，影响了检修决策的准确性。
[0006] 为了有效延长电气设备的使用寿命，就需要对电气设备，特别是变电站和电厂内 输变电设备进行评估，而如何科学有效的对输变电设备运行的风险进行评估是一个亟待解 决的问题。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述问题，本发明提供的一种输变电设备运行动态风险的评估方法，按 照W下6个步骤进行计算：
[000引 S1 ;故障模式辨识；
[0009] 本发明采用领结模型分析常见故障模式的原因及后果，在此基础上进行风险预 巧U;对当前可能存在的故障模式，进行故障原因分析和故障后果预测对风险控制至关重要； 故障原因不同时，故障发展趋势和可能造成的故障后果都有可能不同；对故障原因常采用 故障树分析方法，故障树分析W目标故障模式为顶事件，自上而下地分析可能会造成顶事 件的原因，是一种由果至因的分析方法；对故障后果的预测是分析该故障模式后续可能会 引起的其他故障模式，W及可能导致的最终功能故障，该直接关系到变压器的运行风险；事 件树分析方法被广泛应用于分析某一事件造成的后果，它按照故障发展的时间顺序由初始 故障源预估后续可能会引起的故障后果，从而对系统的安全性和可靠性进行分析，是一种 由因至果的分析方法；
[0010] S2 ;基于故障因果网络图，构建故障模式的领结模型
[0011] 本发明结合故障树和事件树分析方法对故障模式的原因和结果进行分析，形成W 故障模式为中屯、节点的领结模型；领结模型能够联合故障树和事件树分析事故的原因、后 果W及事故风险，确定相应的风险控制措施，在风险管理领域得到了广泛的应用；领结模型 用图形的方式来描述一个关键事件的原因和结果；如图2所示，关键事件位于图形的中间， 左侧用故障树分析关键事件的原因，其中直接与关键事件连接的事件称为直接原因；右侧 用事件树分析关键事件可能造成的后果，直接与关键事件连接的事件称为直接后果，整个 图形形成了领结式的结构，因此称为领结模型，有时也称为领结图分析、蝴蝶结模型；在风 险管理领域，领结模型主要用于研究安全措施的设置位置和方式，W减免危险事件的发生， 安全措施为安全屏障；
[0012] S3 ;对领结模型左侧的故障原因进行分析、归类，化为单链结构
[0013] 输变电设备故障因果网络图表现了所有故障模式之间的因果关系，为建立领结模 型提供了理论基础，传统的故障树和事件树都可W用因果网络图表示，所W本发明领结模 型的左右两侧均采用因果网络图表示；
[0014] 在通综合诊断后得到输变电设备可能存在的故障模式后，将该故障模式作为领结 模型中的关键事件，定位关键事件在整个因果网络图中的具体位置，并沿着连接点向前捜 索与之有直接或间接关系的节点，直至到达父节点，即可获得该关键事件的原因节点，将涵 盖的所有节点W原有连接方式置于领结模型的左侧与关键事件连接；然后用同样的方法沿 着关键事件所在节点向后捜索与之有直接或间接联系的节点直至叶节点，即可获得该关键 事件的后果节点，将该些节点置于领结模型的右侧与关键事件连接，由此形成该故障模式 的领结模型；对于节点较多的网络图，可应用常见的路径捜索算法确定关键事件左侧的原 因节点和右侧的后果节点；
[0015] S4 ;分析领结模型中的致险应力及增险应力，构建半马尔科夫模型
[0016] 本发明采用半马尔科夫过程描述故障模式的发展过程；
[0017] 半马尔科夫过程与马尔科夫更新过程有关，马尔科夫更新过程中，如n为非负整 数，设X =找n}，Xn G S，T = {Tn}，Tn > 0,且0 = TO《T1《???<化-1《化《…；若对于 任意n > 0, j G S，t > 0满足式（1):
[001 引
【主权项】
1. 一种输变电设备运行动态风险评估方法，其特征在于，按照以下6个步骤进行计算： 51 :故障模式辨识 采用领结模型分析常见故障模式的原因及后果，在此基础上进行风险预测；对故障原 因常采用故障树分析方法，故障树分析以目标故障模式为顶事件，自上而下地分析可能会 造成顶事件的原因；对故障后果的预测是采用事件树分析方法； 52 :基于故障因果网络图，构建故障模式的领结模型 结合故障树和事件树分析方法对故障模式的原因和结果进行分析，形成以故障模式为 中心节点的领结模型；领结模型采用图形的方式来描述一个关键事件的原因和结果；关键 事件位于图形的中间，左侧用故障树分析关键事件的原因，其中直接与关键事件连接的事 件称为直接原因；右侧用事件树分析关键事件可能造成的后果，直接与关键事件连接的事 件称为直接后果，整个图形形成了领结式的结构； 53 :对领结模型左侧的故障原因进行分析、归类，化为单链结构 领结模型的左右两侧均采用因果网络图表示； 在通过综合诊断后得到输变电设备可能存在的故障模式后，将该故障模式作为领结模 型中的关键事件，定位关键事件在整个因果网络图中的具体位置，并沿着连接点向前搜索 与之有直接或间接关系的节点，直至到达父节点，即可获得该关键事件的原因节点，将涵盖 的所有节点以原有连接方式置于领结模型的左侧与关键事件连接；然后用同样的方法沿着 关键事件所在节点向后搜索与之有直接或间接联系的节点直至叶节点，即可获得该关键事 件的后果节点，将这些节点置于领结模型的右侧与关键事件连接，由此形成该故障模式的 领结模型；对于节点较多的网络图，可应用常见的路径搜索算法确定关键事件左侧的原因 节点和右侧的后果节点； 54 :分析领结模型中的致险应力及增险应力，构建半马尔科夫模型 采用半马尔科夫过程描述故障模式的发展过程； 55 :分为两个步骤S5. 1和S5. 2同时进行 S5. 1 :模型参数获取故障概率求解； 通过分析确定关键事件引起的劣化状态转换关系后，需要获取半马尔科夫过程的参 数，即在各个状态的停留时间的概率分布；输变电设备在劣化状态停留时间的概率密度分 布普遍为威布尔分布，由此形成半马尔科夫过程中常见的模型形式Weibull - Markov模 型；其中的参数〇1、12、23，由劣化统一模型获得；在获取如让1111-1&^1?^模型中的参数后 根据半马尔科夫过程的数值求解过程获取各个时刻输变电设备处于每个状态的概率，以得 到输变电设备风险中的故障概率因素； S5. 2 :估测故障原因作用下各劣化状态的维修时间类别，确定各状态的维修费用； 对于Weibull - Markov所示的风险模型，故障后果即为维修各状态所需费用；状态的 维修费用采取与风险评估方法相同的方式，即首先依据经验估算状态的维修时间类别，然 后查找维修时间类别对应的维修费用；故障维修时间与领结模型左侧的故障原因密不可 分； 56 :风险预测 设备风险设为故障概率和故障后果的乘积；通过以上分析获得了领结模型对应的半马 尔科夫过程模型中输变电设别处于各状态的概率和各状态的维修费用后，根据下式即获得 设备面临的运行风险：
其中R(t)为十倍在t时刻面临的运行风险，η为状态数，Pi (t)为在t时刻设备处于第 i个状态的概率，Ci为修复第i个状态所需的费用。
【专利摘要】本发明公开了一种输变电设备运行动态风险的评估方法，结合故障树和事件树分析方法对故障模式的原因和结果进行分析，形成以故障模式为中心节点的领结模型，领结模型能够联合故障树和事件树分析事故的原因、后果以及事故风险，确定相应的风险控制措施。本发明针对输变电设备运行风险，可以动态评估运行风险，相较于现有技术的故障诊断机制，动态故障诊断机制增加了对证据信息需求的判断，减少了诊断过程的盲目性，可有效判断输变电设备的故障情况，因此评估得到的输变电设备的使用寿命结果更准确，更加符合实际情况，从而对工程应用更具有指导意义。
【IPC分类】G06Q10-06, G06Q50-06
【公开号】CN104537487
【申请号】CN201410823001
【发明人】曹敏, 薛武, 周年荣, 张林山, 沈鑫, 高文胜
【申请人】云南电网公司电力科学研究院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月25日