一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，包括：根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进行风险识别；预测风险发生的设备故障概率，通过基准态分析获取设备健康度；建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，分析电力设备各部件的潜在故障的风险后果，确定电力设备各部件的潜在故障对设备功能的影响程度；根据设备故障概率和风险后果，计算出电力设备各部件的潜在故障的风险值；建立风险定级模型，并根据所述风险值，判断所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级。实施本发明提供的技术方案，可以为电力设备的运行维护提供准确的技术依据。
【专利说明】
-种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法
技术领域
[0001] 本发明设及电网电力技术领域，尤其设及一种基于状态评价的电力设备定量风险 评估方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子电力技术的进步，电网向着智能化、远距离、特高压方向发展。为实现成 本、质量和效益等多目标综合最优技术方案，需要根据设备的运行状态评定电力设备可能 存在的不同故障的概率W及风险，采取针对性的检修方法，进一步提高电力设备运行检修 质量。对电力设备进行风险评估的关键作用或目的，是为制定防范措施和检修决策提供科 学依据。
[0003] 设备风险评估的核屯、技术问题包括:根据设备状态对设备故障概率的预测；对相 应设备故障后果的评定;选定运维检修决策。
[0004] 目前现有技术采用的电力设备风险评估方法主要有两种:一是定性风险评估法， 其利用定性指标，通过纳入广范围的考虑因素构建模型，可W方便快捷地提供决策依据;二 是半定量评估法，其主要基于设备类别、设备损失程度和发生概率，将电网供电的可靠性和 持续性、人身安全、检修成本、环境影响货币化，结合利用设备健康指数反推设备平均故障 率和设备重要等级，综合计算得到设备风险，指导设备运维。但是，当前的风险评估方法存 在着评价方法过于简单、数据获取难度大、与检修过程脱节、对检修决策支持有限等一个或 多个技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于状态评价的电力设备定量风险评估 方法，识别出电力设备的潜在故障风险，多角度评估获得电力设备失效时对电网的风险后 果，为电力设备的运行维护提供准确的技术依据。
[0006] 为解决W上技术问题，本发明实施例提供一种基于状态评价的电力设备定量风险 评估方法，包括：
[0007] 根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进行 风险识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式;所述统计数据包括状态评价数据、电力设 备各部件成本统计数据、变电站高峰负荷分析数据；
[000引预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部件的潜在故障进行风险分析， 通过基准态分析获取设备健康度；
[0009] 建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所述关系模型的 各个参数；
[0010] 根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果， 确定所述电力设备各部件的潜在故障对设备功能的影响程度；
[0011] 根据所述设备故障概率和所述风险后果，计算出所述电力设备各部件的潜在故障 的风险值；
[0012] 通过设定不同等级的风险阔值建立风险定级模型，并根据所述风险值，判断所述 电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级。
[0013] 进一步地，所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，还包括:根据所述 电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级，对所述电力设备各部件进行相应的运行维 护，W消除所述电力设备的潜在故障风险。
[0014] 在一种可实现的方式中，所述预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部 件的潜在故障进行风险分析，通过基准态分析获取设备健康度，具体为:根据所述状态评价 数据，计算出电力设备各部件的潜在故障的设备故障概率：
[0015] p=K?e-c*isE
[0016] 其中，ISE为电力设备状态评价分值，K为比例系数;C为曲率系数，P为电力设备故 障概率；
[0017] 将所述设备故障概率与基准值进行比较，根据比较结果判定当前电力设备的设备 健康度。
[0018] 优选地，所述建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所 述关系模型的各个参数，包括:根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备 的损坏成本;根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影 响因子。
[0019] 进一步地，根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成 本，包括:计算电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值：
[0020]
[0021] 其中，上式中的Cl为电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值;Al为统计时间 内电力设备本体或电力设备中各部件发生故障次数;Cj为当前计算的电力设备本体或电力 设备中各部件故障成本值。
[0022] 进一步地，根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网 中的影响因子，包括:根据电力设备本体或电力设备中各部件在电网中的位置、结构与容 量，计算出潜在故障引起的减供电量负荷和停电时间；根据所述减供电量负荷和停电时间 W及统计获得的供需电差，计算电力设备本体或电力设备中各部件的潜在故障的电网影响 成本值。
[0023] 优选地，根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风 险后果，具体为:对所述电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值和所述电网影响成 本值进行货币量化，作为所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果。
[0024] 进一步地，所述根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件 的潜在故障进行风险识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式，包括：
[0025] 确定电力设备的约定层次，并根据对电力设备各部件的功能分析，绘制各个部件 的功能结构;根据电力设备的约定层次、电力设备各部件的功能结构W及潜在故障在电网 中的发生位置，对电力设备各部件潜在的故障模式进行分类。
[0026] 再进一步地，所述风险定级模型包括不可接受区域、可接受区域和ALARP区域；
[0027] 当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于不可接受区域时，根据电力设 备的最佳运行年限对设备进行检修或技术改造；
[0028] 当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于可接受区域时，若风险发生的 设备故障概率大于预设值，则对当前电力设备进行巡检;否则，不处理电力设备各部件的潜 在故障；
[0029] 当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于ALARP区域时，对所述风险后 果与收益进行比较，根据比较结果为当前电力设备选择运维决策。
[0030] 实施本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其有益效果是： 在对电力设备进行风险识别的基础上，对电力设备风险进行计量、比较、判断和排序，对电 力设备在各个状态下运行所带来的不确定性进行评估，获得电力设备可能发生的各种情况 及其发生概率，最终将电力设备风险的不确定性转化为可控的确定性，建立起一套准确的、 定量量化的电力设备风险评估模型，确定电力设备面临和可能导致的潜在风险，为电力设 备的运维策略的制定与实施提供量化的技术依据，有利于提高电力设备运维的安全性、有 效性，降低电网维护成本，为实现质量、效益、安全等多目标综合最优电网提供了基础和技 术保障。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法的一个实施例的 步骤流程图。
[0032] 图2是本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估模型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述。
[0034] 参见图1，是本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法的一个实 施例的步骤流程图。
[0035] 在本实施例中，所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法可W用于变压 器、断路器、GIS(Geographic Information System,地理信息系统）和线路等电力设备的风 险评估，具体包括：
[0036] 步骤SI:根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在 故障进行风险识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式;所述统计数据包括状态评价数 据、电力设备各部件成本统计数据、变电站高峰负荷分析数据(尤其是IlOkV及W上变电站 高峰负荷数据）。
[0037] 在一种实现方式中，所述步骤SI,包括：
[0038] 确定电力设备的约定层次，并根据对电力设备各部件的功能分析，绘制各个部件 的功能结构;根据电力设备的约定层次、电力设备各部件的功能结构W及潜在故障在电网 中的发生位置，对电力设备各部件潜在的故障模式进行分类。通过逐一分析电力设备各部 件潜在的各种故障模式、故障原因及其对设备功能的影响和影响的程度，并把每个潜在的 故障模式按其严酷度予W分类，从而全面识别设备设计、运行的薄弱环节和关键部件，W识 别设备风险并采取相应的预防改进措施，提高设备的可靠性。其中所述严酷度又称为故障 等级，是指故障模式所产生后果的严重程度，是对电力设备故障造成的最坏后果设定的一 个量度，可W分为轻度、一般、比较严重、严重、致命五个层级。
[0039] 电力设备的风险分析主要包括故障模式分析、故障原因分析、故障影响分析、故障 检测方法分析等过程。具体地，在对电力设备的风险识别的具体过程中，首先确定电力设备 影响分析(FMEA)的约定层次;然后根据对电力设备各部件的功能分析，绘制其功能结构图； 再根据约定层次划分及电力设备的功能定义和各个应用场合的实际情况，根据潜在故障在 电网的发生部位，对设备故障进行分类，W及进行故障原因及影响分析。
[0040] 本实施例通过采用故障模式及影响分析法对输变电设备进行了风险识别，总结分 析量设备可能存在的失效模式及失效时的严酷度;通过进行故障原因及故障原因影响分 析，找出每个故障模式产生的原因，进而采取针对性的有效改进措施，可W有效防止或减少 潜在的故障模式发生的可能性。
[0041] 步骤S2:预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部件的潜在故障进行风 险分析，通过基准态分析获取设备健康度。
[0042] 在一种可实现的方式中，所述步骤S2，具体为:根据所述状态评价数据，计算出电 力设备各部件的潜在故障的设备故障概率;将所述设备故障概率与基准值进行比较，根据 比较结果判定当前电力设备的设备健康度。具体实施时，电力设备故障概率可W由W下公 式计算获得：
[004引 p=K?e^dSE (1)
[0044] 上式中，ISE为电力设备状态评价分值，K为比例系数;C为曲率系数，P为电力设备 故障概率，采用公式(1)最终可W获得一个取值在0-1区间的概率。
[0045] 步骤S3:建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所述关 系模型的各个参数。具体实施时，所述步骤S3包括：
[0046] 步骤S31:根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成本 Cl;步骤S32:根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影 响因子C2。
[0047] 步骤S4:根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风 险后果，确定所述电力设备各部件的潜在故障对设备功能的影响程度。
[0048] 步骤S5:根据所述设备故障概率和所述风险后果，计算出所述电力设备各部件的 潜在故障的风险值。其中，电力设备的潜在故障的风险值与设备平均故障概率和设备重要 性(通过风险后果进行衡量)正相关，而设备风险后果的计算则可W采用货币量化的方式， 通过电力设备的损坏成本Cl和在电网中的影响因子C2两方面的计算结果进行量化。
[0049] 步骤S6:通过设定不同等级的风险阔值建立风险定级模型，并根据所述风险值，判 断所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级。
[0050] 进一步地，本实施例提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，还包括： 根据所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级，对所述电力设备各部件进行相应的 运行维护，W消除所述电力设备的潜在故障风险。
[0051] 参看图2,是本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估模型的结构示 意图。
[0052] 在本实施例中，根据图I提供的电力设备定量风险评估方法，建立相应的电力设备 定量风险评估模型，W实现相应的参数计算。具体实施时，模型的输入数据包括:基础数据、 缺陷数据、故障数据、试验数据、变电站数据、线路数据，并采用多种算法支撑，包括但不限 于健康度计算模块、设备故障概率计算模块、风险后果计算模块;执行各种运算后输出电力 设备的风险等级，W及相关的中间结果，如健康度、风险值等参数。
[0053] 优选地，在所述步骤S31中进行货币量化时，根据所述电力设备各部件成本统计数 据，分析所述电力设备的损坏成本Cl,包括:计算电力设备本体或电力设备中各部件故障成 本值：
[0054]
(2)
[0055] 其中，上式中的Cl为电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值;Al为统计时间 内电力设备本体或电力设备中各部件发生故障次数;Cj为当前计算的电力设备本体或电力 设备中各部件故障成本值。具体实施时，电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值Cl 的值可通过查找设备运维的同类项目的实际记录数据获得;Al的值可根据电力设备多年的 (如近10年)历史故障数据进行统计获得。
[0056] 而在所述步骤S32,根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件 在电网中的影响因子C2,包括：
[0057] 根据电力设备本体或电力设备中各部件在电网中的位置、结构与容量，计算出潜 在故障引起的减供电量负荷和停电时间;根据所述减供电量负荷和停电时间W及统计获得 的供需电差，计算电力设备本体或电力设备中各部件的潜在故障的电网影响成本值。
[0058] 在所述步骤S4中，根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在 故障的风险后果，具体为：
[0059] 对所述电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值C神P所述电网影响成本值 C2进行货币量化，作为所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果。
[0060] 在一种实现方式中，电网影响成本值C2可W通过:C2 =减供电量X供需电差（由购 售电差获得），得到货币化的衡量结果。其中减供电量负荷、停电时间需要根据电力设备(如 电力变压器)所在电网中的位置、结构与容量上是否满足N-I条件进行判断，分为S种情况： [0061 ] 1)电网结构不满足转负荷，则:减供电量负荷=主变容量X 80% X 168;
[0062] 2)电网结构满足转负荷但运行不满足N-I条件，则:减供电量负荷=供电缺口值X 供电缺口持续时间；
[0063] 3)电网结构满足转负荷且运行满足N-I条件，则:减供电量负荷=0。
[0064] 通过综合电力设备故障引起的减供电量负荷、停电时间、供需电差=方面进行计 算，从而得到潜在风险导致的电网影响因子C2货币化的衡量结果。
[00化]在本实施例中，可W采用ALARP(As Low As Reasonably Practicable,最低合理 可行）原则确定风险定级模型，W确定不同风险等级的阔值。具体地，所述风险定级模型包 括不可接受区域、可接受区域和ALARP区域。则在进行电力设备运维时，可W采用W下方式， 包括：
[0066] 当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于不可接受区域时，根据电力设 备的最佳运行年限对设备进行检修或技术改造；
[0067] 当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于可接受区域时，若风险发生的 设备故障概率大于预设值，则对当前电力设备进行巡检;否则，不处理电力设备各部件的潜 在故障；
[0068] 当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于ALARP区域时，对所述风险后 果与收益进行比较，根据比较结果为当前电力设备选择运维决策。
[0069] 通过风险决策判定，最终形成电力设备的总体运维决策。
[0070] 本发明实施例提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，在对电力设备 进行风险识别的基础上，对电力设备风险进行计量、比较、判断和排序，对电力设备在各个 状态下运行所带来的不确定性进行评估，获得电力设备可能发生的各种情况及其发生概 率，最终将电力设备风险的不确定性转化为可控的确定性，建立起一套准确的、定量量化的 电力设备风险评估模型，在此基础上完成了运维检修策略的优化，W实现运维过程的更进 一步精细化，从而实时掌握设备运行状态和风险评估等级，确定电力设备面临和可能导致 的潜在风险，为电力设备的运维策略的制定与实施提供量化的技术依据，有效管理设备风 险并防控设备事故事件的发生，有利于提高电力设备运维的安全性、有效性，降低电网维护 成本，为实现质量、效益、安全等多目标综合最优电网提供了基础和技术保障。
[0071] W上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，包括： 根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进行风险 识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式;所述统计数据包括状态评价数据、电力设备各 部件成本统计数据、变电站高峰负荷分析数据； 预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部件的潜在故障进行风险分析，通过 基准态分析获取设备健康度； 建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所述关系模型的各个 参数； 根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果，确定 所述电力设备各部件的潜在故障对设备功能的影响程度； 根据所述设备故障概率和所述风险后果，计算出所述电力设备各部件的潜在故障的风 险值； 通过设定不同等级的风险阈值建立风险定级模型，并根据所述风险值，判断所述电力 设备各部件的潜在故障所属的风险等级。2. 如权利要求1所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，还包 括： 根据所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级，对所述电力设备各部件进行相 应的运行维护，以消除所述电力设备的潜在故障风险。3. 如权利要求1所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，所述 预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部件的潜在故障进行风险分析，通过基准 态分析获取设备健康度，具体为： 根据所述状态评价数据，计算出电力设备各部件的潜在故障的设备故障概率： P = K · e-C.ISE 其中，ISE为电力设备状态评价分值，K为比例系数;C为曲率系数，P为电力设备故障概 率； 将所述设备故障概率与基准值进行比较，根据比较结果判定当前电力设备的设备健康 度。4. 如权利要求1所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，所述 建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所述关系模型的各个参 数，包括： 根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成本； 根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影响因子。5. 如权利要求4所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，根据 所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成本，包括： 计算电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值：其中，上式中的Ci为电力设备本体或电力设备中各部仵故障成本值;Ai为统计时间内电 力设备本体或电力设备中各部件发生故障次数;为当前计算的电力设备本体或电力设备 中各部件故障成本值。6. 如权利要求5所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，根据 所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影响因子，包括： 根据电力设备本体或电力设备中各部件在电网中的位置、结构与容量，计算出潜在故 障引起的减供电量负荷和停电时间； 根据所述减供电量负荷和停电时间以及统计获得的供需电差，计算电力设备本体或电 力设备中各部件的潜在故障的电网影响成本值。7. 如权利要求6所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，根据 所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果，具体为： 对所述电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值和所述电网影响成本值进行货 币量化，作为所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果。8. 如权利要求1~7任一项所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征 在于，所述根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进 行风险识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式，包括： 确定电力设备的约定层次，并根据对电力设备各部件的功能分析，绘制各个部件的功 能结构； 根据电力设备的约定层次、电力设备各部件的功能结构以及潜在故障在电网中的发生 位置，对电力设备各部件潜在的故障模式进行分类。9. 如权利要求8所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，所述 风险定级模型包括不可接受区域、可接受区域和ALARP区域； 当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于不可接受区域时，根据电力设备的 最佳运行年限对设备进行检修或技术改造； 当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于可接受区域时，若风险发生的设备 故障概率大于预设值，则对当前电力设备进行巡检;否则，不处理电力设备各部件的潜在故 障； 当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于ALARP区域时，对所述风险后果与 收益进行比较，根据比较结果为当前电力设备选择运维决策。
【文档编号】G06Q10/06GK105956789SQ201610348458
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】谷凯凯
【申请人】国网四川省电力公司, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司, 国网上海市电力公司