基于LCM及风险评估的变电站改造决策

1、第37卷 第12期2009年12 月V o.l37 N o.12 D ec. 2009特约专稿基于LC M及风险评估的变电站改造决策乐振春,杨凌辉,李红雷,薛玉兰,余颖辉(华东电网有限公司资产全寿命周期管理项目组,上海 200002摘 要:从LC M理念出发,将风险评估理念引入变电站改造决策,阐述了风险评估与LCC、可靠性的关系,讨论了设备评价方法、设备风险评估模型、系统风险评估模型,针对华东电网500k V变电站改造工程,进行了实例分析。关键词:变电站改造;风险评价;状态评价作者简介:乐振春(1973 ,男,高级工程师,生产部主任,从事输变电设备运行、生产管理工作。中图分类号:TM73 文献

2、标志码:A 文章编号:1001 9529(200912 2041 03Decision m aki n g f or subst ation retrofits based on LC M and risk assess m entLE Zhen chun,YANG L i ng hui,L I H ong lei,XUE Yu lan,YU Y i ng hu i(LC M P ro ject T ea m,East Ch i na G ri d Company L i m ited,Shangha i200002,Ch i naAbstrac t:T he concepts of LC M

3、 and risk assess m en tw ere i ntroduced i nto dec i s i on m ak i ng for substati on re tro fits.T he re lati onship bet ween risk assess m ent and LCC as we ll as reli ability w as ill ustra ted,and the equ i p m ent evaluati on m ethod,t he equ i p m en t assess m ent mode,l and the sy stem r isk

4、 assess m ent model w ere d iscussed.T he retro fit o f a ce rtain500kV substati on of East China Pow er G ris by using t hese m ode l s was ana l yzed.K ey word s:substa tion re tro fit;risk eva l uation;conditi on evalua ti on华东电网部分前期投运的500kV变电站,老旧设备逐渐增多,面临着技术改造的压力。从资产全寿命周期管理(LC M的角度来看,在变电站改造中,如何在

5、改造方式、资产收益、安全运行诸多变量间探寻最佳组合,已成为一个亟待研究的课题1。本文讨论了如何运用风险评估的理念,创建一套完整的综合考虑各因素的评估模型,实现变电站安全运行与资产收益的最佳组合。1 风险评估的概念和特点1.1 风险评估的概念风险评估方法起源于20世纪70年代核动力工业的风险管理学科,在90年代逐渐形成,并在航空航天、石油化工、压力容器和管道等诸多行业得到了广泛的应用。它是在经济效益和社会效益、风险和费用三者之间寻求达到风险最小、效益最大的目标。电力系统的风险评估是在可靠性评价的基础上,将潜在风险在社会、经济等方面的影响予以量化,考虑成本、环境与安全等多个方面。国家电网公司200

6、8年公布了 输变电设备风险评估导则(报批稿,为输变电设备的状态检修决策提供依据。1.2 风险评估与LCC、可靠性的关系全寿命周期成本(LCC、可靠性分析都是近年来在电力系统受到关注的分析方法。LCC管理方法通过对资产的规划、设计、采购、建设、运行、检修、技改、报废全过程进行计算和管理,以期达到资产全寿命周期成本最低的目标。可靠性是指设备在规定条件下和预定时间内,完成特定功能的能力。电力系统的可靠性分析包括可用率、故障率、平均寿命等指标。风险评估和LCC、可靠性分析存在密切的联系。风险决策中可以采用LCC中的成本控制方法。风险和可靠性两个概念的含义存在一定相通,在某种意义上,它们描述着同一事实的

7、两个方面,更高的风险意味着更低的可靠性。可以看出,风险评估、LCC、可靠性分析这3种方法,各有侧重,各有特点。而风险评估的突出优点主要有2个:(1风险可以突出发生概率较小但后果较为20422009,37(12 严重的事件,相比可靠性更为醒目,评估精度也可能更高。(2目前的研究工作中,全寿命周期成本更多倾向于设备自身的成本,而可靠性更多倾向于系统损失成本。风险可以较好地将现有的两个概念结合起来。2 设备风险评估模型风险评估以风险值为指标,综合考虑资产、资产损失程度及设备发生故障的概率三者的作用,一般来说,风险值可按式(1计算。R (t=A (t!F (t!P (t(1式中 t 某个时刻(T i

8、m e;A 资产(A ssets;F 资产损失程度(F ail ure;P 设备故障率(P robab ilit y ;R 设备风险值(R isk。将风险评估方法用于变电站改造决策。首先对一批待改造的设备进行风险评估,根据风险值决定改造的优先顺序,风险值越大改造的需求越强。式(1中,设备资产值A 取决于设备价值、用户等级、设备地位3个因素。资产损失程度值F 由成本、环境和安全3个要素的损失程度确定,其中安全损失程度包括人身安全和电网安全2个子要素,每个要素的损失程度需综合考虑要素损失值和要素损失概率。设备故障率P 的定量计算比较难,目前可根据国家电网公司的相关技术规范,由设备状态评价分数推算出

9、来。可见,如何正确地对设备进行状态评价,得到合理的状态评价分数,是设备风险评估中的关键技术。3 用于变电站改造的设备状态评价方法随着状态检修工作迅速推进,国家电网公司于2008年发布了变压器、断路器、架空线路的状态检修导则和状态评价导则(以下简称状态检修导则,已在全网范围内得到推广。该导则的状态量比较全面,对变电站改造中的设备评价有重要的参考价值。但同时应看到,面向变电站改造的设备评价,与状态检修评价的情况有所不同。面向检修决策的设备状态评价的宗旨是根据评价结果,得到状态检修建议,包括延期、按时、提前安排检修等几个简单的结论;同时该评价方法用于对所有设备进行评价,工作量很大,所以对分数的处理比

10、较简洁。而变电站改造仅涉及少数缺陷较多、老旧的设备,工作量少,可以进行更深入、全面的评价。面向变电站改造的设备评价,和状态检修评价相比,应增加以下几方面内容:(1历史缺陷 尽管已经消缺,但根据设备历史上发生缺陷的严重程度、发生频度,在评价结果中应有所反映。(2剩余寿命评价 该项内容需要深入的基础研究,而现阶段可以首先确定主要寿命特征量,根据寿命特征量的变化推算剩余寿命;或采用简单的运行时间折算,并体现不同厂家的差别。(3设备基础数据 全面分析设备设计、制造、安装阶段的资料,评价设备投运前是否存在先天缺陷。(4性能参数评价 与状态检修不同,变电站改造必须考虑:即使设备运行状态良好,由于电网发展,

11、设备的性能参数可能已经不再满足要求。如变压器的容量、损耗、噪声、抗短路能力、承受直流偏磁的能力等,断路器短路开断能力、载流容量、外绝缘性能等。这对设备选型、改造均有重要意义。4 系统风险评估模型系统风险指对变电站改造前后由于输变电设备故障停运率所造成的系统输(供电性能的变化以及产生的后果2。(1系统风险评估的定义与计算电力系统的风险评估值RI (R isk Index不仅包括辨识故障事件发生的可能性,还需要识别这些事件后果的严重程度,即R I =#Ni=1(R i T i P i ,(i =1,N (2式中,R I 为变电站技术改造的系统运行风险指标;R i 与T i 分别为系统预想事故集中第

12、i 个事故的发生概率和事故持续时间,通过对变电站主接线及站内元件的可靠性数据分析计算来获得;P i 为第i 个预想事故造成的系统事故备用的降低量或直接的负荷损失。(2系统风险评估的流程通常包括以下四个方面的内容:1确定元件停运模型,一般分为独立和相关两类停运;2选择系统预想事故集和计算概率;3评估所选择事故集的影响后果;乐振春,等 基于LC M及风险评估的变电站改造决策20434计算风险指标。5 风险评估的实例分析5.1 设备风险评估和系统风险评估的结合设备风险评估方法对变电站改造所涉及的各要素均有所反映,包括设备、系统,以及对社会的影响。其中,对设备进行了详细的状态评价,描述比较全面,而对系

13、统、社会的影响,基本上采用定性计算。系统风险评估侧重于改造对系统影响的定量计算,包括输送容量、运行可靠性等;间接反映了对社会的影响。两种方法的结合点在于,设备风险评估中获得的每台设备故障率,可作为系统风险评估中元件的可靠性数据。这样可充分利用两种方法的优势。5.2 变电站改造实例华东电网某500kV变电站在20082010年期间进行了大型改造,更换了7组500kV断路器,以此变电站为例,运用设备风险评估和系统风险评估进行了评价。(1设备评价对改造前后的7组500kV断路器进行了状态评价和风险评估,如表1所示。其中5042、5043断路器改造的原因是短路开断能力不足,本次评价暂未对短路开断能力扣

14、分,所以得分为满分100分。风险评估中的资产和资产损失程度的计算采用国网相关导则。表1中的风险值表示了该设备改造需求的迫切程度。表1 改造前后500kV断路器状态评价和风险评估断路器编号5021502250335041504250435053改造前状态评价分值8498888410010088风险0.05850.00630.03090.05850.00460.00460.0309改造后状态评价分值100100100100100100100风险0.00460.00460.00460.00460.00460.00460.0046(2系统风险根据该变电站一次设备主接线图,搭建用于变电站可靠性分析的计算

15、模型;利用PTI公司提供的TPLAN软件对变电站改造前后输电设备N-2故障指标进行计算,并在此基础上进一步对各N-2故障下电网的运行方式进行校核(主要包括线路重载、母线低电压以及电压稳定校核。计算结果表明:各N-2事故下系统虽然不会出现负荷损失,但这并不表示N-2事故本身对系统运行没有影响,而是因为系统规划运行中具有比较充分的事故备用,因而发生事故停运的输电设备上所传输的功率可以由系统中其他输电设备来承担。因此,对系统风险的评估可以从N-2事故下系统需提供的事故备用功率来加以衡量。各N-2事故下系统提供的事故备用功率可根据对应运行方式下事故所造成的该站输送功率的减少量来考虑。在此基础上,结合各事故的发生概率,可以得到N-2事故下系统提供的备用电量总和。比较改造前后这一电量的变化,即可反映出系统运行风险的变化。计算中N-2事故的发生概率由变电站各元件可靠性数据以及元件之间的相关性分析获得。针对79种故障组合在改造前后的事故概率、平均事故时间、系统事故备用功率、事故备用电量进行了计算,得到各种故障组合的平均事故时间,改造前为41.96h,改造后为35.29h。这样,定量评估了改造对系统的影响。6 结语从LC M理念出发,将风险评估理念引入变电站改造决策。风险评估方法可以突出发生概率较小但后果较为严重的