阐述架空输电线路运行状态及可靠性评价_宋岩

1、阐述架空输电线路运行状态及可靠性评价宋岩周伟才(深圳供电局深圳518020摘要: 本文通过分析提出了一种架空输电线路运行状态评估的FTA分析法,该方法运用最小割集原理建立故障树,给出了相应的线路运行状态可靠性评估的计算公式,采用本方法对某工业区220kV线运行状态进行可靠性评估,取得了良好的计算结果。关键词:架空输电线路;运行状态0引言高压交流设备状态检修,尤其是输电线路的状态检修,并没有一个成熟的模式可供借鉴和套用。在输电线路状态检修探索过程中,因有效的状态检测手段不多,要真正完全实施以状态检测为基础的输电线路运维制度,目前国内还处在探索、试验阶段。自1999年以来,我们在部分线路上进行了尝

2、试,通过分析总结,并参照兄弟单位的经验,结合我局输电线路运行、检修的实际情况,提出了以安全生产为中心,以状态为基础(包含线路巡视、检测和检修等内容,探索适应深圳电网输电线路特点,且切合自身发展实际的状态检修模式。对于架空输电线路运行状态进行可靠性的评价,首先需要结合输电线路外部运行环境进行综合的调查,收集输电线路的历史运行数据,掌握输电线路通过地区的地质情况、气象环境、污秽水平、设计参数、防腐措施、维护水平及事故原因等基本情况,然后根据以上情况制定输电线路安全评价的分类原则,并进行深入的分析。本文提出了架空输电线路运行状态评估的故障树分析法(FTA 法,该方法运用最小割集原理建造输电线路运行状

3、态故障树,通过对故障树的评价分析,找出导致架空输电线路故障发生的各种直接原因和间接原因,计算出其相应的故障概率,以此作为架空输电线路进行评价的理论依据。1导致架空输电线路故障的主要因素及其状态划分1.1导致架空输电线路故障的主要因素a 影响杆塔运行状态(X 主要因素:X1,杆塔倾斜情况;X2,杆塔表面发生脱落、锈渍等情况;X 3,杆塔主材变形情况;X 4,杆塔辅材变形率;X 5,杆塔螺栓牢固情况;X 6,钢筋混凝土电杆保护层腐蚀和钢筋外露情况;X7,普通混凝土电杆有裂纹的情况;X 8,杆塔拉线和拉线棒锈蚀后直径变化情况;X 9,杆塔塔材及拉线防盗情况。b 影响绝缘子运行状态(Y 主要因素: Y

4、 1,绝缘子表面的污垢情况;Y2,绝缘子表面的爬电比距情况;Y3,瓷质绝缘子的零值率、自爆率情况;Y 4,合成绝缘子有破损、龟裂、老化的情况;Y5,瓷质绝缘子锁紧销情况;Y6,钢角、钢帽松动情况。c 影响金具运行状态(Z 主要因素: Z 1,金具的锈蚀情况;Z 2,金具的磨损情况;Z 3 ,金具的销子短缺情况;Z4,金具的松动情况;Z5,金具的强度情况。274d 影响导地线运行状态(U 主要因素: U1 ,架空输电线路断股处数情况;U2 , 镀锌钢绞线锈蚀情况;U3 , 导线对地弧垂偏差情况;U 4 , 导线相间弧垂偏差情况;U5 , 同相子导线弧垂偏差情况;U 6 , 导线连接器情况;U 7

5、 , 导线强度试验值情况。f 影响基础及接地状态(V 主要因素: V 1 ,金属基础情况;V 2 , 基础的地质状况;V3 , 基础的防护措施情况(包括冲刷 ;V 4 , 接地装置本体情况;V5 , 接地装置敷设情况;V 6 , 接地电阻情况。1.2架空输电线路运行状态的划分对于一个运行中的架空输电线路而言,可分为运行状态和停运状态两种,其中停运状态中的计划检修是事先安排的,停运状态中的故障停运是随机的。运行状态,有时又称工作状态,即元件处于可以执行它的规定功能的状态,其工作持续的时间称为边疆工作时间( TIF;停运状态有时又称为故障状态,即由于元件故障,处于不能执行它的规定任务的状态,停运状

6、态持续的时间称为连续停运时间( TIR。两种状态是交替出现的循环,由于架空输电线路属于可修复系统,在本文中研究的是按照可修复系统来评估架空输电线路的可靠性。可靠度R ( t 定义是在给定运行条件下,系统在规定时间内可靠运行的概率。对架空输电线路而言,失效概率P( t 与可靠度的关系为R ( t +P ( t = 1 。本文提出的算法可以求出架空输电线路的故障概率P ( t 和可靠度R ( t , 根据其计算结果可以将架空输电线路各个部件的运行状态划分为三种状态,即良好状态、注意状态和不良状态。凡属不良状态, 即需要对此线路进行检修。2输电线路可靠性指标定义和计算原理2.1指标的定义架空输电线路

7、的可靠性指标是指在规定的运行条件下和预定的时间内完成规定功能的概率。在可靠性理论计算中,一般可以采用以下可靠性指标:概率指标,如可靠度和可用率;频率指标,如单位时间里发生故障的期望次数;故障平均持续时间指标;期望值,如一年中系统发生故障的期望天数等表示。本文对架空输电线路的运行状态进行评估时使用的指标为概率指标,其通过计算故障概率来得到输电线路运行状态的可靠度指标。2.2计算原理本文采用FTA 法评定故障树就是找出导致架空输电线路发生故障的可能的故障模式, 即求出导致线路故障的所有最小割集。通过分析最小割集得到哪些元件是输电线路可靠性最薄弱的环节。若给定基本故障事件出现的概率, 则可以定量地评

8、定故障树顶事件T 出现的概率。若已求出故障树的最小割集B1 , B2 , B3 , Bm 则当至少有一个最小割集出现时, 故障树顶事件出现的概率为P T= 。设架空输电线路中间事件 P( X ,P( Y , P( Z , P (U , P(V 分别为杆塔、绝缘子、金具、导地线、基础及接地装置运行状态的不良状态概率,基本事件分别为 X 1, , X 9 ,Y1 , , Y 6 , Z1 , , Z5 , U 1 , , U 7 , V 1 , V6 33 个最小割集,则整条架空输电线路的故障概率为:P N = ( N = X , Y , Z , U , V (1设架空输电线路的故障概率为P s,

9、则根据系统概率的简化算法, 我们得到Ps =,由此我们可以得到架空输电线路的运行状态概率计算公式为:275P s = P(X + P(Y + P(Z + P(U + P(V (2P ( N 为中间事件的故障概率, 其计算公式如下:P( Ni =。(3式中: P ( N 各中间事件的不良状态概率;Ni各基本事件设备元件处于不良状态个数;N N各个基本事件整体设备元件的总数;n 基本事件的个数。为了使计算精度更加精确,本文采用了加权系数的概率计算方法。其权系数大小由专家根据线路运行情况给出。此算法我们称为最小割集系统状态概率的上界算法,这种算法既满足了工程精度, 又可节省大量计算时间。加权算法公式

10、如下:P s = P( X ·R X + P( Y ·R Y + P( Z ·R Z+ P(U ·R U + P(V ·R V (4P( N =(5式中: RN ( N = X , Y , Z , U , V 为各中间事件的权系数,其基本事件权系数R Ni如下矩阵所示: (63实例分析依据本文的算法公式,选取2005年该工区220kV线的运行状态进行计算,该线路长度22.98 km。线路中共有杆塔74 基;绝缘子5287片,其中瓷质绝缘子4675片,合成绝缘子80串;金具4000 个;地线73 根;基础及接地装置74 基。根据各个部件运行状态的

11、原始数据(略,使用公式(4 可得到架空输电线路不良状态概率,通过公式(5 计算架空输电线路中间事件运行状态概率。输电线路各中间事件不良状态概率为:P (X = 0.023 108 108;P (Y = 0.034 626 768;P (Z = 0.017 000 000;P (U = 0.009 041 095;P (V = 0.065 000 000。276输电线路不良状态概率为:P s =P a(X ×35 % + P a(Y ×5 % + P a(Z ×1 %+ P a(U ×4 %+ P a(V ×55 % =0.046 100 82

12、。则整条架空输电线路的良好状态概率为:评分= 1 P s = 1 0.046 100 8295. 4 % 。由以上计算结果可得整条架空输电线路的良好状态概率为95.4 %,由此可知该线路状态处于良好运行状态。由以上各个元件状态概率,可知该条输电线路的基础及接地装置良好状态概率低于其它元件,其中又以接地电阻的不良概率最大,故可以判定该部分为系统的最薄弱环节,需要给以及时维护。4 可应用到输电线路状态检修后台分析决策系统,作为实现线路状态检修的重要辅助工具输电线路状态检修的突出优点是基于设备状态监测的数据,判断设备的健康状态,实施主动维修,由图1可见,基于全生命周期相关信息的状态检修解决方案,保留

13、了状态检修的要件,便于在静态信息的基础上依据动态信息及分析决定合适的维修策略。在“专家诊断”及“维修决策”平台中,拥有来自设计、施工部门的图纸文档,以及运行、维修的历史资料。同时,该系统与GIS、雷电定位、MIS等系统结合,接收来自外系统的气象、状态监测及模拟试验数据,从而便于实现生命周期各阶段(设计、制造、施工、运行、维修、试验及管理的信息共享,实行跨行业、跨部门的协调乃至联动。专家诊断平台中,根据标准库、知识库、经验库,结合上述架空输电线路运行状态评估的故障树分析法(FTA 法,形成线路上各类设备状态的判断标准和判断结果,为检修决策提供状态判断的依据。图1基于全生命周期相关信息输电线路状态

14、检修后台分析决策系统 2775结束语状态检修方式以设备当前的实际工作状况为依据,它通过先进的状态监测和诊断手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段,判断设备的状态,识别故障的早期征兆,对故障部位及其严重程度、故障发展趋势做出判断,并根据分析诊断结果,在设备性能下降到一定程度或故障将要发生之前主动实施维修。它为电气设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。状态检修的关键是对设备状态的判断,不仅要识别已经发生的故障,而且预测未来可能发生的故障。解决这些问题,一些常规的计算程序和分析程序无能为力或不够有效。因为在这些问题中,人类专家的经验起着主导作用,如何将架空输电线路全生命周期相关信息进行分析和系统固化实现并有自学功能显得相当重要,上述故障树分析法(FTA 法运用最小割集原理建造输电线路运行状态故障树, 通过对故障树的评价分析找出导致架空输电线路故障发生