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输电线路最佳经济寿命区间评估


第3 9卷 第1 2 期  2 0 1 5年6月2 5日

V o l . 3 9N o . 1 2J u n e 2 5, 2 0 1 5  

: / D O I 1 0. 7 5 0 0 A E P S 2 0 1 4 0 9 2 2 0 0 1

输电线路最佳经济寿命区间评估
许   巍1,王慧芳1,杜

振东2,邱   剑1,姚   艳3,何奔腾1
( 1.浙江大学电气工程学院 ,浙江省杭州市 3 1 0 0 2 7; 2.国网浙江省电力公司经济技术研究院 ,浙江省杭州市 3 1 0 0 0 8; ) 3.国网浙江省电力公司宁波电业局 ,浙江省宁波市 3 1 5 0 0 0

摘要 :为提高电网规划与运维决策的科 学 性 , 提出了一种以全寿命周期年平均成本最小为依据的 不仅考虑了线路役龄 , 还 输电线路最佳经济寿命区间评估方法 。 该方法在计算输电线路故障率时 , 地理与外力破坏环境因素 , 以及部件 与 土 建 、 运行与检修质量状况对输电 考虑了气候与自然灾害 、 线路故障率的影响 ; 并采用最小二乘支持向量机按故障后果严重程度分别计算一般故障 、 较大故障 和严重故障 3 类故障率 , 使得故障率的计算更加可信 。 此外 , 该方法采用区间分析法计算输电线路 寿命周期的各项成本 , 消除了单一定值带来的成本计算误差 。 算 例 验 证 了 输 电 线 路 最 佳 经 济 寿 命 区间评估方法的有效性 , 并指出了评估结果对电网规划与运维决策的指导作用 。 关键词 :输电线路 ;经济寿命评估 ;最小二乘支持向量机 ;全寿命周期成本 ;区间分析法

0  引言
由于 历 史 背 景 和 经 济 发 展 等 多 方 面 原 因 , 国内 电网是由不同役龄跨度和不同工艺水平的新旧设备 ] 1 2 - 。 随着经济快速发展 , 混合构成的 [ 高供电可靠性 要求与土地资源紧张等因素导致电网建设困难的矛 盾日益突出 , 对电网 运 维 决 策 以 及 规 划 改 造 提 出 了 更高的科学性要 求 。 作 为 电 网 的 重 要 组 成 部 分 , 输 电线路长期处于环境恶劣的野外且运行工况复杂多 3] , 不同役龄线路都有可能出现故障率偏高 、 部件 样[ 更换频繁等情况 , 因此 , 对具有一定役龄的输电线路 不仅可以指导运维工作 , 有效避免过 进行寿命评估 , 高的故障率造成大 量 经 济 损 失 , 并且可用于指导未 来电网的规划和改造 , 高效利用土地资源 , 降低电网 建设成本 。 目前 , 对输电线路运行状况的评估已有些研
] 4 5 - , 究[ 而对寿命 评 估 研 究 却 很 少 。 在 工 程 界 , 大多 。 依靠主观经验人为判定输电线路的使用寿命 有部

行经济寿命评估更为可行 。 根据 全 寿 命 周 期 成 本 理 论 , 输电线路固定初始 投入成本的年均值 逐 年 减 少 , 但运维成本随着运行 年数的增加不断提 高 , 当运行至总成本年均值最小 时, 输电线路的 经 济 效 益 最 佳 。 由 于 输 电 线 路 的 维 修成本和故障成本 与 故 障 率 关 系 密 切 , 因此输电线 路的故障率预测是评估线路经济寿命的前提 。 目前 被广泛应用的电力 设 备 故 障 率 模 型 主 要 有 2 类 : 一 如基于役龄 类是基于时间统计 分 析 的 故 障 率 模 型 , 1 1] ; 的威布尔分布模型 [ 另一类是基于 设 备 状 态 评 价 结果的故障率模型 , 如国家电网公司颁布的 《 输变电 [ ] 1 2 1 3 - 。上述模型 中的指数模型 设备风险评估 导 则 》 本身具有一定的粗 糙 性 , 如基于时间统计的故障率 模型只关心设备运 行 时 间 , 不考虑故障影响因素和 严重程度 ; 基于设备状态评估结果的故障率模型 , 虽 然考虑了设备健康 状 态 和 一 些 影 响 因 素 , 但主要考 虑的是设备本身的内因 , 没有考虑诸如环境 、 气候等 目前还缺乏 获得共识的影响 故 障 率 的 外 因 。 因 此 , 更细致的 能 全 面 考 虑 影 响 因 素 的 故 障 率 模 型 。 此 外, 故障率预测结果 的 误 差 和 全 寿 命 周 期 成 本 部 分
1 4] 参数粗略计 算 的 主 观 性 [ 使得采用定值计算的经 。 济寿命结果有较大偏差

分学者通过对输电线路典型部件物理机理的研究给 ] 6 7 - , 出部件寿命 [ 但由于不同类型输电线路之间物理
8] , 结构差异较大 以 及 技 术 规 范 多 有 不 同 [ 至今尚未 [ 9] 制定出统一的线路寿命评判标准 。 经济寿命的评

估虽只涉及资金收 支 , 但在考虑成本等经济性指标 1 0] , 时综合了故障率等可靠性指标 [ 故对输电线路进
;修回日期 : 。 收稿日期 : 2 0 1 4 0 9 2 2 2 0 1 4 1 2 1 9 - - - - ) ; 国家自然科学基金资助项目 ( 国网浙 江 省 电 力 公 5 1 1 0 7 1 1 2 。 司科技项目 “ 变电站 、 线路全寿命应用模型研究 ”

针对 上 述 问 题 , 本文提出了一种输电线路最佳 经济寿命区间评 估 方 法 。 首 先 , 对除了役龄以外的 影响输电线路故障 率 的 关 键 因 素 进 行 了 分 析 , 建立 了线路运行环境和质量状况评估模型 ; 然后 , 按照故 障后果严重程度将故障分为一般故障 、 较大故障 、 严

7 4

许 巍, 等   输电线路最佳经济寿命区间评估
1 5] , 重故障 3 种类型 [ 并采用最小二乘 支 持 向 量 机 分 别计算了各类故障率 ; 接着 , 以全寿命周期年平均成

表 3  部件与土建状况因素集 H1 T a b l e 3 F a c t o r s e t H1 o f c o m o n e n t a n d c i v i l w o r k               p
子因素集 指标集 导、 地线 H1 1 部件 金具 H1 2 绝缘子 H1 3 杆塔 H1 4 土建 基础 H1 5 接地装置 H1 6 说明 断股处数/断线次 数/锈 蚀 情 况/垂 弧 偏差 锈蚀情况/磨损情 况/松 动 情 况/强 度 情况 表面污垢情况/爬电比距 倾斜度/表 面 脱 落 、 锈 蚀 情 况/主 、 辅 材变形情况 周围土 壤 突 起 或 沉 降 、 位 移 情 况/护 坡开裂 、 塌陷情况 接地电 阻 值/接 地 沟 周 围 土 壤 沉 陷 、 冲刷情况/埋深情况

本最小为依据建立了输电线路最佳经济寿命区间评 模型计算时采用了区间分析法 , 可以减少故 估模型 , 障率预测结果以及其他经济数据误差对寿命预测结 最后 , 用算例验证了本文所提出方法的有 果的影响 ; 效性 和 评 估 结 果 对 电 网 规 划 及 运 维 决 策 的 指 导 作用 。

1  输电线路运行环境和质量状况评估
输电线路的老化与故障往往与其所处的外部运 ] 1 6 1 7 - 。 考虑到输 行环境和自身质量状况有较大关系 [ 电线路各类评估指 标 的 模 糊 性 , 综合运用模糊综合 评判法与层次分析法建立输电线路的运行环境和质 量状况评估模型 。 指标集和评语集的建立 1. 1  线路评估因素集 、 根据 电 力 企 业 的 多 年 运 维 管 理 经 验 , 造成线路 老化和故障的环境因素主要与沿途气候和地理环境 有关 , 质量状况则主 要 由 部 件 土 建 状 况 和 运 行 检 修 历史体现 。 经过调研与分析 , 选择气候与自然灾害环境 、 地 理与外力破坏环境 、 部件与土建状况 、 运行与检修状 况 4 个方面作为关 键 分 析 点 , 建立输电线路运行环 境和质量状况评估 因 素 集 和 指 标 集 , 具体如表1至 表 4 所示 。
表 1  气候与自然灾害环境因素集 E 1 T a b l e 1 F a c t o r s e t E f c l i m a t e a n d n a t u r a l d i s a s t e r s               1o
子因素集 气候 指标集 气温 E 1 1 湿度 E 1 2 风速 E 1 3 雷电 E 1 4 自然灾害 覆冰 E 1 5 台风 E 1 6 说明 线路运行环境的最低气温/年温差变化 线路运行环境的最大湿度/平均湿度 线路运行环境的最大风速/平均风速 线路运行环境的雷电日/落雷密度 线路的年覆冰次数/覆冰厚度 线路运行环境的年台风次数/台风强度

表 4  运行与检修状况因素集 H2 T a b l e 4 F a c t o r s e t H2 o f o e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e             p
子因素集 指标集 说明 负载情况 H2 1 线路的年平均负载率 地线/连接金具的运行温度 运行历史 运行温度 H2 2 线路导 、 异常电晕 H2 3 线路出现电晕情况 检修记录 同种线路 H2 4 同种结 构 线 路 定 期 检 修 、 状 态 检 修、 事后检修情况

该条线路 H2 小修情况 5 该条线路大修 、

1. 2  指 标 模 糊 隶 属 度 和 权 重 计 算 及 因 素 集 综 合 评估 指标集可以分为定量和定性两类 。 定量指标 的 评 价 取 值 是 在 文 献 [ 相关规 1 8 1 9] - 程和技术 规 定 的 基 础 上 建 立 的 。 表 5 给 出 了 气 温 其他定量指标限于篇幅不再 列 E1 1 的得分评估情况 , 出 。 各指标根据其指标内容得分评估得到相应估分 值, 估分 值 的 范 围 为 0~1 由指标内容的单项分 0 0, 值与权重乘积之和求得 。
表 5  气温评估 T a b l e 5 E v a l u a t i o n o f a i r t e m e r a t u r e         p
指标内容 最低气温 温度范围/℃ 单项分值 >0   -1 5~0   5 < -1   0 <3   年温差变化 3 0~5 0   0 >5   5 3   2 5 3   1 1 0 1 0 权重

表 2  地理与外力破坏环境因素集 E 2 e o r a h T a b l e 2 F a c t o r s e t E f a n d e x t e r n a l f o r c e s             2o g g p y  
子因 素集 地理 外力 破坏 指标集 海拔 E 2 1 说明 不同的海拔高度造成相同风速有不同风压

地形分布 E 丘陵 、 河川 、 平原的占比 2 2 线路走廊中山地 、 污秽等级 E 2 3 影响绝缘子受污秽的程度 人为 E 2 4 环境 E 2 5 违章施工作业 , 盗窃电力设施 鸟巢 、 漂浮物 ( 如风筝 、 气球 、 白色垃圾 )

定量指标的隶属度向量计算采用基于三角形隶 2 0] , 属函数的模糊分布法 [ 即利用基于 三 角 形 的 分 布 函数来建 立 估 分 值 对 应 于 不 同 评 语 等 级 的 隶 属 函 数。 定性指标的隶属度向量计算采用基于专家的模 2 1] 。 指标隶属度r 糊统计试验法 [ 可由 “ 认为指标集 i j 中第i 个 指 标 属 于 评 语v 与“ 参加评 j 的专家人数” 定的专家总人数 ” 之比求得 。
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将输电线路的运行环境 相 关 因 素 集 ( 和 E1 , E2 ) 质量状况相 关 因 素 集 ( 及各下层指标均分 H1 , H2 ) ,2 , ,4 } 为 4 个评语等级 , 即评语集为 V = { v v = 1 v 3 v { 。 良好 , 尚好 , 一般 , 不良 }

( ) 2 0 1 5, 3 9 1 2

· 学术研究 ·

在求 得 各 指 标 的 隶 属 度 向 量 后 , 可得因素集模 糊隶属度矩阵 R。 指标集权重 的 确 定 采 用 层 次 分 析 法 中 的 “ 9分 , 可得因素集 中 各 指 标 权 重 向 量 W , 指标的权 度法 ” ] 。 重计算方法见文献 [ 2 2 其计算公式如下 : B 为模糊综合评估向量 , ( ) B =W ?R 1 式 中: ? 为 运 算 符 ,表 示 合 成 运 算 ,本 文 采 用 2 3] ( ·, 。 算子 [ M +) 计算 得 到 因 素 集 的 模 糊 综 合 评 估 向 量 后 , 依照 , 最大隶属度原则 因 素 集 的 综 合 评 估 结 果 为 最 大 隶 属度所对 应 评 语 v j。 本 文 假 设 评 语 集 对 应 的 评 分 , 集为 S= { 即相应的评 s s s s ={ 1, 2, 3, 4} v , v , v , v }
1 2 3 4

假设 某 线 路 已 投 运 Z 年 , 则其阶段役龄为 T= / 其中 “ ” 为 上 取 整 符 号 。 例 如 役 龄 为 6~ Z 5 , 的线路其阶段役龄为 2。 1 0a ) 将阶段役龄 T、 运行环境评分 SE1 和 SE2 及质 4 量状况评分 SH1 和 SH2 相同的输电线路定义为同类 线路 , 并分析同类线路在阶段 役 龄 T 期 间 的 历 史 数 据, 分别统计出 3 类 故 障 率 作 为 一 个 样 本 。 需 说 明 输电线路寿命 较 长 , 并 在 不 断 维 护, 在4个评 的是 , 某些指标按年度评价较难区分 , 并且由于 语等级下 , 线路在一年中不同季节有不同的故障类型以及不同 年份由于某次重大 灾 害 导 致 故 障 率 异 动 , 故对同类 线路故障次数的统计时长设为 5a较为科学 。 同类线路的故障率λ 计算公式为 :

则 综 合 评 估 结 果 为 评 语v 语等级对应相应的 评 分 , j 。 的因素集评分为s v


按照 上 述 步 骤 , 依 次 求 得 线 路 因 素 集 E1 , E2 , H1 , H2 的综合评 估 结 果 并 得 到 各 因 素 集 相 应 评 分 SE , SE , SH , SH 。
1 2 1 2

Q λ= ∑ 5∑ l

( T, S

E 1 E 1

, S

E 2 E 2

, S

H 1 H 1

, S

H 2 H 2

) )

( T, S

, S

, S

, S

( ) 2

, ) T, S , S , S S 式中 : Q( ∑ E1 E2 H1 H2 为 5a 内 同 类 线 路 故 障

一般故 障 、 较 大 故 障、 严重故障分别 的总故障次数 ( ; 统计 ) 度和 。 输电 线 路 故 障 率 预 测 模 型 中 , 样本线路数据为 和 线路基本信息 向 量 x xm1 , xm2 , xm3 , xm4 , xm5 ] m =[ ,m2 , ] , 线路实际故障率向量 λ 其中 : m= λ λ m =[ m 1 λ m 3 …, ; 1, 2, M +N ( M +N 为 样 本 数 量 ) xm1 , xm2 , xm3 , xm4 , xm5 分别表示样本 线 路 的 阶 段 役 龄 T 和 因 素 集 ,m2 , 评分SE , SE , SH , SH ; λ λ m 1 λ m 3分别为样本线
1 2 1 2

2  输电线路故障率预测模型
输电 线 路 的 故 障 率 与 役 龄 、 运行环境和质量状 况评分的函数关系 是 不 明 确 的 , 为此需利用样本线 路数据采用人工智 能 算 法 进 行 训 练 和 误 差 分 析 , 建 立故障率预测模型 , 并对待评估线路进行故障率预 。 测 由于获得大量 样 本 较 为 困 难 , 因此采用最小二 乘支持向量机算法 , 该算法具有小样本训练拟合结 果较优的特点 。 2. 1  样本线路历史数据训练和误差分析 关于函数估计的最小二乘支持向量机算法见文 ] , 献[ 本文取径向对称的高斯函数作为核函数 。 2 4 对训练样本线路的输入信息有以下说明 。 ) 输电线路电压等级不同 , 故障率差别较大 , 因 1 此对输电线路故障 率 进 行 训 练 计 算 时 , 采用相同电 压等级的输电线路数据 。 ) 参考国家电网公司颁布的输电线路故障后果 2 [ 1 5] 标准 , 根据严 重 程 度 将 故 障 分 为 一 般 故 障 ( 线路 缺陷 、 设备异常 , 需 要 小 修 或 消 缺, 需另安排时间检 、 修或无需停电检修 ) 较大故障 ( 线路故障停运 , 需要 , ) 、 ( 大修或更换设备 但未酿成事故 严重故障 线路故 障停运 , 并 造 成 电 网 事 故, 如切去部分负荷) 3种类 型, 分别统计线路 3 类故障率 。 ) 由于中国电 网 建 设 比 较 迅 速 , 输电线路常常 3 会进行开口接入改 造 或 并 入 新 的 线 路 段 , 甚至出现 原线路改造后更名 为 新 的 线 路 , 从而对线路役龄的 统计造成困难 。 本文以线路初始投入年月为基准进 行役龄统计 , 统计时以 5a 为单位计算 阶 段 役 龄 T, 7 6

∑l

( T, S

E 1

, S

E 2

, S

H 1

, S

H 2



为 5a 末 同 类 线 路 长

较 大 故 障 和 严 重 故 障 的 故 障 率。本 路的一般故障 、 模型采用 M 组样 本 做 训 练 , 误差 N 组 样 本 做 验 算, 的计算公式为 : 1 | λ λ n - n | r e ∑ Nn λ n =1

r e p r e

ε=

( ) 3

r e 式中 : λ n 为用作验算的样本线路故障率实际统计 r e p 值; λ ε为 n 为用作 验 算 的 样 本 线 路 故 障 率 预 测 值 ; 误差平均值 。

2. 2  待评估线路的故障率区间预测 经济寿命评估工作往往针对具有一定役龄的输 电线路进行 。 因此 , 对待评估线路进行故障率预测 时, 该条线路的运行环境因素集评分 SE1 和 SE2 按投 质量状况因素 运后线路走廊历年 环 境 状 况 来 判 定 , 集评分 SH1 和 SH2 按照线路历年运行检修记录和状 态评估结果来评定 。 假设输电线路最 长 能 运 行 至 阶 段 役 龄 Tma 将 x, 待评估线路的阶段 役 龄 按 1 到 Tma 求出 x依 次 代 入 , 进行阶 该线路各阶段役 龄 的 3 类 年 故 障 率 。 然 后 , 段役龄年故障率向 实 际 役 龄 年 故 障 率 的 转 化 , 转化

许 巍, 等   输电线路最佳经济寿命区间评估

过程如下 : 输电线路 各 阶 段 役 龄 上 下 限 年 数 取 平 均 ( 值, 将阶段役龄年故障率分别定为线路运行 3a 1~ ) , ) , …, ( 5a 8a( 6~1 0a 5 Tma 5 Tma ~ x -2a x -4a ) , , 时的年故障率 采用 次样条插值 计算得到 5 Tma 3 x 根据 输电线路运行 1a~5 Tma x的 年 故 障 率。 最 后, 误差ε 将故障率 区 间 化 , 计算3类故障的故障率范 围 。 故障率区间化公式为 :
m i n m a x [ ] ( ) ) ( ) 1-ε 1+ε 4 =[ λ λ λ λ t   t t  ( t] m i n m a x 式中 : 和λ 分别为第t 年线路故障率的下限和 λ t t 上限 ; 为插值运算后第 t 年线路故障率预测值 。 λ t

式中 : 下标 k=1, 较大故障 、 2, 3 分别表示一般故障 、 ) 严重故障 ; 为线路 k 类故障故障率 ; t l 为输 电 线 λ k( 路长度 ; Mk 为输电线路k 类故障的平均部件更换费 用和人工维修费用 ; F k 为输电线路k 类故障造成的 平均综合损失 。 3. 2  输电线路成本区间化计算 由于各种成本的单一定值往往会造成较大的误 2 6] 故使用区间分析法 [ 采用区间数进行计算 。 差, 线路建成 投 运 后 , 一次性投入成本 C I 是固定 每年的支 的 。 运行成本在运 行 计 划 确 定 的 情 况 下 , 。线 本文不计线路损耗 ) 出基本在一个区间内浮动 ( 路退役后 , 原有线 路 走 廊 可 以 继 续 使 用 , 且 导 线、 铁 塔等废弃后仍旧拥有较高剩余价值 , 故废弃成本 CD 一般较高 , 其计算公式为 : ( ) CI CD =p 8 式中 : p 为废弃成本百分比区间 。 此 外, 社 会 贴 现 率 r、 维 修 成 本 Mk 、 故障成 、 人工材料费用 增 长 率 均 可 采 用 区 间 表 示。 本F R k 求得各类成本区间 之 后 , 通 过 寻 找 年 平 均 成 本 CNF L 最小时的运行年数 范 围 , 可得输电线路的最佳经济 寿命区间 。

3  输电线路年平均成本区间计算
由不同故障严重程度的故障率来计算维修成本 和故障成本将更加准确 。 下面根据输电线路 3 类故 障率进行年平均成 本 分 析 和 区 间 化 计 算 , 求取输电 线路的年平均成本 。 3. 1  输电线路年平均成本分析 假设输电线路运行至第 L 年退役或改造 , 则其 年平均成本为 :

CNF L =

L 1+R 1熿 CI + ∑ ( CO t +CM t +C F t) 1+r L燀 t=1

( )-
( ) 5



CD

1+R ( 1+r)燅





4  算例分析
本算例中的数据 均 来 自 某 地 区 2 2 0k V 架空输 电线路 。 其中 , 同类 线 路 故 障 次 数 统 计 时 间 范 围 为 同类 线 路 的 长 度 计 算 以 2 2 0 0 9—2 0 1 3年, 0 1 3年底 采用 该地区线路长度 为 依 据 。 故 障 率 预 测 模 型 中 , 2 6 组样本做训练 , 4 组样本做验算 。 选取该地区役龄 接 近 的 2 条 2 2 0k V 架空输电 线 路 进 行 最 佳 经 济 寿 命 区 间 评 估。 线 路 1 全 长 于2 4 2. 9k m, 0 0 5 年 7 月 投 运 ,建 成 时 总 价 为 线路 2 全长 3 于2 2 1 4 3. 3 万元 ; 7. 8k m, 0 0 4年1 1   。 月投 运 , 建成时总价为1 万 元 由 于 该 地 区 8 7 3. 5   范围内气候与自然 灾 害 环 境 差 别 不 大 , 故样本线路 “ 数据中 E1 的评价只有 “ 一般 ” 尚好 ” 这2 类 , 若加入 其他地 区 线 路 数 据 , 可以进一步完善故障率预测 模型 。 经计算得线路 1 和线路 2 各因素集的模糊综合 评判结果如表 6 所示 。

式中 : CNF L 为 输 电 线 路 运 行 L 年 的 年 平 均 成 本; C CO CM CF I 为初始投入成本 ; t, t, t分别为 输 电 线 路 第 维修 成 本 和 故 障 成 本 ; t 年的运行成本 、 R 为人工材 料费用增长率 ; 属 r 为 社 会 贴 现 率; CD 为 废 弃 成 本 , 于收入型成本 。 ] 。 输电线路的各类成 成本数据可参考文献 [ 2 5 本可分为随故障率变化的可变成本和不随故障率变 化的固定成本 2 类 。 受故障率影响较大的可变成本 主要有维修成本和 故 障 成 本 , 这2种成本计及了可 不 仅 仅 是 单 纯 的 经 济 费 用。 输 电 线 路 靠性 指 标 , 第t 年所 需 的 维 修 成 本 CM t 和 故 障 成 本 CF t计 算 公 式为 :


) CM t l λ t= k( ∑Mk
k=1 3

( ) 6 ( ) 7

) CF t l λ t= k( ∑Fk
k=1

表 6  各因素集的模糊综合评判结果 T a b l e 6 F u z z c o m r e h e n s i v e e v a l u a t i o n r e s u l t s o f e a c h f a c t o r s e t               y p  
线 路

E 1 评判结果

E 2 评判结果

H1 评判结果

H2 评判结果

1 [ 0. 0 9 4 8 0. 2 0 8 0 0. 5 9 0 7 0. 1 0 6 5][ 0. 2 2 6 0 0. 5 3 1 4 0. 2 1 2 2 0. 0 3 0 4][ 0. 1 3 3 3 0. 4 6 6 2 0. 2 4 7 1 0. 1 5 3 4][ 0. 1 5 0 8 0. 2 3 5 8 0. 5 1 4 2 0. 0 9 9 2]                                                         [ ][ ][ ][ 2 0. 1 4 3 6 0. 4 9 2 5 0. 2 2 1 1 0. 1 4 2 8 0. 4 6 4 0 0. 2 6 8 2 0. 2 0 0 9 0. 0 6 6 9 0. 5 0 3 5 0. 2 6 6 4 0. 1 5 2 4 0. 0 7 7 7 0. 1 6 6 2 0. 5 0 9 8 0. 2 2 4 8 0. 0 9 9 2]                                                        

: / / h t t www. a e s i n f o . c o m 7 p p 7 -

( ) 2 0 1 5, 3 9 1 2

· 学术研究 ·

E2 , H1 , H2 评 估 结 果 为 一    可 得 线 路 1 的 E1 , } , 尚好 、 尚好 、 一般 , 即S 线路 2 的 般、 3, 2, 2, 3 l i n e 1= {
良 好、 良 好、 尚 好, E1 , E2 , H1 , H2 评估结 果 为 尚 好 、 { , , , } 。 即S l i n e 2= 2 1 1 2 经过故障率预测模型的训练输出和插值运算, 得到线 路 1 和 线 路 2 的 3 类 故 障 的 故 障 率 曲 线 如 图 1至图 3 所示 。 根据验算样本 计 算 得 到 故 障 率 的 误差ε 为 7. 5% 。

别计算出线路 1 和线路 2 不同运行年数时的年平均 如图 4 和图 5 所示 。 成本上下限值并绘制成曲线 ,

图 4  线路 1 的年平均全寿命周期成本曲线 F i . 4 A n n u a l a v e r a e l i f e c c l e c o s t c u r v e o f l i n e 1                 g g y

图 1  线路 1 和线路 2 一般故障的年故障率 F i . 1 A n n u a l o r d i n a r f a i l u r e r a t e o f l i n e 1a n d l i n e 2               g y  

图 5  线路 2 的年平均全寿命周期成本曲线 F i . 5 A n n u a l a v e r a e l i f e c c l e c o s t c u r v e o f l i n e 2                 g g y

图 4 和图 5 中 , 线路1和线路2在高故障率和 , 高运维故障成本下的经济寿命分别为 2 7a 和 3 0a 在低故障率和低运维故障成本下的经济寿命分别为 , 即线路 1 和 线 路 2 的 最 佳 经 济 寿 命 区 2 9a 和 3 2a 。 由此表明 , 间分别为 2 役龄接 7~2 9a 和 3 0~3 2a
图 2  线路 1 和线路 2 较大故障的年故障率 F i . 2 A n n u a l l a r e r f a i l u r e r a t e o f l i n e 1a n d l i n e 2                 g g

近的不同输电线路由于所处运行环境和质量状况不 其最佳经济寿命区间是有区别的 。 同, 上述评估结果可以对电网规划与运维决策提供 指导 。 由于线路 2 所 在 地 区 负 荷 密 度 增 大 较 快 , 一 种规划方案是在 2 由 0 2 0 年对线路 2 进行扩容改造 , , 于离最佳经济寿命 区 间 还 较 远 建 议 延 期 改 造 或 选 择其他方案满足负荷增长需求 。 若与其他方案比较 后还是选择扩容改 造 , 则建议在改造前适当降低对

图 3  线路 1 和线路 2 严重故障的年故障率 F i . 3 A n n u a l c a t a s t r o h i c f a i l u r e r a t e o f         g p l i n e 1a n d l i n e 2      

该线路的运维要 求 , 以 降 低 年 平 均 成 本。线 路 1 暂 时没有新的规划要求 , 可以适当提高运维要求 , 保持 低的故障率以延长最佳经济寿命 。

参考文献 [ 标准和当地电力企业的相关 1 5, 2 5] 历史数据 , 输电线路 各 成 本 及 相 关 经 济 参 数 区 间 如 ] ( ·k ; 下: 运行成本为 [ 万元/ 一般故 0. 1 3, 0. 1 6 a m) 障平均维修和故 障 成 本 和 为 [ 万 元/次 ; 较大 1 0, 1 2] 故障 平 均 维 修 和 故 障 成 本 和 为 [ 万 元/次 ; 1 2 1, 1 2 8] ] 严重故障平均维修和故障成本和为 [ 万元/ 4 0 6, 4 1 9 ; 次; 社会 贴 现 率 r 为 [ 人工材料费用 0. 0 5 5, 0. 0 6 0] ; 增长率 R 为 [ 废弃成本百分比p 为 0. 0 5 3, 0. 0 5 8] [ 。 3 5% , 4 0% ] 由上述数据及根据 式 ( 得到的故障率区间分 4) 7 8

5  结语
本文研究了输电线路最佳经济寿命区间的评估 方法 , 该方法具有如下特点 。 ) 与以往单变量的输电线路故障率曲线拟合预 1 测模型相比 , 本文结合了输电线路老化和故障 “ 多因 素影响 、 多后果构成 ” 的复杂特性以及故障率误差分 析, 使得输电线路故障率预测结果更加合理 。 ) 对输电线路 进 行 年 均 成 本 分 析 与 区 间 化 , 并 2 以年均成本最小作为依据求得线路最佳经济寿命区 间, 充分考虑了不确 定 信 息 对 线 路 经 济 寿 命 评 估 结

许 巍, 等   输电线路最佳经济寿命区间评估

果的影响 , 提高了结果的可信度和合理性 。 ) 评估结果能 结 合 电 网 实 际 情 况 , 对电网规划 3 和运维决策提供直接指导 。 需指 出 的 是 , 由于本文使用的输电线路故障率 样本较少 , 同时样本主要为某一地区的线路 , 导致部 分因素集的评估结果变化不大 。 倘若能获得更多样 本, 如全国范围数据 , 那么可以对气候与自然灾害环 这将 境等因素对故障率 的 影 响 作 进 一 步 细 致 研 究 , 成为条件成熟时可以继续研究的内容 。

[ ] ( ) : 电网技术 , J . 2 0 0 7, 3 1 1 5 6 6 4. - , XU ,L ,e GUO R i c a i Z i z h i I X i l a i t a l .T i c a l d e s i n o f             y p g r a d e s t r a n s m i s s i o n l i n e s w i t h i n v o l t a e f r o m 1 1 0k V t o 5 0 0k V                 g g ,2 a n d i t s a l i c a t i o n[ J] .P o w e r S s t e m  T e c h n o l o 0 0 7,       p p y g y ( ) : 3 1 1 5 6 6 4. - [ ] 9 L I W, VAAHE D I Y o w e r s t e m    E, CHOUDHUR  P. P  s y [ ] , e u i m e n t a i n J . I E E E P o w e r a n d E n e r M a a z i n e 2 0 0 6,         q p g g g y g   ( ) : 4 3 5 2 5 8. - [ ]顾洁 , 杜渐 , 秦杰 , 等. 基于全寿命周期成本的 变 电 站 设 备 检 修 1 0 ] ( ) : 模糊规划模型 [ 电力系统自动化 , J . 2 0 1 4, 3 8 1 4 4 5 0. - , , GU J i e DU J i a n,Q I N J i e e t a l .P r o r a mm i n m o d e l b a s e d           g g   ] o n l i f e c c l e c o s t f o r e u i m e n t m a i n t e n a n c e i n s u b s t a t i o n[ J .                 y q p , ( ) : A u t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S s t e m s 2 0 1 4, 3 8 1 4 4 5 0.         - y [ ]孙鹏 , 陈绍辉 , 张彩庆 . 基于 M 1 1 a r u a r d t法 参 数 估 计 的 变 电 设 备 q ] : 寿命周期故障率评估 [ 电 力 系 统 保 护 与 控 制, J . 2 0 1 2, 4 0( 1) 8 5 9 0. - , , P e n CHE N S h a o h u i Z HANG C a i i n .A s s e s s m e n t o f S UN         g q g f a i l u r e r a t e f o r s u b s t a t i o n u i m e n t l i f e c c l e a s e d n        e      b  o q p y e s t i m a t i o n m e t h o d[ J] .P o w e r S s t e m M a r u a r d t a r a m e t e r         q y p , ( ) : P r o t e c t i o n a n d C o n t r o l 2 0 1 2, 4 0 1 8 5 9 0.     - [ ]赵婉芳 , 王慧芳 . 基于设 备 完 整 健 康 过 程 的 故 障 率 模 型 参 数 研 1 2 ] ( ) : 究[ 华东电力 , J . 2 0 1 2, 4 0 8 1 3 4 6 1 3 4 9. - , WANG  Z HAO  W a n f a n H u i f a n .R e s e a r c h o f f a i l u r e r a t e       g g a r a m e t e r s r o c e s s b a s e d o n e u i m e n t i n t e r a l h e a l t h m o d e l               p p q p g [ ] , ( ) : J . E a s t C h i n a E l e c t r i c P o w e r 2 0 1 2, 4 0 8 1 3 4 6 1 3 4 9.       - [ ]国家电网公司 . [ 国家电网输变电设备风险评估导则 ( 试行) 1 3 S] . 北京 : 国家电网公司 , 2 0 0 8. [ ]柳璐 , 王和杰 , 程浩忠 , 等. 基于全寿命周期成本的电力系统经 1 4 ] ( ) : 电力系统自动化 , 济性评估方法 [ J . 2 0 1 2, 3 6 1 5 4 5 5 0. - ,CHE , L u,WANG  H e i e NG  H a o z h o n e t a l .E c o n o m i c L I U     j g o f o w e r s s t e m s b a s e d o n l i f e c c l e c o s t[ J] . e v a l u a t i o n                 p y y , ( ) : A u t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S s t e m s 2 0 1 2, 3 6 1 5 4 5 5 0.         - y [ ]国家电 网 公 司 . 国家电网公司安全事故调查规程[ 北京: 中 1 5 S] . 国电力出版社 , 2 0 1 2. [ ] 1 6 B L A C K E T T G, S AVO R Y E, TOY  N, e t a l . A n e v a l u a t i o n o f           r e s e n t t h e e n v i r o n m e n t a l b u r d e n s o f a n d a l t e r n a t i v e m a t e r i a l s               p u s e d o r l e c t r i c i t r a n s m i s s i o n [ J] . B u i l d i n n d  f  e y g  t  a , ( ) : E n v i r o n m e n t 2 0 0 8, 4 3 7 1 3 2 6 1 3 3 8. - [ ]葛乐 , 杨志超 , 胡波 , 等. 面向复杂工况的输电线路本体结构安 1 7 ] ( ) : 电力系统自动化 , 全评价 [ J . 2 0 1 3, 3 7 2 0 1 0 8 1 1 3. - ,YANG ,HU , G E L e Z h i c h a o B o e t a l .O n t o l o s t r u c t u r e         g y   s a f e t e v a l u a t i o n f o r t r a n s m i s s i o n l i n e s u n d e r c o m l e x w o r k i n             y p g   [ ] , c o n d i t i o n s J .A u t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S s t e m s 2 0 1 3,         y ( ) : 3 7 2 0 1 0 8 1 1 3. - [ ]国家 能 源 局 . / 1 8 D L T 7 4 1—2 0 1 0  架 空 输 电 线 路 运 行 规 程 [ S] .   北京 : 中国电力出版社 , 2 0 1 0. [ ]中华 人 民 共 和 国 国 家 经 济 贸 易 委 员 会 . / 1 9 D L T 5 0 9 2—1 9 9 9   ] 北京: 中国电力 1 1 0~5 0 0k V 架空送电线路设计技术规程 [ S . 出版社 , 1 9 9 9. [ ]卢绪祥 , 李录 平 . 基于模糊综合评判的凝汽器运行状态评价 2 0 [ ] ( ) : 汽轮机技术 , J . 2 0 0 1, 4 3 5 3 0 1 3 0 3. - ,L L U  X u x i a n I L u i n .E s t i m a t i o n f o r o e r a t i n s t a t e o f         g p g p g   c o n d e n s e r b a s e d o n f u z z s n t h e s i s J] .T u r b i n e u d e m e n t[         y y j g  

参 考 文 献
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· 学术研究 ·

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( 编辑   万志超 )

O t i m a l E c o n o m i c L i f e I n t e r v a l E v a l u a t i o n o f T r a n s m i s s i o n L i n e s               p
1 1 2 1 3 1 , , , XU   W e i WANG   H u i a n DU  Z h e n d o n Q I U  J i a n Y A O  Y a n HE  B e n t e n f g , g , g , ,H ( 1. C o l l e e o f E l e c t r i c a l E n i n e e r i n Z h e i a n U n i v e r s i t a n z h o u 3 1 0 0 2 7, C h i n a;         g g g j g y g  

,H 2. E c o n o m R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S t a t e G r i d Z h e i a n E l e c t r i c P o w e r C o m a n a n z h o u 3 1 0 0 0 8, C h i n a;                 y j g p y g     ,N ) 3.N i n b o E l e c t r i c P o w e r B u r e a u o f S t a t e G r i d Z h e i a n E l e c t r i c P o w e r C o m a n i n b o 3 1 5 0 0 0, C h i n a                     g j g p y g   , A b s t r a c t: T o m a k e n e t w o r k a n d d e c i s i o n a k i n o f o e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e m o r e s c i e n t i f i c a m e t h o d f o r o w e r l a n n i n                         g p p p g     -m e s t i m a t i n r o o s e d . o t i m a l e c o n o m i c l i f e i n t e r v a l o f t r a n s m i s s i o n l i n e b a s e d o n m i n i m u m a n n u a l a v e r a e c o s t o f l i f e c c l e i s                                   g p p p g y   ,b ,n m e t h o d c o n s i d e r s n o t o n l t h e e n l i s t m e n t a e u t a l s o c l i m a t e a t u r a l d i s a s t e r, a n d e x t e r n a l f o r c e s, T h e e o r a h i c a l                         y g g g p   , , c o m o n e n t s c i v i l w o r k o e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e a s i n f l u e n c i n f a c t o r s o n t h e f a i l u r e r a t e o f t r a n s m i s s i o n l i n e s .T h e l e a s t                           p p g   , s u a r e s s u o r t v e c t o r m a c h i n e( L S S VM ) i s t h e n a d o t e d t o c a l c u l a t e t h e f a i l u r e r a t e s o f o r d i n a r f a i l u r e l a r e f a i l u r e a n d       -                       q p p p y g   , c a t a s t r o h i c f a i l u r e t o m a k e c a l c u l a t e d r e s u l t s m o r e c r e d i b l e . I n a d d i t i o n t h i s m e t h o d u s e s t h e t h e o r o f i n t e r v a l a n a l s i s t o                               p y y   ,w c a l c u l a t e d i f f e r e n t c o s t s o f t r a n s m i s s i o n l i n e s h i c h s u c c e s s f u l l e l i m i n a t e s t h e e r r o r o f c o s t c a l c u l a t i o n d u e t o s i m l e x s e t t i n                               y p g   , v a l u e . I n t h e e n d a c a s e s t u d r o v e s t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e r o o s e d m e t h o d i n e v a l u a t i n o t i m a l e c o n o m i c l i f e i n t e r v a l o f                                 y p p p g p     , t r a n s m i s s i o n l i n e s a n d o i n t s o u t t h e u i d a n c e e f f e c t o f t h e e v a l u a t i o n r e s u l t s o n o w e r n e t w o r k l a n n i n a n d d e c i s i o n a k i n                               p g p p g g   -m o f o e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e .       p T h i s w o r k i s s u o r t e d b N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a( N o . 5 1 1 0 7 1 1 2) .                   p p y   ; ; ; ; K e w o r d s: t r a n s m i s s i o n l i n e s e c o n o m i c l i f e e v a l u a t i o n l e a s t s u a r e s s u o r t v e c t o r m a c h i n e l i f e c c l e c o s t i n t e r v a l a n a l s i s                     q p p y y y   m e t h o d

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立足行业 鼓励创新 面向应用 促 进 电 力 工 业 科 技 进 步

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