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基于LCM及风险评估的变电站改造决策


第 37卷 第 12期 2009年 12月

V o. 37 N o 12 l . D ec . 2009

特约专稿

基于 LCM 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 摘 200002)

要: 从 LCM 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 500kV 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: TM 73 文献标志码: A 文章编号: 1001 9529( 2009) 12 2041 03

Decision m ak ing for sub station retrofits based on LCM and risk assessm en t
LE Zhen chun, YANG L ing hui L I H ong lei XUE Yu lan, YU Y ing hu i , , ( LCM P ro ject T ea m, East Ch ina G rid Company L i ited Shangha i 200002, Ch ina) m , Abstrac t T he concepts of LCM and risk assessm en tw ere introduced into dec is ion m ak ing for substation re tro fits T he : . re lationship between risk assess ent and LCC as we ll as reliability w as illustra ted, and the equ ipm ent evaluation m m ethod, the equ ipm en t assessm ent mode, and the sy stem r isk assessm ent model w ere d iscussed. T he retro fit o f a l ce rtain 500 kV substation of East China Pow er G ris by using these m ode ls was ana lyzed. K ey word s substa tion re tro fit risk eva luation; condition evalua tion : ;

华东电网部分前期投运的 500 kV 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 ) 的角度来看, 在变电站 M 改造中, 如何在改造方式、 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 [ 1] 课题 。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。

公司 2008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

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

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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。

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 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 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, 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。 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 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

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)
式中 t? ? ? 某个时刻 ( T i e); m A? ? ? 资产 ( A ssets); F? ? ? 资产损失程度 ( F ailure); P? ? ? 设备故障率 ( P robab ility ); R? ? ? 设备风险值 ( R isk)。

( 1)

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。

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 RI =

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

#

N

(R i ? T i ? P i ), ( i = 1 N ) ,

( 2)

i= 1

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 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

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4) 计算风险指标。

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 96 h 改造后为 35 29 h . , . 。这样, 定量 评估了改造对系统的影响。

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 500 kV 变电站在 2008~ 2010年 期间进行了大 型改造, 更换 了 7组 500 kV 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 500 kV 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。 ( 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模型; 利用 PT I公司提 供的 T PLAN 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

6 结语
从 LCM 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事件, 并将设备自身成本和 系统损失成本结合起来, 具有突出的优点。 面向变电站改造的设备风险评估方法中, 关键 是正确地对设备进行状态评价。面向变电站改造的 系统风险评估, 精确反映了改造对系统影响, 包括输 送容量、 运行可靠性等。在变电站改造决策中, 应综 合运用设备风险和系统风险两种评估方法。
参考文献:
[ 1] [ 2] 薛玉兰. 500 kV 变电站技术改造的探 索 [ J] . 华东电力, 2007( 8) . 韩天祥, 李莉华, 余颖辉. 用 LCC 方法对 500 kV 变电站改 造的经济性评价 [ J] . 华东电力, 2007( 8 ). 收稿日期: 2009 12 08 本文编辑: 郑文彬

表 1 改造前后 500 kV断 路器状态评价和风险评估
断路器编号 改造前 改造后 状态评价分值 风险 状态评价分值 风险 5021 84 0. 058 5 100 0. 004 6 5022 98 0 006 3 . 100 0 004 6 . 5033 88 0 030 9 . 100 0 004 6 . 5041 84 0. 058 5 100 0. 004 6 5042 100 0 004 6 . 100 0 004 6 . 5043 100 0 004 6 . 100 0 004 6 . 5053 88 0. 030 9 100 0. 004 6


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