CN104573989A - 一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，该方法通过系统分析、深入挖掘线路历史故障信息，找出了线路故障各因素影响程度的量化手段，进而据此结合待评估线路的运行条件综合计算其故障概率。采用该方法对输电线路故障概率进行评估，既可综合考虑线路运行中多种变化的影响因素，保证评估结果的精确性；又可降低方法对基础数据的要求，保证方法在实际应用中的可操作性。该发明成功解决了输电线路故障概率现有评估方法存在评估结果精确性和评估方法可操作性间的矛盾，值得推广。

Description

一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法

技术领域

本发明属于输电线路故障概率评估领域，具体涉及一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法。

背景技术

随着电网规模的增大，系统中输电线路的数量也随之增多，于是对系统中线路的检修维护工作量也不断增多，因此，如何根据系统运行情况恰当地安排网内输电线路的检修维护工作，在保证不影响系统安全运行的前提下最大程度的减轻输电线路的维护工作量，是电网实际生产中一项日益紧迫的课题。事实上，解决上述问题的关键在于，如何有效评估系统内众多各线路的当前运行状态，准确地估计各线路故障概率。因为在获知网内各线路的故障概率后，结合各线路在系统运行中的重要性，即可方便合理地安排网内输电线路的检修工作。

当前，估计输电线路故障概率的方法主要有以下两类：1)历史统计法：该方法是直接根据历史运行故障统计数据，通过计算直接得出网内各条线路故障概率的长期统计平均值；2)考虑某影响因素的复杂理论计算方法：该方法一般步骤是，通过分析待计及的某因素对线路故障概率的影响机理分析，然后建立复杂的影响分析模型，进而基此得出线路相应故障概率的计算方法。

但这两种方法都有各自的弊端，历史统计法在实际应用中简单方便，但由于该方法得出的是各线路故障概率的长期统计平均值，因此得出的线路故障概率是一个固定常数，它只能反映长期运行过程中线路状态的综合结果，无法反映短期内运行条件变化对线路故障概率的影响，评估结果不够精确，难以满足日常生产工作需求；考虑某影响因素的复杂理论计算方法虽然可较为准确的反映某因素对线路故障概率的影响，但是采用该方法评估需要的相关参数比较多，从而使得方法实用性、可操作性不高。例如，有人提出受雷击影响的线路故障率λ由式(1)计算：

λ＝Np_ap_bη (1)

式中，N为每100km线路每年遭受雷击的次数(次/100km/a)；p_a为绕击率，指一次雷击线路中出现绕击的比例；p_b为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率；η为建弧率。

虽然上述计算模型是基于雷电对线路影响机理而建立的，但是模型中所需的绕击率p_a、建弧率η等参数在实际系统中是非常难以获取。因而，模型随准确，但难以应用于实际。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，以实现评估结果可反映运行条件的变化，确保评估结果的精确性，又保证评估方法的可操作性，具有良好的应用前景，值得推广。

为解决上述问题，本发明具体采用以下技术方案：

一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，根据输电线路故障停运因素作用机理的不同，将输电线路故障停运的相关因素分为自身因素、外界因素和运行工况三类；

步骤(2)，为了更合理地评价各因素对线路故障概率的影响，对步骤(1)中的自身因素、外界因素和运行工况分别进行具体的等级划分，以使得评估结果更贴近实际；

步骤(3)，基于线路历史故障信息分别对步骤(2)中划分的不同等级的各因素影响程度进行量化评价，以降低方法对评估基础数据的要求；

步骤(4)，根据各因素影响程度的量化结果并结合待评估线路的运行条件，综合计算得出其故障概率。

前述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中，自身因素包括制造缺陷、老化等因素，所述外界因素包括灾害天气、外力破坏以及人为误操作等因素，所述运行工况包括潮流过载等因素，所述灾害天气包括雷电、台风、暴雨、高温。

前述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对于自身因素，由于其影响线路故障的程度是随线路投运年限的增加而增加的，因此结合系统运行实际，将自身因素按照线路投运年限进行等级划分，如下表所示：

表1自身因素等级划分方案

前述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对于外界因素，由于其影响线路故障的机理均不相同，因此在该类因素等级划分时进行了区别对待，对雷电、台风、暴雨、高温等灾害天气因素的等级划分直接采用我国自然灾害天气预警分级方法，以保证实际评估中数据来源的方便性，如下表所示，表中各灾害级别的含义与我国自然灾害天气预警分级含义完全相同：

表2灾害天气因素等级划分方案

外力破坏主要来源于工程施工，因此外力破坏因素按照线路所处地域施工频繁程度进行等级划分，如下表所示：

表3外力破坏因素等级划分方案

人为误操作因素随机性较强，因此该因素不做具体等级细分，即在后续处理中该因素均视为同一等级即可。

前述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对于运行工况因素，影响线路故障概率主要是线路的负载率，因此将运行工况因素按照线路负载率的大小进行等级划分，如下表所示：

表4运行工况因素等级划分方案

前述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中基于历史故障信息量化各等级因素的影响程度包括以下步骤：

步骤(31)，统计各等级因素引起的线路故障频率f_ij：本发明中计及的线路故障具体影响因素包括5个：自身因素(5个级别)，灾害天气(4个级别)，外力破坏(4个级别)，人为误操作(1个级别)，运行工况(4个级别)，按下式分别统计第i种第j级别因素引起的线路故障频率f_ij，

$f_{\mathrm{ij}}=\frac{N_{\mathrm{ij}}}{{\mathrm{nT}}_{\mathrm{total}}}---\left(2\right)$

式中，N_ij为由第i种第j级别因素造成的故障次数(单位为次)；n为统计的输电线路数量(单位为条)；T_total为统计总时间(单位为年)；

步骤(32)，统计各等级因素引起线路停运的平均时间MTTR_ij：不同因素或同一因素不同等级导致线路故障停运的时间并不完全一样，按下式统计各等级因素引起线路停运的平均时间MTTR_ij，

${\mathrm{NTTR}}_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{m}{\overset{N_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{ijm}}}{N_{\mathrm{ij}}}(m=\mathrm{1,2},...\mathrm{Nij})---\left(3\right)$

式中，R_ijm为第i种第j级别因素引起的第m次故障的修复时间(单位为小时)；

步骤(33)，计算第i种第j级别因素影响下线路平均无故障工作时间MTTF_ij，

${\mathrm{MTTF}}_{\mathrm{ij}}=\frac{8760}{f_{\mathrm{ij}}}-{\mathrm{MTTR}}_{\mathrm{ij}}---\left(4\right)$

步骤(34)，计算第i种第j级别因素引起的线路故障率λ_ij和修复率μ_ij，

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{8760}{{\mathrm{MTTF}}_{\mathrm{ij}}}---\left(5\right)$

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{8760}{{\mathrm{MTTR}}_{\mathrm{ij}}}---\left(6\right)$

前述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中计算待评估线路故障概率包括以下步骤：

步骤(41)，根据待评估线路运行条件确定各等级因素影响程度，其中，假设待评估线路共为t条，根据待评估线路所处运行条件，按照步骤(2)中划分的等级确定每条待评估线路自身因素、灾害天气、外力破坏、人为误操作、运行工况各影响因素所处的级别，然后由步骤(3)中基于历史故障信息的各等级因素影响程度量化结果(即式(5)、式(6)计算结果)直接查询得出各待评估线路由各等级因素引起的故障率和修复率，当某待评估线路的运行条件中无某种因素存在时，则对该线路而言，该因素引起的故障率取零即可。假设第d(d＝1,2,…t)条待评估线路各等级影响因素分析结果如下：自身因素引起的故障率为修复率为由灾害天气因素引起的故障率为修复率为由外力破坏引起的故障率为修复率为由人为误操作引起的故障率为修复率为由运行工况引起的故障率为修复率为

步骤(42)，计算待评估线路故障率与修复率，

第d条待评估线路的故障率λ^d为 ${\mathrm{\λ}}^d=\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_k^d(k=\mathrm{1,2},...5)---\left(7\right)$

第d条待评估线路的修复率μ^d为 ${\mathrm{\μ}}^d=\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_k^d(k=\mathrm{1,2},...5)---\left(8\right)$

步骤(43)，计算待评估线路故障概率，

根据各条待评估线路的故障率和修复率，计算出第d条待评估线路故障概率P^d为

$P^d=\frac{{\mathrm{\λ}}^d}{{\mathrm{\λ}}^d+{\mathrm{\μ}}^d}---\left(9\right).$

本发明的有益效果：本发明提供的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，该方法通过系统分析、深入挖掘线路历史故障信息，找出了线路故障各因素影响程度的量化手段，进而据此结合待评估线路的运行条件综合计算其故障概率。采用该方法对输电线路故障概率进行评估，既可综合考虑线路运行中多种变化的影响因素，保证评估结果的精确性；又可降低方法对基础数据的要求，保证方法在实际应用中的可操作性。该发明成功解决了输电线路故障概率现有评估方法存在评估结果精确性和评估方法可操作性间的矛盾，值得推广。

附图说明

图1为本发明的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，包括线路历史故障信息分析和待评估线路故障概率计算两大部分工作，线路历史故障信息分析主要包括线路故障影响因素分类即步骤(1)、影响因素等级划分即步骤(2)以及基于历史故障信息量化各等级因素的影响程度即步骤(3)三个部分，待评估线路故障概率计算即为步骤(4)，本发明通过系统分析、深入挖掘线路历史故障信息，找出了线路故障各因素影响程度的量化手段，进而据此结合待评估线路的运行条件综合评估其故障概率，详细步骤如下：

步骤(1)，根据输电线路故障停运因素作用机理的不同，将输电线路故障停运的相关因素分为自身因素、外界因素和运行工况三类；

详细的，自身因素包括制造缺陷、老化等因素，所述外界因素包括灾害天气、外力破坏以及人为误操作等因素，所述运行工况包括潮流过载等因素，所述灾害天气包括雷电、台风、暴雨、高温。

步骤(2)，为了更合理地评价各因素对线路故障概率的影响，对步骤(1)中的自身因素、外界因素和运行工况分别进行具体的等级划分，以使得评估结果更贴近实际；

对于自身因素，由于其影响线路故障的程度是随线路投运年限的增加而增加的，因此结合系统运行实际，将自身因素按照线路投运年限进行等级划分，如下表所示：

表1自身因素等级划分方案

对于外界因素，由于其影响线路故障的机理均不相同，因此在该类因素等级划分时进行了区别对待，对雷电、台风、暴雨、高温等灾害天气因素的等级划分直接采用我国自然灾害天气预警分级方法，以保证实际评估中数据来源的方便性，如下表所示，表中各灾害级别的含义与我国自然灾害天气预警分级含义完全相同：

表2灾害天气因素等级划分方案

外力破坏主要来源于工程施工，因此外力破坏因素按照线路所处地域施工频繁程度进行等级划分，如下表所示：

表3外力破坏因素等级划分方案

人为误操作因素随机性较强，因此该因素不做具体等级细分，即在后续处理中该因素均视为同一等级即可。

对于运行工况因素，影响线路故障概率主要是线路的负载率，因此将运行工况因素按照线路负载率的大小进行等级划分，如下表所示：

表4运行工况因素等级划分方案

步骤(3)，基于线路历史故障信息分别对步骤(2)中划分的不同等级的各因素影响程度进行量化评价，以降低方法对评估基础数据的要求；

即结合上述各因素及其等级划分标准，根据系统内所有输电线路的历史故障信息进行统计分析，对线路故障各因素影响程度进行量化。具体量化步骤如下：

步骤(31)，统计各等级因素引起的线路故障频率f_ij。本发明中计及的线路故障具体影响因素包括5个：自身因素(5个级别)，灾害天气(4个级别)，外力破坏(4个级别)，人为误操作(1个级别)，运行工况(4个级别)，按下式分别统计第i种第j级别因素引起的线路故障频率f_ij，

$f_{\mathrm{ij}}=\frac{N_{\mathrm{ij}}}{{\mathrm{nT}}_{\mathrm{total}}}---\left(2\right)$

式中，N_ij为由第i种第j级别因素造成的故障次数(单位为次)；n为统计的输电线路数量(单位为条)；T_total为统计总时间(单位为年)；

步骤(32)，统计各等级因素引起线路停运的平均时间MTTR_ij。不同因素或同一因素不同等级导致线路故障停运的时间并不完全一样，按下式统计各等级因素引起线路停运的平均时间MTTR_ij，

${\mathrm{NTTR}}_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{m}{\overset{N_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{ijm}}}{N_{\mathrm{ij}}}(m=\mathrm{1,2},...\mathrm{Nij})---\left(3\right)$

式中，R_ijm为第i种第j级别因素引起的第m次故障的修复时间(单位为小时)；

步骤(33)，计算第i种第j级别因素影响下线路平均无故障工作时间MTTF_ij，

${\mathrm{MTTF}}_{\mathrm{ij}}=\frac{8760}{f_{\mathrm{ij}}}-{\mathrm{MTTR}}_{\mathrm{ij}}---\left(4\right)$

步骤(34)，计算第i种第j级别因素引起的线路故障率λ_ij和修复率μ_ij，

故障率： ${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{8760}{{\mathrm{MTTF}}_{\mathrm{ij}}}---\left(5\right)$

修复率： ${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{8760}{{\mathrm{MTTR}}_{\mathrm{ij}}}---\left(6\right)$

步骤(4)，根据各因素影响程度的量化结果并结合待评估线路的运行条件，综合计算得出其故障概率，包括以下步骤：

步骤(41)，根据待评估线路运行条件确定各等级因素影响程度。

假设待评估线路共为t条，根据待评估线路所处运行条件，按照步骤(2)中划分的等级确定每条待评估线路自身因素、灾害天气、外力破坏、人为误操作、运行工况各影响因素所处的级别，然后由步骤(3)中基于历史故障信息的各等级因素影响程度量化结果(即式(5)、式(6)计算结果)直接查询得出各待评估线路由各等级因素引起的故障率和修复率，当某待评估线路的运行条件中无某种因素存在时，则对该线路而言，该因素引起的故障率取零即可。假设第d(d＝1,2,…t)条待评估线路各等级影响因素分析结果如下：自身因素引起的故障率为修复率为由灾害天气因素引起的故障率为修复率为由外力破坏引起的故障率为修复率为由人为误操作引起的故障率为修复率为由运行工况引起的故障率为修复率为

步骤(42)，计算待评估线路故障率与修复率，

第d条待评估线路的故障率λ^d为 ${\mathrm{\λ}}^d=\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_k^d(k=\mathrm{1,2},...5)---\left(7\right)$

第d条待评估线路的修复率μ^d为 ${\mathrm{\μ}}^d=\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_k^d(k=\mathrm{1,2},...5)---\left(8\right)$

步骤(43)，计算待评估线路故障概率，

根据各条待评估线路的故障率和修复率，计算出第d条待评估线路故障概率P^d为

$P^d=\frac{{\mathrm{\λ}}^d}{{\mathrm{\λ}}^d+{\mathrm{\μ}}^d}---\left(9\right).$

输电线路故障概率现有评估技术和方法存在评估结果精确性和评估方法可操作性的矛盾，即评估方法方便简单但评估结果不够精确，或评估结果精度高却对基础数据要求高从而使得方法实用性差，而本发明基于历史故障信息进行输电线路故障概率评估，成功地解决了现有评估方法存在的上述矛盾，即本发明既可保证评估结果的精确性；又可降低方法对基础数据的要求，保证方法在实际应用中的可操作性。

一方面，由于本发明通过全面分析引起输电线路故障的影响因素并进行分类，然后对各因素又进行了具体等级划分，进而利用历史故障信息分析出线路故障与各等级因素间的定量关系。因此，与现有历史统计法相比，本发明对历史故障信息的挖掘更加深入，更加细致，从而提高了方法结果的精度。

另一方面，由于本发明中评估方法相关参数(故障率λ_ij和修复率μ_ij)均是在对输电线路历史故障信息分析中形成的，即基于历史故障信息实现了这些参数的自动辨识；此外，待评估线路故障概率计算时所需线路故障各影响因素情况在实际生产工作中也非常容易获取。因此，与现有复杂理论计算方法相比，本发明大大降低了方法对评估所需基础的要求，从而保证了方法在实际应用中的可操作性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，将输电线路故障停运的因素规划为自身因素、外界因素和运行工况三类；

步骤(2)，将步骤(1)中的自身因素、外界因素和运行工况分别进行等级划分；

步骤(3)，基于线路历史故障信息分别对步骤(2)中划分的不同等级的各因素影响程度进行量化；

步骤(4)，根据各因素影响程度的量化结果并结合待评估线路的运行条件，综合计算得出其故障概率。

2.根据权利要求1所述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中，自身因素包括制造缺陷、老化因素，所述外界因素包括灾害天气、外力破坏以及人为误操作因素，所述运行工况包括潮流过载因素，所述灾害天气包括雷电、台风、暴雨、高温。

3.根据权利要求1所述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，自身因素按照线路投运年限进行等级划分，如下表所示：

表1 自身因素等级划分方案

4.根据权利要求3所述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，外界因素中灾害天气因素的等级划分采用我国自然灾害天气预警分级方法，如下表所示：

表2 灾害天气因素等级划分方案

外界因素中外力破坏因素按照线路所处地域施工频繁程度进行等级划分，如下表所示：

表3 外力破坏因素等级划分方案

外界因素中人为误操作因素均视为同一等级。

5.根据权利要求4所述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，运行工况因素按照线路负载率的大小进行等级划分，如下表所示：

表4 运行工况因素等级划分方案

6.根据权利要求1所述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中基于历史故障信息量化各等级因素的影响程度包括以下步骤：

步骤(31)，统计各等级因素引起的线路故障频率f_ij，

$f_{\mathrm{ij}}=\frac{N_{\mathrm{ij}}}{{\mathrm{nT}}_{\mathrm{total}}}---\left(2\right)$

式中，N_ij为由第i种第j级别因素造成的故障次数；n为统计的输电线路数量；T_total为统计总时间；

步骤(32)，统计各等级因素引起线路停运的平均时间MTTR_ij，

${\mathrm{MTTR}}_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{m}{\overset{N_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{ijm}}}{N_{\mathrm{ij}}},(m=\mathrm{1,2},...N_{\mathrm{ij}})---\left(3\right)$

式中，R_ijm为第i种第j级别因素引起的第m次故障的修复时间；

步骤(33)，统计各等级因素影响下线路平均无故障工作时间MTTF_ij，

${\mathrm{MTTF}}_{\mathrm{ij}}=\frac{8760}{f_{\mathrm{ij}}}-{\mathrm{MTTR}}_{\mathrm{ij}}---\left(4\right)$

步骤(34)，统计各等级因素引起的线路故障率λ_ij和修复率μ_ij，

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{8760}{{\mathrm{MTTF}}_{\mathrm{ij}}}---\left(5\right)$

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{8760}{{\mathrm{MTTR}}_{\mathrm{ij}}}---\left(6\right)$

7.根据权利要求1所述的一种基于历史故障信息的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中计算待评估线路故障概率包括以下步骤：

步骤(41)，根据待评估线路运行条件确定各等级因素影响程度，其中，待评估线路共为t条，按照步骤(2)中划分的等级确定每条待评估线路影响因素所处的级别，由步骤(3)中基于历史故障信息的各等级因素影响程度量化结果直接查询得出各待评估线路由各等级因素引起的故障率和修复率，令第d，d＝1,2,…t，条待评估线路各等级因素引起的故障率和修复率为：自身因素引起的故障率为修复率为由灾害天气因素引起的故障率为修复率为由外力破坏引起的故障率为修复率为由人为误操作引起的故障率为修复率为由运行工况引起的故障率为修复率为

步骤(42)，计算待评估线路故障率与修复率，

第d条待评估线路的故障率λ^d为 ${\mathrm{\λ}}^d=\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_k^d,(k=\mathrm{1,2},...5)---\left(7\right)$

第d条待评估线路的修复率μ^d为 ${\mathrm{\μ}}^d=\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_k^d,(k=\mathrm{1,2},...5)---\left(8\right)$

步骤(43)，计算待评估线路故障概率，

第d条待评估线路故障概率P^d为 $P^d=\frac{{\mathrm{\λ}}^d}{{\mathrm{\λ}}^d+{\mathrm{\μ}}^d}---\left(9\right).$ 3 -->