CN105956789A - 一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，包括：根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进行风险识别；预测风险发生的设备故障概率，通过基准态分析获取设备健康度；建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，分析电力设备各部件的潜在故障的风险后果，确定电力设备各部件的潜在故障对设备功能的影响程度；根据设备故障概率和风险后果，计算出电力设备各部件的潜在故障的风险值；建立风险定级模型，并根据所述风险值，判断所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级。实施本发明提供的技术方案，可以为电力设备的运行维护提供准确的技术依据。

Description

一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法

技术领域

本发明涉及电网电力技术领域，尤其涉及一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法。

背景技术

随着电子电力技术的进步，电网向着智能化、远距离、特高压方向发展。为实现成本、质量和效益等多目标综合最优技术方案，需要根据设备的运行状态评定电力设备可能存在的不同故障的概率以及风险，采取针对性的检修方法，进一步提高电力设备运行检修质量。对电力设备进行风险评估的关键作用或目的，是为制定防范措施和检修决策提供科学依据。

设备风险评估的核心技术问题包括：根据设备状态对设备故障概率的预测；对相应设备故障后果的评定；选定运维检修决策。

目前现有技术采用的电力设备风险评估方法主要有两种：一是定性风险评估法，其利用定性指标，通过纳入广范围的考虑因素构建模型，可以方便快捷地提供决策依据；二是半定量评估法，其主要基于设备类别、设备损失程度和发生概率，将电网供电的可靠性和持续性、人身安全、检修成本、环境影响货币化，结合利用设备健康指数反推设备平均故障率和设备重要等级，综合计算得到设备风险，指导设备运维。但是，当前的风险评估方法存在着评价方法过于简单、数据获取难度大、与检修过程脱节、对检修决策支持有限等一个或多个技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，识别出电力设备的潜在故障风险，多角度评估获得电力设备失效时对电网的风险后果，为电力设备的运行维护提供准确的技术依据。

为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，包括：

根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进行风险识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式；所述统计数据包括状态评价数据、电力设备各部件成本统计数据、变电站高峰负荷分析数据；

预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部件的潜在故障进行风险分析，通过基准态分析获取设备健康度；

建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所述关系模型的各个参数；

根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果，确定所述电力设备各部件的潜在故障对设备功能的影响程度；

根据所述设备故障概率和所述风险后果，计算出所述电力设备各部件的潜在故障的风险值；

通过设定不同等级的风险阈值建立风险定级模型，并根据所述风险值，判断所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级。

进一步地，所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，还包括：根据所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级，对所述电力设备各部件进行相应的运行维护，以消除所述电力设备的潜在故障风险。

在一种可实现的方式中，所述预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部件的潜在故障进行风险分析，通过基准态分析获取设备健康度，具体为：根据所述状态评价数据，计算出电力设备各部件的潜在故障的设备故障概率：

P＝K·e^-C·ISE

其中，ISE为电力设备状态评价分值，K为比例系数；C为曲率系数，P为电力设备故障概率；

将所述设备故障概率与基准值进行比较，根据比较结果判定当前电力设备的设备健康度。

优选地，所述建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所述关系模型的各个参数，包括：根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成本；根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影响因子。

进一步地，根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成本，包括：计算电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值：

$C_j=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i}\×\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(C_i\×A_i);$

其中，上式中的C_i为电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值；A_i为统计时间内电力设备本体或电力设备中各部件发生故障次数；C_j为当前计算的电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值。

进一步地，根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影响因子，包括：根据电力设备本体或电力设备中各部件在电网中的位置、结构与容量，计算出潜在故障引起的减供电量负荷和停电时间；根据所述减供电量负荷和停电时间以及统计获得的供需电差，计算电力设备本体或电力设备中各部件的潜在故障的电网影响成本值。

优选地，根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果，具体为：对所述电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值和所述电网影响成本值进行货币量化，作为所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果。

进一步地，所述根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进行风险识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式，包括：

确定电力设备的约定层次，并根据对电力设备各部件的功能分析，绘制各个部件的功能结构；根据电力设备的约定层次、电力设备各部件的功能结构以及潜在故障在电网中的发生位置，对电力设备各部件潜在的故障模式进行分类。

再进一步地，所述风险定级模型包括不可接受区域、可接受区域和ALARP区域；

当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于不可接受区域时，根据电力设备的最佳运行年限对设备进行检修或技术改造；

当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于可接受区域时，若风险发生的设备故障概率大于预设值，则对当前电力设备进行巡检；否则，不处理电力设备各部件的潜在故障；

当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于ALARP区域时，对所述风险后果与收益进行比较，根据比较结果为当前电力设备选择运维决策。

实施本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其有益效果是：在对电力设备进行风险识别的基础上，对电力设备风险进行计量、比较、判断和排序，对电力设备在各个状态下运行所带来的不确定性进行评估，获得电力设备可能发生的各种情况及其发生概率，最终将电力设备风险的不确定性转化为可控的确定性，建立起一套准确的、定量量化的电力设备风险评估模型，确定电力设备面临和可能导致的潜在风险，为电力设备的运维策略的制定与实施提供量化的技术依据，有利于提高电力设备运维的安全性、有效性，降低电网维护成本，为实现质量、效益、安全等多目标综合最优电网提供了基础和技术保障。

附图说明

图1是本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法的一个实施例的步骤流程图。

图2是本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估模型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法的一个实施例的步骤流程图。

在本实施例中，所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法可以用于变压器、断路器、GIS(Geographic Information System，地理信息系统)和线路等电力设备的风险评估，具体包括：

步骤S1：根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进行风险识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式；所述统计数据包括状态评价数据、电力设备各部件成本统计数据、变电站高峰负荷分析数据(尤其是110kV及以上变电站高峰负荷数据)。

在一种实现方式中，所述步骤S1，包括：

确定电力设备的约定层次，并根据对电力设备各部件的功能分析，绘制各个部件的功能结构；根据电力设备的约定层次、电力设备各部件的功能结构以及潜在故障在电网中的发生位置，对电力设备各部件潜在的故障模式进行分类。通过逐一分析电力设备各部件潜在的各种故障模式、故障原因及其对设备功能的影响和影响的程度，并把每个潜在的故障模式按其严酷度予以分类，从而全面识别设备设计、运行的薄弱环节和关键部件，以识别设备风险并采取相应的预防改进措施，提高设备的可靠性。其中所述严酷度又称为故障等级，是指故障模式所产生后果的严重程度，是对电力设备故障造成的最坏后果设定的一个量度，可以分为轻度、一般、比较严重、严重、致命五个层级。

电力设备的风险分析主要包括故障模式分析、故障原因分析、故障影响分析、故障检测方法分析等过程。具体地，在对电力设备的风险识别的具体过程中，首先确定电力设备影响分析(FMEA)的约定层次；然后根据对电力设备各部件的功能分析，绘制其功能结构图；再根据约定层次划分及电力设备的功能定义和各个应用场合的实际情况，根据潜在故障在电网的发生部位，对设备故障进行分类，以及进行故障原因及影响分析。

本实施例通过采用故障模式及影响分析法对输变电设备进行了风险识别，总结分析量设备可能存在的失效模式及失效时的严酷度；通过进行故障原因及故障原因影响分析，找出每个故障模式产生的原因，进而采取针对性的有效改进措施，可以有效防止或减少潜在的故障模式发生的可能性。

步骤S2：预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部件的潜在故障进行风险分析，通过基准态分析获取设备健康度。

在一种可实现的方式中，所述步骤S2，具体为：根据所述状态评价数据，计算出电力设备各部件的潜在故障的设备故障概率；将所述设备故障概率与基准值进行比较，根据比较结果判定当前电力设备的设备健康度。具体实施时，电力设备故障概率可以由以下公式计算获得：

P＝K·e^-C·ISE (1)

上式中，ISE为电力设备状态评价分值，K为比例系数；C为曲率系数，P为电力设备故障概率，采用公式(1)最终可以获得一个取值在0-1区间的概率。

步骤S3：建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所述关系模型的各个参数。具体实施时，所述步骤S3包括：

步骤S31：根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成本C1；步骤S32：根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影响因子C2。

步骤S4：根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果，确定所述电力设备各部件的潜在故障对设备功能的影响程度。

步骤S5：根据所述设备故障概率和所述风险后果，计算出所述电力设备各部件的潜在故障的风险值。其中，电力设备的潜在故障的风险值与设备平均故障概率和设备重要性(通过风险后果进行衡量)正相关，而设备风险后果的计算则可以采用货币量化的方式，通过电力设备的损坏成本C1和在电网中的影响因子C2两方面的计算结果进行量化。

步骤S6：通过设定不同等级的风险阈值建立风险定级模型，并根据所述风险值，判断所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级。

进一步地，本实施例提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，还包括：根据所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级，对所述电力设备各部件进行相应的运行维护，以消除所述电力设备的潜在故障风险。

参看图2，是本发明提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估模型的结构示意图。

在本实施例中，根据图1提供的电力设备定量风险评估方法，建立相应的电力设备定量风险评估模型，以实现相应的参数计算。具体实施时，模型的输入数据包括：基础数据、缺陷数据、故障数据、试验数据、变电站数据、线路数据，并采用多种算法支撑，包括但不限于健康度计算模块、设备故障概率计算模块、风险后果计算模块；执行各种运算后输出电力设备的风险等级，以及相关的中间结果，如健康度、风险值等参数。

优选地，在所述步骤S31中进行货币量化时，根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成本C1，包括：计算电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值：

$C_j=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i}\×\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(C_i\×A_i)---\left(2\right)$

其中，上式中的C_i为电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值；A_i为统计时间内电力设备本体或电力设备中各部件发生故障次数；C_j为当前计算的电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值。具体实施时，电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值C_i的值可通过查找设备运维的同类项目的实际记录数据获得；A_i的值可根据电力设备多年的(如近10年)历史故障数据进行统计获得。

而在所述步骤S32，根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影响因子C2，包括：

根据电力设备本体或电力设备中各部件在电网中的位置、结构与容量，计算出潜在故障引起的减供电量负荷和停电时间；根据所述减供电量负荷和停电时间以及统计获得的供需电差，计算电力设备本体或电力设备中各部件的潜在故障的电网影响成本值。

在所述步骤S4中，根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果，具体为：

对所述电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值C_j和所述电网影响成本值C2进行货币量化，作为所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果。

在一种实现方式中，电网影响成本值C2可以通过：C2＝减供电量×供需电差(由购售电差获得)，得到货币化的衡量结果。其中减供电量负荷、停电时间需要根据电力设备(如电力变压器)所在电网中的位置、结构与容量上是否满足N-1条件进行判断，分为三种情况：

1)电网结构不满足转负荷，则：减供电量负荷＝主变容量×80％×168；

2)电网结构满足转负荷但运行不满足N-1条件，则：减供电量负荷＝供电缺口值×供电缺口持续时间；

3)电网结构满足转负荷且运行满足N-1条件，则：减供电量负荷＝0。

通过综合电力设备故障引起的减供电量负荷、停电时间、供需电差三方面进行计算，从而得到潜在风险导致的电网影响因子C2货币化的衡量结果。

在本实施例中，可以采用ALARP(As Low As Reasonably Practicable，最低合理可行)原则确定风险定级模型，以确定不同风险等级的阈值。具体地，所述风险定级模型包括不可接受区域、可接受区域和ALARP区域。则在进行电力设备运维时，可以采用以下方式，包括：

当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于不可接受区域时，根据电力设备的最佳运行年限对设备进行检修或技术改造；

当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于可接受区域时，若风险发生的设备故障概率大于预设值，则对当前电力设备进行巡检；否则，不处理电力设备各部件的潜在故障；

当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于ALARP区域时，对所述风险后果与收益进行比较，根据比较结果为当前电力设备选择运维决策。

通过风险决策判定，最终形成电力设备的总体运维决策。

本发明实施例提供的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，在对电力设备进行风险识别的基础上，对电力设备风险进行计量、比较、判断和排序，对电力设备在各个状态下运行所带来的不确定性进行评估，获得电力设备可能发生的各种情况及其发生概率，最终将电力设备风险的不确定性转化为可控的确定性，建立起一套准确的、定量量化的电力设备风险评估模型，在此基础上完成了运维检修策略的优化，以实现运维过程的更进一步精细化，从而实时掌握设备运行状态和风险评估等级，确定电力设备面临和可能导致的潜在风险，为电力设备的运维策略的制定与实施提供量化的技术依据，有效管理设备风险并防控设备事故事件的发生，有利于提高电力设备运维的安全性、有效性，降低电网维护成本，为实现质量、效益、安全等多目标综合最优电网提供了基础和技术保障。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，包括：

根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进行风险识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式；所述统计数据包括状态评价数据、电力设备各部件成本统计数据、变电站高峰负荷分析数据；

预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部件的潜在故障进行风险分析，通过基准态分析获取设备健康度；

建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所述关系模型的各个参数；

根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果，确定所述电力设备各部件的潜在故障对设备功能的影响程度；

根据所述设备故障概率和所述风险后果，计算出所述电力设备各部件的潜在故障的风险值；

通过设定不同等级的风险阈值建立风险定级模型，并根据所述风险值，判断所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级。

2.如权利要求1所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，还包括：

根据所述电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级，对所述电力设备各部件进行相应的运行维护，以消除所述电力设备的潜在故障风险。

3.如权利要求1所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，所述预测风险发生的设备故障概率，对电力设备中各部件的潜在故障进行风险分析，通过基准态分析获取设备健康度，具体为：

根据所述状态评价数据，计算出电力设备各部件的潜在故障的设备故障概率：

P＝K·e^-C·ISE

其中，ISE为电力设备状态评价分值，K为比例系数；C为曲率系数，P为电力设备故障概率；

将所述设备故障概率与基准值进行比较，根据比较结果判定当前电力设备的设备健康度。

4.如权利要求1所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，所述建立设备故障概率与设备健康度的关系模型，通过反演算法确定所述关系模型的各个参数，包括：

根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成本；

根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影响因子。

5.如权利要求4所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，根据所述电力设备各部件成本统计数据，分析所述电力设备的损坏成本，包括：

计算电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值：

$C_j=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i}\×\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(C_i\×A_i);$

其中，上式中的C_i为电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值；A_i为统计时间内电力设备本体或电力设备中各部件发生故障次数；C_j为当前计算的电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值。

6.如权利要求5所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，根据所述变电站高峰负荷分析数据，分析所述电力设备各部件在电网中的影响因子，包括：

根据电力设备本体或电力设备中各部件在电网中的位置、结构与容量，计算出潜在故障引起的减供电量负荷和停电时间；

根据所述减供电量负荷和停电时间以及统计获得的供需电差，计算电力设备本体或电力设备中各部件的潜在故障的电网影响成本值。

7.如权利要求6所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，根据所述关系模型的各个参数分析所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果，具体为：

对所述电力设备本体或电力设备中各部件故障成本值和所述电网影响成本值进行货币量化，作为所述电力设备各部件的潜在故障的风险后果。

8.如权利要求1～7任一项所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，所述根据电力设备的统计数据，采用影响分析法对电力设备中各部件的潜在故障进行风险识别，确定电力设备各部件潜在的故障模式，包括：

确定电力设备的约定层次，并根据对电力设备各部件的功能分析，绘制各个部件的功能结构；

根据电力设备的约定层次、电力设备各部件的功能结构以及潜在故障在电网中的发生位置，对电力设备各部件潜在的故障模式进行分类。

9.如权利要求8所述的基于状态评价的电力设备定量风险评估方法，其特征在于，所述风险定级模型包括不可接受区域、可接受区域和ALARP区域；

当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于不可接受区域时，根据电力设备的最佳运行年限对设备进行检修或技术改造；

当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于可接受区域时，若风险发生的设备故障概率大于预设值，则对当前电力设备进行巡检；否则，不处理电力设备各部件的潜在故障；

当电力设备各部件的潜在故障所属的风险等级处于ALARP区域时，对所述风险后果与收益进行比较，根据比较结果为当前电力设备选择运维决策。