CN106529767A - 一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法 - Google Patents

一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法，本方法提出了结合设备寿命曲线的风险评估模型，该模型包括二次设备风险概率值确定模型，和风险危害值确定模型，求取风险概率和风险危害值，然后求取设备的风险值；并对设备风险容忍度进行研究，即将该风险可能产生的损失与消除该风险需要的代价进行比较，判断该风险是否需要消除或可容忍。

Description

一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法
技术领域
本发明涉及电网二次设备安全控制技术领域，具体来说涉及一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法。
背景技术
电网安全风险评估问题早在20世纪80年代就已经受到关注，但到目前为止，相关研究还主要集中在一次系统。但是,近年来全世界不断发生的大面积停电事故使人们深刻认识到,面对如今复杂的非线性动态电力系统,传统的系统稳定性分析和安全评估方法已经显出存在的不足。随着现代风险评估的概念被引入到电力系统安全评估的体系中,人们对电力系统安全风险评估的理论认识也逐渐深入。目前对电力系统的风险评估方法大致可以分为三类：基于可靠性理论的评估方法,基于风险管理的评估方法,人工智能等新理论的评估方法。目前，二次设备风险评估模型主要存在以下两个主要问题：
(1)二次设备状态与风险评估依据主要来源于历史数据信息，即根据设备台账和运维记录对设备进行评价，对于设备实时运行的状态，包括设备的自检信息以及一些运行环境都没有考虑到评估模型中，这是由于二次设备厂家和型号种类很多，各自的自检信息都不尽相同，难以实现标准化的在线信息采集，另外对于一些现存的常规变电站，设备落后，自检信息量少且通信能力差，故难以实现对实时因素信息的采集；
(2)当前的设备风险评估理论通过统计和计算特定事故发生的概率及后果来量化设备存在的风险。对于投运数量庞大的二次设备，分类统计各类别设备的故障发生概率较困难；而二次设备故障可能造成的损失也很难准确与故障相对应。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法，运用风险评估理论和方法，对二次设备风险的危害程度和风险发生概率进行量化，主要考虑二次设备对电网危害程度、社会影响和损失负荷或用户的性质来量化风险危害程度，设备故障率、健康状态情况、以及故障类别因素来量化风险发生概率，并对风险影响程度进行分类，实现对二次设备风险定量、准确、全面的描述，最后进行风险容忍度分析，将风险值与消除风险所花费的风险当量值进行比较，确定该风险是否能够容忍，为减少和消除二次设备风险提供决策依据。
一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法，本方法提出了结合设备寿命曲线的风险评估模型，该模型包括二次设备风险概率值确定模型，和风险危害值确定模型，求取风险概率和风险危害值，然后求取设备的风险值；并对设备风险容忍度进行研究，即将该风险可能产生的损失与消除该风险需要的代价进行比较，判断该风险是否需要消除或可容忍，该方法包括如下步骤：
(1)建立风险损失指标库，根据二次设备对电网的影响，不同二次设备功能的不同，在二次系统乃至整个电网系统中的故障产生的风险不一致，对二次设备风险损失值进行分类；
(2)根据设备风险损失指标配置内容和相应公式，计算设备风险损失值；
(3)根据设备类型和投运年限计算设备故障概率，结合设备故障概率计算结果和设备实时健康状态计算设备风险概率；
(4)采用量化风险值对二次设备进行风险评估。
(5)计算设备风险当量，结合专家系统确定消除风险费用最大值所对应的当量值，计算当前风险下消除该风险所花费用，将当量值与风险值进行比较，判断该风险是否容忍。
本发明对比现有技术，有如下优点：
本发明确立的风险评估方法，能够根据设备实时健康状态对设备风险进行评评估，并根据评估结果结合专家系统判断当前风险是否容忍，为设备的运行、维护、检修、试验、技改等生产管理工作的决策提供依据，还可以通过管理员权限对风险损失知识库进行修改，而传统情况下，对于设备实时运行的状态，包括设备的自检信息以及一些运行环境都没有考虑到评估模型中，对二次设备风险的危害程度和风险发生概率没有进行量化，本发明提出的方法更具拓展性和适应性。
附图说明
图1二次设备风险评估模型；
图2设备故障率与设备役龄关系曲线；
图3风险容忍度分析模型。
具体实施方式
本发明公开一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法，包括以下内容：
(1)建立风险损失指标库，根据二次设备对电网的影响，不同二次设备功能的不同，在二次系统乃至整个电网系统中的故障产生的风险不一致，对二次设备风险损失值进行分类；
(2)根据设备风险损失指标配置内容和相应公式，计算设备风险损失值；
(3)根据设备类型和投运年限计算设备故障概率，结合设备故障概率计算结果和设备实时健康状态计算设备风险概率；
(4)量化风险值的方法对二次设备进行风险评估；
(5)计算设备风险当量值，确定消除风险费用最大值所对应的当量值，计算当前风险下消除该风险所花费用，将当量值与风险值进行比较，判断该风险是否容忍。
本发明的一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法，具体包括如下步骤，对应图1所示：
(1)建立风险损失表，构成初步的风险损失指标库。
风险后果主要通过二次设备可能发生的故障导致的可能损失来表征。二次设备可能损失包含直接损失和间接损失。直接损失可根据其价值信息直接量化；间接损失指因二次设备失效导致的电网及用户损失，是二次设备损失评估的主要部分。因此，对二次设备风险损失进行分析，首先应当了解二次设备对电网的影响，而不同二次设备功能各部相同，在二次系统乃至整个电网系统中的故障产生的风险不一致，为此，对二次设备风险值进行分类。二次设备按照设备可能产生的风险大小分为五类，如表1所示。
表1二次设备风险度分类
根据二次设备状况，选取对损失可能有较大影响的关键因子作为可能损失体系的关键指标，对二次设备可能损失进行量化。指标的选取主要从设备所处变电站级别、设备属性、影响业务的属性三个一级指标进行考虑，建立设备风险损失值评价模型，如表2所示：
表2二次设备风险损失评价指标
根据各类设备特点，对二级指标进行风险量化，建立风险损失值评估体系。
(1.1)Ⅰ类设备风险损失评估体系
(1.2)Ⅱ类设备风险损失评估体系
(1.3)Ⅲ类设备风险损失评估体系
(1.4)Ⅳ类设备风险损失评估体系
(1.4)Ⅴ类设备风险损失评估体系
(2)计算设备风险损失值
风险损失计算公式：
式中，C为风险损失值，i为一级指标下第i个二级指标，其最大取值为一级指标下二级指标的总数，nx为设备重要度因素，用于衡量五类设备对电网运行的重要程度，n为该类二次设备二级指标的总数，x为五类设备的类型因素，Li为变电站级别量化值，Ai为二次设备属性量化值，Pi为设备影响电网业务属性量化值，Ⅰ类设备为相关一次设备属性，Ⅱ类和Ⅲ类为相关二次设备业务类型，不同设备Li、Ai、Pi的取值不同，由于风险故障概率较小，此处乘上一个较合适的系数100，使最终的风险值为1左右的数。
(3)计算设备风险概率
本发明提出的二次设备故障概率确定模型是以二次设备故障统计为基础，然后根据设备运行状态对设备故障概率进行修正，如下式所示，获得当前状态下的风险概率：
pi(t)＝gi(t)·DSi
式中，i表示设备类型，pi(t)为i类设备风险概率值，gi(t)为i类设备平均故障概率，DSi为i类设备健康状态因子。
(3.1)设备平均故障概率计算方法
二次设备与其他一次设备相同，其一生的故障率是变化的，存在着磨合期1，稳定期2和老化期3三个阶段，即形状如浴盆曲，如图2所示。
新安装设备的故障率比较高，常常出现故障，我们称这段期间为磨合期；当设备通过磨合期，设备运行良好，故障率很低，我们称之为稳定期；设备使用时间较长，设备进入老化期，此阶段设备可靠性变差，并随着时间的延长，故障率会越来越高，最后报废。而实际情况下，设备磨合期在设备测试阶段已经完成，因此一般直接进入稳定期，即阶段1不存在。
本发明通过对电力系统二次设备运行失效率研究，并结合现场反馈的故障数据，得出不同类型的二次设备的“故障概率-时间”曲线
表3二次设备平均故障概率计算公式
表格中的t为设备投运年限，λ(t)为设备平均故障概率。
(3.2)设备健康状态因子计算方法
二次设备实时的健康状态对于二次设备故障概率有影响，本发明采用状态评估因数来衡量设备健康状态对设备故障率的影响，评估因数的计算方式为根据设备的健康状态评分进行等值转化。暂定义设备健康状态得分为状态基础得分时，状态评估因数取值为下表4所示，对给定状态下的等值转化按照线性转化，求得状态评估因素系数如下表，具体计算式为：
Dsi＝DA+λi(SA-Si)
式中，Dsi为i类设备的健康状态因子，DA为设备状态基础分对应健康状态因子，SA状态基础分，λi为设备状态因子系数，Si为i类设备的健康状态得分。其中，Si可以作为设备实时健康状态得分可通过预先设置的数据库查询获取。其他参数具体取值方式如表4所示：
表4状态评估因数
类型 正常状态 注意状态 异常状态 严重状态
状态基础得分SA 100 90 80 70
健康状态因子DA 0.9 1.0 1.5 2.5
状态因子系数λi 0.02 0.03 0.05 0.01428
(4)风险量化
风险评估以风险值为指标，综合考虑二次设备风险危害及设备风险概率二者的作用。风险值按下列公式计算：
风险值＝风险损失值×风险概率
风险的影响及危害程度按风险值大小进行区分，分为6个风险级别：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级、Ⅵ级，其中对于同类设备Ⅰ级为最高风险级别，Ⅵ级为最低风险级别。通过对设备的风险评估工作获得设备风险值，用以确定设备风险级别。
(1)Ⅰ级风险(红色)：风险值≥5
(2)Ⅱ级风险(橙色)：3≤风险值＜5
(3)Ⅲ级风险(粉色)：1≤风险值＜3
(4)Ⅳ级风险(黄色)：0.5≤风险值＜1
(5)Ⅴ级风险(绿色)：0.1≤风险值＜0.5
(6)Ⅵ级风险(蓝色)：0≤风险值＜0.1
(5)风险容忍度计算
二次设备风险容忍度研究，主要是对二次设备风险值与消除该风险所产生的费用进行比较，而二次设备风险评估值的量纲为一个等效值，不具有实际单位，要想将二者进行比较，必须将这两者进行单位统一。定义二次设备风险当量值，将电力公司消除风险所造成的经济费用转化为风险当量值，将风险当量值再与二次设备风险值进行比较。
定义风险当量值：电力公司消除二次设备风险时，所花费了经济费用，折算到风险评估模型中所确立的二次设备风险值，风险当量值是一个等效风险值，不存在实际单位，用RD表示。
RD＝kCD
式中，k为风险当量系数，表征风险当量值RD与消除风险花费值CD之间比例关系。风险当量系数为消除风险经济费用转化为风险值时对应的系数。风险当量系数是由风险当量值RD与消除风险花费值CD之比获得的，要求取风险当量系数k，只需要确定一组风险当量值RD与消除风险花费值CD之间的对应关系即可，现定义消除风险所需费用的最大值CDmax对应风险当量值为RDm，求出CDmax和RDm即可求出风险当量系数k，其中RDm大小由专家系统进行确定，确定规则如下：
风险等级为I、Ⅱ、Ⅲ时，这些风险等级比较高，对电网危害程度大，风险产生影响不仅有有形资产损失，还有无形资产损失，而后者较前者更大，因此造成的经济损失是难以计量，因此定义这些风险是不能容忍的；在风险等级为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ时,设备风险是否能够容忍需要对进行比较计算，因此该风险当量值大小在风险等级小的这部分产生，定义设备维修费用最高风险当量值为Ⅲ、Ⅳ分界值1，如图3所示曲线的下半部分为合理的部分，由风险值随风险等级的变化趋势，风险值和检修费用按指数函数变化，表达式为：
C＝keaR-1
风险容忍度计算流程：
①确定消除风险费用最大值；
②确定消除风险费用最大值所对应的当量值；
③求得设备风险当量系数；
④计算当前风险下，消除该风险所花费用，并求得对应风险当量值；
⑤将当量值与风险值进行比较，判断该风险是否容忍。
本发明的实施方式不限于此，在本发明上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本发明内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于设备健康状态的二次设备风险评估方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)建立风险损失指标库，根据二次设备对电网的影响，不同二次设备功能的不同，在二次系统乃至整个电网系统中的故障产生的风险不一致，对二次设备风险损失值进行分类；
(2)根据设备风险损失指标配置内容和风险损失计算公式，计算设备风险损失值；
(3)根据设备类型和投运年限计算设备故障概率，结合设备故障概率计算结果和设备实时健康状态计算设备风险概率；
(4)对二次设备进行风险评估；
(5)计算设备风险当量值，确定消除风险费用最大值所对应的当量值，计算当前风险下消除该风险所花费用，将当量值与风险值进行比较，判断该风险是否容忍。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述二次设备包括五类：I类设备、II类设备、III类设备、IV类设备以及V类设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述每类二次设备具有一级指标和二级指标，每个一级指标包括若干二级指标；具体是根据二次设备状况，选取对损失有较大影响的关键因子作为可能损失体系的关键指标，对二次设备可能损失进行量化，所述一级指标的选取包括设备所处变电站级别、设备属性、影响业务的属性。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)的风险损失计算公式为：
式中，C为风险损失值，i为一级指标下第i个二级指标，其最大取值为一级指标下二级指标的总数，nx为设备重要度因素，用于衡量五类设备对电网运行的重要程度，n为该类二次设备二级指标的总数，x为五类设备的类型因素，Li为变电站级别量化值，Ai为二次设备属性量化值，Pi为设备影响电网业务属性量化值，I类设备为相关一次设备属性，Ⅱ类和Ⅲ类为相关二次设备业务类型，不同设备Li、Ai、Pi的取值不同，由于风险故障概率较小，此处乘上一个较合适的系数100，使最终的风险值为1左右的数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中风险概率计算公式为：pi(t)＝gi(t)·DSi；
其中，i表示设备类型，pi(t)为i类设备风险概率值，gi(t)为i类设备平均故障概率，DSi为i类设备健康状态因子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述设备平均故障概率根据不同设备具有不同的计算公式，如下表3所示：
表3 二次设备平均故障概率计算公式
表3中的t为设备投运年限，λ(t)为设备平均故障概率。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述设备健康状态因子计算公式为：
Dsi＝DA+λi(SA-Si)
式中，Dsi为i类设备的健康状态因子，DA为设备状态基础分对应健康状态因子，SA状态基础分，λi为设备状态因子系数，Si为i类设备的健康状态得分；其中，Si可以作为设备实时健康状态得分可通过数据库查询获取；各参数值如下表4：
表4 状态评估因数
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)对二次设备进行风险评估具体是计算风险值：风险值＝风险损失值×风险概率。
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