CN112215480A - 一种电力设备风险评估方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力设备风险评估方法，包括如下步骤：根据电力设备状态监测参数和电力设备运行限制，对电力设备状态监测参数标量化计算，获得电力设备的参数健康指数H _n 和电力设备的健康指数H；根据电力设备重要度的定义，确定电力设备的重要度指数I；根据电力设备的参数健康指数H _n 、电力设备的设备健康指数H和电力设备的重要度指数I计算设备风险指数、绘制风险矩阵图，判断设备的风险等级，获得设备的风险管控顺序。本发明综合考虑电力设备的健康指标、重要度指标进行综合风险评估，具有全面性和普适性。

Description

一种电力设备风险评估方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及一种电力设备风险评估方法、装置及存储介质，属于电力系统及其自动化技术领域。

背景技术

电力设备是整个电力系统的基本组成元素，其安全的运行将影响着整个电网的安全稳定。对主电网设备，如何准确地评价其健康状态，合理地判定其风险等级，制定完善的设备安全管控方案，及时排除安全隐患，避免事故发生被越来越多的人关注。现在的电力企业一方面制定科学的检修策略与运行方案，另一方面通过各种先进的状态监测技术，研究出了许多科学有效的评估方法并随之产生了一系列评判指标。

按照评价属性的量化等级与程度，风险评估一般分为定性评估与定量评估两种，定性评估方法简单，结构简单，但结果模糊；定量评估在变量量化过程中会引入人们的主观意愿。而半定量风险评估则结合了两者的优势，其结果介于定性与定量结果之间。

现有的文献中，有一部分基于设备的实时健康指数，研制了配电网风险量化的评估方法；有的综合考虑了系统中元件的结构属性、状态属性及社会属性，提出了考虑元件综合重要度的电网安全性风险评估方法；还有的针对某一类设备或某个特定的状态进行状态评估。这些评估有的专注于健康度或重要度而忽略了另一方，有的在对同一类设备评估时，忽略了在不同情境下同类设备的差异性，还有的未曾考虑负荷的影响或是设备状态对系统的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电力设备风险评估方法、装置及存储介质，涉及到了电力设备运行状态、电力设备本身的性质以及电力设备的负荷性质，具有全面性和普适性。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种电力设备风险评估方法，所述方法包括如下步骤：

根据电力设备状态监测参数和电力设备运行限制，对电力设备状态监测参数标量化计算，获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H；

根据电力设备重要度的定义，确定电力设备的重要度指数I；

根据电力设备的参数健康指数H_n、电力设备的设备健康指数H和电力设备的重要度指数I计算设备风险指数、绘制风险矩阵图，判断设备的风险等级，获得设备的风险管控顺序。

结合第一方面，进一步地，所述获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H包括如下步骤：

对电力设备进行故障的分析，确定了电力设备的状态监测参数，监测设备检测电力设备的状态监测参数，获得电力设备的状态监测参数；

设置监测参数的故障限值F_Xn和缺陷限制D_Xn，根据各参数之间的相关性，建立参数的相关性模型；

建立参数阈值图，判断参数所处的运行状态；

定义故障限值F_Xn和缺陷限值D_Xn之间的差值向量为G_Xn：

定义运行参数值超出缺陷限值D_Xn的值为B_Xn：

其中，D_Xn ^max、D_Xn ^min、F_Xn ^max、F_Xn ^min分别为缺陷限值和故障限值的上下值；

对G_Xn和B_Xn的量进行标量化计算，k维限值的影响可以近似成标量值为：

其中，m为设备操作次数；

获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H：

H＝max{H₁,H₂,...,H_n}

其中，H₁,H₂,…,H_n表示不同运行参数的健康指标。

结合第一方面，进一步地，所述确定电力设备的重要度指数I包括如下步骤：

将设备本身的价值因子、设备连接的负荷等级因子、负荷数量因子和社会影响因子确立为设备重要度指数的影响因子；

对每一种影响因子进行登记划分，确定每一种影响因子对应的权重w；

运用重要度指数公式确定设备的重要度指数I。

结合第一方面，进一步地，所述重要度指数公式为：

其中，E_k为第k个影响因子等级；w_k为第k个影响因子所对应的权重；N为重要度影响因子的个数。

结合第一方面，进一步地，所述计算设备风险指数的公式为：

R(A)＝H(A)·I(A)

其中，A为故障事件，H(A)、I(A)分别为故障发生时设备的健康指数和重要度指数。

结合第一方面，进一步地，当待计算设备风险指数的设备有多台时，构建风险指数库。

结合第一方面，进一步地，所述风险矩阵图的横坐标为电力设备的重要度指数I，纵坐标为电力设备的健康指数H。

结合第一方面，进一步地，所述判断设备的风险等级包括如下步骤：

将风险矩阵图划分为高风险A区、次高风险B区、较低风险C区和安全D区；

根据电力设备的重要度指数I和健康指数H，在风险矩阵图中确定电力设备所处的区域，确定电力设备的风险等级。

第二方面，本发明提供了一种电力设备风险评估装置，包括：

健康指数确定模块：用于根据电力设备状态监测参数和电力设备运行限制，对电力设备状态监测参数标量化计算，获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H；

重要度指数确定模块：用于根据电力设备重要度的定义，确定电力设备的重要度指数I；

风险指数评估模块：用于计算电力设备风险指数，确定电力设备的风险矩阵图和风险等级。

第三方面，本发明提供了一种电力设备风险评估装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面任一项所述方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种电力设备风险评估方法、装置及存储介质所达到的有益效果包括：

根据电力设备状态监测参数和电力设备运行限制，建立电力设备健康指数评估模型，对电力设备状态监测参数标量化计算，获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H，通过对健康指标进行多维架构，从电力设备的各项监测参数的层面量化电力设备的健康指数，用以表征单个或多个设备的健康状态或性能退化情况，对电力设备进行健康评估；

将设备本身的价值因子、设备连接的负荷等级因子、负荷数量因子和社会影响因子作为设备重要度指数的影响因子，确定电力设备的重要度指数I，量化电力设备重要等级，表征电力设备在整个电力网络中的重要程度；

根据电力设备的参数健康指数H_n、电力设备的设备健康指数H和电力设备的重要度指数I计算设备风险指数、绘制风险矩阵图，确定设备的风险等级，获得设备的风险管控顺序，从健康指数与重要度指数两个维度评估电力设备风险，综合考虑了设备本身性质、运行状态及所负荷的差异性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种电力设备风险评估方法的流程图；

图2是本发明实施例一提供的一种电力设备风险评估方法中的三维平行六面体模型图；

图3是本发明实施例一提供的一种电力设备风险评估方法中参数的二维椭圆阈值图；

图4是本发明实施例一提供的一种电力设备风险评估方法中电力设备运行风险矩阵图；

图5是本发明实施例二提供的变压器的参数健康指数变化趋势图；

图6是本发明实施例二提供的变压器的风险分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例提供了一种电力设备风险评估方法，所述方法包括如下步骤：

根据电力设备状态监测参数和电力设备运行限制，对电力设备状态监测参数标量化计算，获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H；

根据电力设备重要度的定义，确定电力设备的重要度指数I；

根据电力设备的参数健康指数H_n、电力设备的设备健康指数H和电力设备的重要度指数I计算设备风险指数、绘制风险矩阵图，判断设备的风险等级，获得设备的风险管控顺序。

具体地，电力设备在运行过程中会产生如电流、电压、气压、温度等变化的运行参数，根据不同设备的状态监测需求选择能表示设备运行状态的关键参数量。这些参数可能与设备所处的环境、机械磨损、气体密度、运行时的电气量有关，在设备监控技术中使用如电流传感器、压力传感器、光纤传感器等传感器，并将其安装在必要的位置执行监控任务。表1列出主要电力设备及其监测参数。

表1主要电力设备及其监测参数

获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H包括如下步骤：

对电力设备进行故障的分析，确定了电力设备的状态监测参数，监测设备检测电力设备的状态监测参数，获得电力设备的状态监测参数；

设置监测参数的故障限值F_Xn和缺陷限制D_Xn，根据各参数之间的相关性，建立参数的相关性模型；

建立参数阈值图，判断参数所处的运行状态；

根据电力设备的状态监测参数和参数所处的运行状态，获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H。

具体地，假设X_n(n＝1,2…)为被监测的设备运行参数，其值分别在最大值X_n ^max和最小值X_n ^min之间。设置监测参数的故障限值F_Xn和缺陷限制D_Xn。当参数达到缺陷限值时，电力设备能在规定时间、条件下执行功能，但抵抗风险和环境适应能力存在一定的下降。当参数达到故障限值时，电力设备不能在规定时间、条件下执行功能，后果较严重。

在电力设备的运行中关系到多个运行参数，这些参数之间存在一定的相关性。参数相关性模型为

式中，f为目标函数；Y为约束函数；X为监测参数；Ω为监测参数集；S_n为参数约束的允许区间，S_n ^min和S_n ^max分别表示允许区间的上下界。

当有多个运行参数时，将模型(1)扩展为多参数模型，建立多参数相关性模型

式中，g为监测参数之间的相关性函数。

面对三维或者更高维时，整个不确定域可以用多维平行六面体来表示。多维平行六面体模型可表述参数间的独立性与相关性。如图2所示为三维平行六面体模型。

参数θ₁₂，θ₁₃，θ₂₃分别描述了两两参数之间的相关性程度，当三个参数之间相互独立时，整个区域将变成一个长方形。本方法使用描述两个参数之间关系的二维椭圆阈值图模型表明参数值所处的运行状态，如图3所示。

根据电力设备的状态监测参数和参数所处的运行状态，获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H，包括如下步骤：

定义故障限值F_Xn和缺陷限值D_Xn之间的差值向量为G_Xn：

定义运行参数值超出缺陷限值D_Xn的值为B_Xn：

其中，D_Xn ^max、D_Xn ^min、F_Xn ^max、F_Xn ^min分别为缺陷限值和故障限值的上下值；

对G_Xn和B_Xn的量进行标量化计算，k维限值的影响可以近似成标量值为：

其中，m为设备操作次数；

获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H：

具体地，通过式(6)表明，H_n＝0—1时设备是健康的，H_n≥2时设备出现故障，H_n＝1—2时设备处于缺陷状态。H_n的值越大，表示设备的运行状态越差，H_n值越小，表示设备运行状态越好。为了兼顾电力系统的稳定性和可靠性要求，本发明采用运行状态最差的参数代表设备的运行状态，即

H＝max{H₁,H₂,...,H_n} (7)

其中，H₁,H₂,…,H_n表示不同运行参数的健康指标。

即使发生较小的故障，若设备重要度高，那么设备也可能处于不安全的运行状态；若设备重要度较低，则可能处于更安全的状态。因此，需要根据设备重要程度的不同，制定不同标准的风险管控措施。确定电力设备的重要度指数I包括如下步骤：

将设备本身的价值因子、设备连接的负荷等级因子、负荷数量因子和社会影响因子确立为设备重要度指数的影响因子；

对每一种影响因子进行登记划分，确定每一种影响因子对应的权重w；

运用重要度指数公式确定设备的重要度指数I。

具体地，重要度指数公式为：

其中，E_k为第k个影响因子等级；w_k为第k个影响因子所对应的权重；N为重要度影响因子的个数。

具体地，负荷划分为4个等级即特级负荷、一级负荷、二级负荷和三级负荷。系统供电负荷的等级越高、数量越多，设备故障产生的后果越严重。设备价值越高，设备故障时就会造成越大的损失。重要度影响因子由设备的价值因子、负荷等级因子、负荷数量因子和社会影响因子组成。各因子影响因素和等级如表2所示。

表2各因子影响因素和等级

根据电力设备的参数健康指数H_n、电力设备的设备健康指数H和电力设备的重要度指数I计算设备风险指数，具体的，计算设备风险指数的公式为：

R(A)＝H(A)·I(A) (9)

其中，A为故障事件，H(A)、I(A)分别为故障发生时设备的健康指数和重要度指数。

当待计算设备风险指数的设备有多台时，构建风险指数库。

如图4所示，风险矩阵图的横坐标为电力设备的重要度指数I，纵坐标为电力设备的健康指数H。具体地，H＝0—1时设备正常运行，H＝1—2时设备处于缺陷状态，H≥2时设备处于故障状态。横轴为设备的重要度指数，I＝0—1时表示设备为一般设备，I＝1—2时表示设备为关注设备，I＝2—3时表示设备为重要设备，I＝3—4时表示设备为关键设备。

将风险矩阵图划分为高风险A区、次高风险B区、较低风险C区和安全D区。根据电力设备的重要度指数I和健康指数H，在风险矩阵图中确定电力设备所处的区域，确定电力设备的风险等级。具体的D区域表示设备的状态较好并且重要程度也不高。C区域表示设备状态较好，但是其重要度较高，应采取安全风险控制适当加强关注；B区域表明设备状况和重要度综合情况较差，设备出现紧急缺陷，应进行安全风险转移；A区域则表明设备非常重要并且状态很差，则需要采取安全风险规避。

实施例二：

本实施例是基于实施例一提供的一种电力设备风险评估方法的具体应用场景，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

以四台变压器T#1、T#2、T#3、T#4为例：

分析四台变压器主要的故障部件以及需要重点监测的参数。表3为变压器监测参数及其限值。

表3变压器监测参数及其限值

使用表3中的数值计算变压器的健康指数，图5是10次闭合操作中的四台变压器监测参数健康指数的变化趋势。

由图5可见，T#1处于故障状态，T#3是安全可靠运行的，T#2、T#4处于缺陷运行状态。根据式(10)，提取10次操作的数据，四台变压器的健康指数分别是H(T#1)＝2.2，H(T#2)＝1.8，H(T#3)＝0.9，H(T#4)＝1.5。

四台变压器重要度指数结果如表4所示。

表4变压器重要度指标

四台变压器的健康指数和重要度指数结果如表5所示。

表5变压器风险评估结果

四台变压器评估结果如图6所示。T#1和T#2重要度非常高且运行状态很差，处于不安全不可靠的运行状态，需要进行安全风险规避。T#4处于缺陷状态且重要度较高，应该采取安全风险转移。T#3处于安全的运行状态，但其重要度很高，要加强注意。根据管控措施指标按照T#1，T#2，T#4，T#3的先后顺序进行管控。

实施例三：

本发明实施例提供本发明提供了一种电力设备风险评估装置，包括：

健康指数确定模块：用于根据电力设备状态监测参数和电力设备运行限制，对电力设备状态监测参数标量化计算，获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H；

重要度指数确定模块：用于根据电力设备重要度的定义，确定电力设备的重要度指数I；

风险指数评估模块：用于计算电力设备风险指数，确定电力设备的风险矩阵图和风险等级。

实施例四：

本发明实施例提供了一种电力设备风险评估装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例一所述方法的步骤。

实施例五：

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一所述方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电力设备风险评估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

根据电力设备状态监测参数和电力设备运行限制，对电力设备状态监测参数标量化计算，获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H；

根据电力设备重要度的定义，确定电力设备的重要度指数I；

根据电力设备的参数健康指数H_n、电力设备的设备健康指数H和电力设备的重要度指数I计算设备风险指数、绘制风险矩阵图，判断设备的风险等级，获得设备的风险管控顺序。

2.根据权利要求1所述的电力设备风险评估方法，其特征在于，所述获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H包括如下步骤：

对电力设备进行故障的分析，确定了电力设备的状态监测参数，监测设备检测电力设备的状态监测参数，获得电力设备的状态监测参数；

设置监测参数的故障限值F_Xn和缺陷限制D_Xn，根据各参数之间的相关性，建立参数的相关性模型；

建立参数阈值图，判断参数所处的运行状态；

定义故障限值F_Xn和缺陷限值D_Xn之间的差值向量为G_Xn：

定义运行参数值超出缺陷限值D_Xn的值为B_Xn：

其中，D_Xn ^max、D_Xn ^min、F_Xn ^max、F_Xn ^min分别为缺陷限值和故障限值的上下值；

对G_Xn和B_Xn的量进行标量化计算，k维限值的影响可以近似成标量值为：

其中，m为设备操作次数；

获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H：

H＝max{H₁,H₂,...,H_n}

其中，H₁,H₂,…,H_n表示不同运行参数的健康指标。

3.根据权利要求1所述的电力设备风险评估方法，其特征在于，所述确定电力设备的重要度指数I包括如下步骤：

将设备本身的价值因子、设备连接的负荷等级因子、负荷数量因子和社会影响因子确立为设备重要度指数的影响因子；

对每一种影响因子进行登记划分，确定每一种影响因子对应的权重w；

运用重要度指数公式确定设备的重要度指数I。

4.根据权利要求3所述的电力设备风险评估方法，其特征在于，所述重要度指数公式为：

其中，E_k为第k个影响因子等级；w_k为第k个影响因子所对应的权重；N为重要度影响因子的个数。

5.根据权利要求1所述的电力设备风险评估方法，其特征在于，所述计算设备风险指数的公式为：

R(A)＝H(A)·I(A)

其中，A为故障事件，H(A)、I(A)分别为故障发生时设备的健康指数和重要度指数。

6.根据权利要求1所述的电力设备风险评估方法，其特征在于，所述风险矩阵图的横坐标为电力设备的重要度指数I，纵坐标为电力设备的健康指数H。

7.根据权利要求1所述的电力设备风险评估方法，其特征在于，所述判断设备的风险等级包括如下步骤：

将风险矩阵图划分为高风险A区、次高风险B区、较低风险C区和安全D区；

根据电力设备的重要度指数I和健康指数H，在风险矩阵图中确定电力设备所处的区域，确定电力设备的风险等级。

8.一种电力设备风险评估装置，其特征在于，所述装置包括：

健康指数确定模块：用于根据电力设备状态监测参数和电力设备运行限制，对电力设备状态监测参数标量化计算，获得电力设备的参数健康指数H_n和电力设备的健康指数H；

重要度指数确定模块：用于根据电力设备重要度的定义，确定电力设备的重要度指数I；

风险指数评估模块：用于计算电力设备风险指数，确定电力设备的风险矩阵图和风险等级。

9.一种电力设备风险评估装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～7任一项所述方法的步骤。

10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一项所述方法的步骤。

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