基于故障模式的输变电设备故障风险的研究

基于故障模式的输变电设备故障风险的研究

于娜

（国网山东招远市供电公司山东省招远市265400）

摘要：输变电设备有助于电力系统整体运行，所以要保证其工作的稳定性，而输变电设备在运行过程中十分容易出现一些故障。基于此，本文利用因果网络图对故障模式进行了双向分析，通过对半马尔科夫模型的解析获得了故障风险的变化曲线。

关键词：输变电设备；故障模式；因果网络图

引言

输变电设备是电力系统中的重要部分，其为电网安全运行提供了保障。从电力企业角度看，在确保设备正常运行的前提下，应该提高设备管理的经济性，使经济效益最大化，风险考虑各种设备的技术性及经济性，在设备管理中不可或缺。因此，对输变电设备故障风险分析尤为重要。

1因果网络图建立

根据控制风险的目的，工作人员在采取控制措施时要同时研究风险存在的原因及可能造成的后续影响，不仅要从根源上控制风险，还要减小风险后果的损失，基于这种双向分析的特点，用网络图的形式分析输变电设备故障更为合理，同时网络图有助于计算机利用路径搜索算法分析故障模式的原因及后果。

图1为因果网络图的有向图，X1、X2、X3、X4节点表示随机变量，X1、X2共同存在的情况下，X3可能会发生，并进一步导致X4发生。

图1因果网络示意图

因果网络图可以较为直观地描述输变电设备故障的发展过程，其中子节点一般表示故障模式，父节点一般表示故障因素或者其他类型的故障模式。构建因果网络图需要确定输变电设备的常见故障模式，然后对所有故障模式依次分析其原因与可能导致的后果。根据图1可以发现，因果网络图的结构类似于故障树，只是其相对于故障树更灵活，因此构建因果网络图时还可以参考已有的故障树结构。

2基于领结模型的输变电设备故障风险定性分析

在利用因果网络图进行双向分析时，分析方法形成了一种领结模型，如图2所示，中间为关键事件，左边为多个事件原因，其中与关键事件连接的被称为直接原因。右侧为事件可能导致的多个结果，其中关键事件直接连接的被称为直接结果。

图2领结模型示意图

领结模型的分析流程为：1）判断输变电设备可能出现的故障模式，并将该种故障模式确定为关键事件，定位因果网络图中关键事件的位置。2）沿着连接点向前搜索与关键事件有关的节点，这些节点就是关键事件的原因节点，将这些节点与关键事件连接。3）沿着连接点向后搜索与关键事件有关的节点，这些节点就是关键事件的结果节点，将这些节点与关键事件连接。通过以上流程，最终形成了该种故障模式的领结模型。在节点相对比较多的网络图中，可以通过路径搜索算法搜索关键事件的原因节点及结果节点[1]。

3基于半马尔科夫过程的故障风险定量分析

利用领结模型分析故障的发展过程后，还需要对输变电设备的故障风险值进行量化。随机因素会导致输变电设备故障模式的发展表现出不确定性，因此更多选择用随机过程定量描述。当输变电设备目前的状态会影响未来的状态时，故障发展过程就可以用马尔科夫过程表示。分析过程为：

1）将领结模型简化为单链结构。领结模型中虽然含有多个故障原因，但所有故障原因中一定有一个导致最终故障的主导原因。所以，根据检测的输变电设备状态信息可以将领结模型中的左侧简化为单链结构。领结模型中的结果可能有多种发展路径，因此可以简化为多个单链结构。所以最后综合左右侧，领结模型可能被简化为多个单链结构。

2）状态划分：当领结模型被简化成单链结构后，一般有存在劣化过程和不存在劣化过程两种故障过程描述。存在劣化过程的描述为有电、热、机械等造成的应力主导，输变电设备出现多种劣化状态，最终导致故障模式。不存在劣化过程属于突发故障，其过程描述为最终故障由关键事件直接导致。将两种结构组合，可以描述更复杂的故障发展过程。

3）构建半马尔科夫过程：首先分析关键事件引起的劣化状态转化关系，获得各个状态的停留时间概率分布，一般将输变电设备的寿命分布假设为威布尔分布，得到模型后用拉普拉斯变换法对模型解析，即可获得输变电设备不同状态的概率，得到故障风险变化曲线[2]。

4输变电设备常见故障类型及解决办法

4.1线路问题

可能引发输变电设备的线路故障的原因有管线的质量不合格或线路老化，而这些问题可能是由于雷击等天气原因、变电所户外电缆头质量不合格、道路树障等原因引发的，此外，更多引发线路故障问题的原因是输变电设备被人为破坏，如电线被擅自切割，不当的变压器操作等。而架空线路的跳闸几率比较大，对此，检修人员可以在架空线路上安装重合闸，在为跳闸的双电源线路补救后送电时要先检查线路是否带点。

4.2变压器问题

导致输变电设备变压器出现故障的原因较多，如果变压器的电流比限定值大，匝间的线路可能会因为超负荷而发生短路，如果变压器使用的绝缘材料受潮也可能会出现这种问题。除此之外，变压器受高温、雷电等天气影响也会出现故障。对此，检修人员可以加强对变压器使用的管理，防止超负荷工作的现象出现。如郴州地区曾因强雷电等极端天气造成1回1变运行变电所1#110KV进线失压，自投至2回1变成功后，2#110KV进线也发生失压，而1#110KV进线仍处于失压状态，导致变电所全所停电。检修人员确认1回带点，投入1回1变运行，发现原因为高压室有多个支持瓷瓶被击穿、闪络，于是经紧急处理，将变电所投入1回2B运行，高压室母排带点，待确认设备运行正常后，退出越区供电，全所供电恢复正常。

总结

综上所述，基于故障模式的故障风险分析有利于针对性地对输变电设备进行风险控制和运维管理。本文利用因果网络图使输变电设备故障的发展过程更直观，利用领结模型分析了故障的原因及结果，并通过建立半马尔科夫模型的方式量化分析了故障风险。

参考文献

[1]程建伟，白翠粉，刘通，高文胜，土松江•卡日，马仪.基于故障模式的输变电设备故障风险分析[J].高电压技术，2015，41（12）：3937-3943.

[2]李吉存.基于故障模式的输变电设备故障风险分析[J].通讯世界，2017，（14）：224-225.