变电所是联系发电厂和用电用户的中间环节, 其在我国电力系统生产经营之中起着非常重要的作用。同时, 其运行的稳定性和可靠性对我国电力系统的安全有着重要的意义。变电所内的电气系统和电气元件的可靠性和稳定性是整个变电所安全运行的关键。其中电气系统的可靠性可表述为:在组成变电所的各种电气系统和电气元件的可靠性指标已知和可靠性准则给定的条件下, 按可靠性评估准则评估整个主接线系统满足电力系统电能需求能力的量度[1]。纵观国内外的研究文献多是从如何提高变电所电气系统的可靠性及相关可靠性分析方法的角度进行研究, 本文认为从分析变电所电气系统失效的原因入手, 并针对这些原因对其可靠性进行评估和计算, 进而提出提高变电所电气系统可靠性的方法, 可以有效的提高企业电力系统安全运营的水平。
1 可靠性概念
可靠性的概念是指:元件、设备和系统在预定时间内和规定条件下, 对相关系统的预定功能进行完成的概率。系统的可靠性一般具有实用性、科学性和时间性三大特点[2]。
1.1 实用性
所谓实用性是指任何系统都需要进行相关的可靠性分析, 因此可靠性往往与相关的工程实践紧密联系与结合, 具有非常强大的生命力。
1.2 科学性
是指可靠性分析必须依靠一整套独特的科学理论和方法, 是需要通过相关的计算进行分析和预测的。
1.3 时间性
这是指可靠性分析存在与整个系统开发运营的全过程, 在系统的各个阶段, 如设计阶段、研制阶段、制造阶段、应用阶段, 可靠性分析都将起到非常重要的作用。
2 变电所电气系统可靠性评估体系设计
目前, 对于电气系统可靠性评估国家还未出台一个统一的标准[3], 本人根据平时的工作经验及国家和所在公司对于电力系统管理的相关要求, 尝试性提出了于电气系统可靠性评估框架。
2.1 体系的组成
该体系由电气设计、安装、检查、整改等4个要素组成。
2.2 体系重要度设定依据及设定标准
体系重要度可分为四个等级:特级、一级、二级和三级, 如下[4]。
(1) 核心电气件为特级保护对象。
(2) 重要电气件为一级保护对象。
(3) 一般电气件为二级保护对象。
(4) 辅助电气件为三级保护对象。
照判分标准分别赋予不同的分值 (见表1) 。
2.3 可靠性评估体系组成检查表的编制
体系组成检查表的编制可将每个组成要素按其内容分为若干个分项内容[5], 并根据其重要度赋予不同的分值 (见表1) 。
2.4 比例系数
根据体系组成的重要度进行权衡系数赋值, 取总值为1, 以减少直接赋值带来的误差 (见表2) 。
2.5 电气系统可靠性计算方式
电气系统可靠性是指保护对象安全性的可靠程度, 其计算公式为:
式 (1) 中, S1为变电所各电气件可靠性;
Xi为变电所各电气件可靠性评价得分;
Yi为变电所各电气件可靠性理论分值。
变电所体系可靠性计算:
式 (2) 中, S2为变电所体系可靠性;
Xij为体系评价得分 (所属要素得分之和) ;
Yij为体系分值 (所属要素分值之和) ;
Kj为比例系数。
说明:评测时计为0分, 并列入统计计算。
2.6 电气系统可靠性等级的确定
(1) 电气系统可靠性等级可分为本质安全型、安全型、基本安全型、不安全型4个等级。其各自含义如下。
本质安全型是指对象的电气管理现状均符合相关使用要求, 达到了当前条件下的本质安全状态, 一般情况下不会发生失效的现象。
安全型单位是指对象的电气管理现状与相关使用要求基本相符, 但存在有少量的一般失效隐患, 发生失效的现象的风险性很小。
基本安全型是指对象的电气管理现状与相关使用要求有较多不符之处, 且存在着较多的失效隐患, 发生失效的现象的风险性较大。
不安全型是指对象的电气管理现状与相关使用要求相差甚远, 存在着重大失效隐患, 随时都有可能发生失效的现象。
(2) 根据体系的可靠性值确定电气系统的可靠性等级 (见表3) 。
(3) 编制电气系统可靠性评估体系报告书。
3 案例分析
以变电所核心部件变压器为例, 介绍本文的可靠性评估分析法在变电所电气系统可靠性评价中的应用。
3.1 确定分析的范围
变压器是一种将交流电压升高或降低, 又能保持频率不变的静止电气设备。油浸式电力变压器主要部件包括:器身 (绕组、铁芯) 、油箱 (油箱本体、油箱附体) 、调压装置 (无励磁分接开关或有载分接开关) 、冷却装置 (散热器或冷却器) 、保护装置 (储油柜、油位计、安全气道、吸湿器) 、出线装置 (高压、中压、低压套管、电缆出线盒) 。针对油浸式电力变压器的构成, 确定变压器易引起失效现象的关键部件为绕组、铁芯、油箱、分接开关、引线和接地端子等。
3.2 故障发生隐患
(1) 设计隐患。
(1) 绕组, 如绝缘击穿、断线、变形等。
(2) 铁芯, 如铁芯叠片之间绝缘不好、接地不好做芯的穿心螺栓绝缘击穿。
(3) 内部的装配器具损坏。
(4) 电压分接开关, 引接线。
(5) 绝缘油老化。
(2) 安装隐患。
(1) 油箱, 如焊接质量不好, 密封垫圈不好。
(2) 电压分接开关传动装置, 如机械操动部分, 控制设备。
(3) 冷却装置, 如风扇、输油泵、控制设备。
(4) 附件, 如绝缘套管、温度计、油位计等。
(3) 检查隐患。
(1) 长时间未对变压器进行安全型检查。
(2) 使用方法不正确。
(4) 整改隐患。
(1) 针对变压器的硬件故障未予整改。
(2) 未对操作人员进行正确的使用培训。
将以上4种失效隐患进行分析。分别对其实际得分与理论得分进行评价, 其中理论得分按一级体系表执行。具体得分如表4和表5所示。
按表2的体系组成比例系数与上表的各个隐患因素进行一一计算, 通过式 (2) 体系安全度公式, 最终得出体系安全度得分为0.4995, 即该变压器属于不安全型, 需要进行重点维护和分析。
4 结语
本文对变电所电气系统可靠性进行了分析, 并从分析变电所电气系统失效的原因入手, 最后针对这些原因对其可靠性进行评估和计算。同时, 本文设计了一套应用于变电所电气系统可靠性评估的系统, 最后以变电所核心部件变压器为例, 利用本文的可靠性评估分析法对其进行了可靠性评估, 证明了本文系统的可靠性。
摘要：变电所运行的稳定性和可靠性对我国电力系统的安全有着重要的意义。变电所内的电气系统和电气元件的可靠性和稳定性是整个变电所安全运行的关键。纵观国内外的研究文献多是从如何提高变电所电气系统的可靠性及相关可靠性分析方法的角度进行研究, 本文认为从分析变电所电气系统实效的原因入手, 并针对这些原因对其可靠性进行评估和计算, 进而提出提高变电所电气系统可靠性的方法, 可以有效的提高我国电力系统安全运营的水准。
关键词：变电所,电气系统,可靠性
参考文献
[1] 郭永基.电力系统可靠性原理和应用[M].清华大学出版社, 2010, 8.
[2] 杨莳百.发电系统可靠性分析原理和方法[M].水利电力出版社, 2009, 7.
[3] 杨莳百.电力系统可靠性分析基础及应用[M].水利电力出版社, 2008, 7.
[4] 别朝红, 王锡凡.配电系统的可靠性分析[J].中国电力, 2009, 30 (5) .
[5] 韩富春, 陈崇浩.城市配电系统可靠性评估方法研究[J].中国电力, 2010, 29 (2) .
[6] 王金芝, 符建国.配电系统结线方式的可靠性分析[J].电网技术, 2009, 19 (11) .
[7] 范奇, 毛晋.关于m/n类型电气主接线可靠性的分析[J].华北电力学院学报, 2010 (2) .