对于可靠性系统可靠性评估在电力设备维修对策中运用

论文导读：
摘要：状态维修和可靠性维修正逐步取代传统的计划维修模式，以便电力公司在保证系统可靠性的前提下提升资产利用率，为用户提供经济可靠的电能供应。目前正在试点推广的状态维修和可靠性维修只考虑设备自身，并未考虑设备维修对系统可靠性的影响。由于设备在网络拓扑中的位置对系统可靠性的影响有很大不同，在制定维修策略时，应为对系统可靠性影响大的设备提供高标准的维修，为对系统可靠性影响小的设备提供适当标准的维修，这样才能更加合理地分配维修资源。
关键词：系统可靠性；可靠性维修；电力设备
作者简介：高辉（1979-），男，山东烟台人，合肥供电公司配电工区，工程师。
刘良成（1970-），男，安徽合肥人，合肥工业大学电气与自动化工程学院，副教授。
1007-0079（2013）14-0224-02
随着电力市场竞争机制的深入发展，电力公司对资产的管理水平要求越来越高，选择合理的电力设备维修策略，可以节省大量的固定资产投入，提升电力公司的效益水平。为了满足建立资源节约型和环境友好型社会的要求，采取合理的管理措施提升设备运行可靠性，延长设备使用寿命，对电力公司更经济、更可靠地为用户提供电能有重要意义。电力设备维修的根本目的是降低系统风险，为用户提供经济可靠的电能供应。我国现行的各种维修规程、纲要均是根据传统经验长期统计、总结后得来的，重点关注设备自身的健康状况而未考虑设备维修对系统可靠性的影响。在制定维修策略时，将设备自身状态与维修对系统可靠性的影响结合起来分配维修资源才更加合理和全面。

一、电力设备维修策略的发展

从1882年第一次出现高压输电到21世纪智能电网的大力推进，电力系统经历了翻天覆地的变化。电力设备维修模式随着科技的发展进步大致经历了如下三个阶段。

1.事后维修阶段

事后维修以设备出现功能故障作为维修的判据，在20世纪50年代以前主要以这种方式为主。当时的电力网络远没有现在这么复杂，并且冗余的系统设计使得设备发生故障时的影响范围较小，电力设备的结构相对简单且容易修复，因此在这个阶段主要以故障后维修为主。早期的这种维修模式适合当时的生产力发展水平，能够满足简单电力系统的需求。当故障后果较小，维修过程简单时采用这种维修模式。

2.定期维修阶段

定期维修也称为计划维修，这种方式以时间为依据，预先设定维修的工作内容与维修的日程。自从20世纪50年代从前苏联引入以来，定期维修都是中国电力工业采用的主流维修模式。定期维修基于设备故障率与运行时间成正比的原则根据时间安排维修，可以克服事后维修给系统带来的风险，周期性地恢复电力设备的状态，减少电力设备发生故障的次数。定期维修不管设备自身的健康状况，单纯根据时间来统一安排维修工作的内容和周期，有可能对运行环境恶劣状态差的设备“维修不足”，也有可能对运行环境好状态优良的设备“过度维修”，从而对系统造成不必要的风险和浪费维修资源。

3.状态维修和可靠性维修阶段

20世纪80年代之后，随着电力网络的复杂程度越来越高，为了克服定期维修僵硬的维修制度带来的资源浪费和系统风险，分别出现了状态维修和可靠性维修两种模式。状态维修通过人员巡视、在线监测、故障诊断等手段来评估电力设备的健康状况，根据设备状态的受损程度，依照轻重缓急有计划地安排维修活动。状态维修必须依赖准确的监测诊断方法，并且监测费用不能太高。以可靠性为中心的维修（RCM，Reliability-Centered Maintenance）以功能故障模式分析为基础来制定维修计划和决定维修内容，较好地避免了维修不足和过度维修的问题。这两种维修策略存在的较大缺点就是：都基于设备自身，而忽略设备失效对系统可靠性的影响。

二、电力设备维修对系统可靠性的影响

1.SAE标准可靠性维修

传统的电力设备维修模式仅根据设备的运行时间（定期维修）或者设备自身的状态（状态维修）或者对设备进行功能故障模式分析（以可靠性为中心的维修）来安排维修计划。SAE标准RCM的核心内容是设备的功能故障模式分析，这种分析方式对于独立运行的设备具备明确的物理意义。由于电力设备结构复类繁多，故障模式行为也非常复杂，必须对设备内部构造细节和实际运行情况深刻理解才能准确地分析设备的故障模式，这要求故障模式分析工程师有深厚的理论背景和丰富的现场工作经验。另外，对故障模式按等级进行分类的论文导读：层面对电力设备的维修水平进行优化，让那些对系统可靠性影响大的设备得到高标准的维修，让那些对系统可靠性影响小的设备尽量延长维修周期，这样才能够以较少的费用得到较大程度的可靠性提升。研究生论文www.7ctime.com
原则是：在这一级别上分析故障模式时，可以定义和选择正确的维修方式。[3]这要求分析者必须熟悉各种维修方式，具备在故障模式分析时权衡各种维修技术的能力。可见实施SAE标准RCM对工程技术人员的要求非常高，必须同时具备设备内部构造原理、实际运行情况、发生故障的模式、发生故障的影响、具体维修手段等相关知识和经验才能完成RCM的分析过程。[4]目前SAE标准RCM在电力系统中主要应用于电力设备自身维修模式的分析。例如将变压器分为绕组、器身、套管、绝缘部分、冷却装置等几个子单元，分别分析其故障模式及影响，然后决策出具体的维修策略，并未考虑设备维修对电力系统可靠性的影响。

2.维修策略对系统可靠性的影响分析

电网中电力设备的重要性及其维修策略不应主要取决于其自身状况，而是取决于它对系统可靠性的影响。电力系统是包括发电、输电、变电、配电的复杂网络，若将电网看成整体，很难用SAE标准RCM中的功能故障模式分析方法来分析电力设备故障对电网的影响。对于同等电压等级同等类别的电力设备，由于在电网中的位置不同，其对系统可靠性的影响也会有很大不同。如果采用相同的维修标准，对系统可靠性影响大的设备有可能维修不足而对系统造成额外的风险，对系统可靠性影响小的设备则有可能过度维修而造成不必要的浪费。因此，应该从系统层面对电力设备的维修水平进行优化，让那些对系统可靠性影响大的设备得到高标准的维修，让那些对系统可靠性影响小的设备尽量延长维修周期，这样才能够以较少的费用得到较大程度的可靠性提升。研究生论文www.7ctime.com

三、基于系统可靠性评估的电力设备维修策略

进入21世纪以来，电力系统正在发生深刻的变革，尤其是智能电网高级资产管理体系的提出，依托智能电网统一数据共享平台，丰富的数据信息使得电力系统维修策略得以进一步优化。[5]文献基于电力系统可靠性评估方法提出了以可靠性为中心的维修（RCM），这种方法从系统层面考虑电力设备的维修水平，虽然仍然使用RCM这个名词，其内容与通用的SAE标准RCM有很大不同，为区别起见，称之为“系统层RCM”。系统层RCM评估设备对电网影响的原则是：电力设备的价值取决于当其从系统失去时所带来的损失。根据这一原则，电力系统中投资金额高的设备并不一定比投资金额低的设备对系统可靠性有更高的价值。应该以所有可能的系统状态概率与后果相结合而形成的风险指标来量化设备在电网中的重要程度。这种方法可以整合传统维修模式中的内容，把维修活动从单台设备层面推广到系统层面，直接以系统风险作为衡量维修活动的指标，可以更好地分配维修资源。[6，7]

1.电力设备在系统中的重要性排序

电力设备重要度排序是系统层RCM中的重要内容，可以据此来安排电力设备不同层次的维修水平，使得对系统影响大的设备进行重点维修，对系统影响小的设备进行适当维修，从而优化维修资源。系统层RCM方法中典型的电力设备重要度排序的主要步骤如下：
（1）建立系统可靠性评估模型。
（2）评估原基本系统的风险，此时系统中所有设备都处于运行状态，但可能随机失效。
（3）评估一台设备退出运行时的系统风险，此时系统中的其他设备仍处于运行状态，但可能随机失效。
（4）对需要排序的设备逐一重复步骤3。
（5）计算原基本系统和一台设备退出运行时的系统风险的指标差值。
（6）根据各电力设备对系统风险的影响建立重要度排序表。

2.最低风险维修日程规划

电力系统是高度非线性的时变系统，持续变化的负荷、不同季节的发电方式、水库蓄水状态和线路额定容量等因素的影响，使得同一设备在不同时间维修停运，对系统风险造成的影响有很大不同。为待修设备规划合理的维修日程，能够降低维修期间的系统风险，典型的基于系统可靠性评估的维修日程规划有以下三步：
（1）建立维修设备所属系统的可靠性评估模型，这个模型必须能够模拟与时间相关的因素。
（2）针对可进行维修停运的所有可能的时段，逐一改变维修日程，分别进行系统可靠性评估。
（3）比较结果，确定最小风论文导读：中国电机工程学报，2009，（34）.张大波.基于状态监测与系统风险评估的电力设备维修及更新策略研究.重庆：重庆大学，2012.张大波，李文沅，熊小伏.基于状态监测的多目标双层优化待修架空线选择模型.电力系统自动化，2013，（2）.
险的维修日程计划。
除此之外，系统层RCM方法中还包括“设备维修方案比较”、“预防性维修与失效后维修决策”等模型，都是基于定量评估设备维修对系统可靠性的影响来构建。系统层RCM认为电力设备的价值取决于当系统失去该设备时所造成的风险增加，在为设备制定维修策略时，除了考虑设备自身的健康状态，主要关注维修活动对系统可靠性的影响。所以其与传统的重点关注设备自身的维修模式并不冲突，反而是一种有益的补充，从更高的层面上优化电力公司的维修资源，提高电力系统的可靠性水平。
四、结束语
在电力系统发生深刻变革的背景下，传统的维修模式已经不能满足资源优化配置的要求，为了降低电网风险提升电力公司的竞争力，研究全面优化的维修策略和设备更新策略具有重要意义。传统的维修模式从设备层面制定维修策略，而电力设备的功能主要体现在电网中，电力设备维修策略不但应该考虑设备自身健康状况还应考虑设备对系统可靠性的影响。系统层RCM能够在整合传统的维修模式的同时考虑系统可靠性的影响，把维修活动从单台设备层面推广到系统层面，直接以系统风险作为衡量维修活动的指标，可以更好地配置维修资源，保障电网的安全可靠运行。
参考文献：
李文沅.电力系统风险评估模型、方法和应用[M].北京：科学出版社，2006.
束洪春.电力系统以可靠性为中心的维修[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3]邱仕义.电力设备可靠性维修[M].北京：中国电力出版社，2004.
[4]Moubray John.以可靠性为中心的维修[M].北京：机械工业出版社，1995.
[5]余贻鑫，栾文鹏.智能电网述评[J].中国电机工程学报，2009，（34）.
[6]张大波.基于状态监测与系统风险评估的电力设备维修及更新策略研究[D].重庆：重庆大学，2012.
[7]张大波，李文沅，熊小伏.基于状态监测的多目标双层优化待修架空线选择模型[J].电力系统自动化，2013，（2）.摘自：论文查重www.7ctime.com