[发明专利]一种应用于智能变电站继电保护设备的风险评估方法

权利要求书

1.一种应用于智能变电站继电保护设备的风险评估方法，其特征在于，1)以现有的运 行巡视、定期停役检修或带电检测、在线监测技术手段获取继电保护设备的状态信息，对设 备的运行性能进行评定，通过状态评分，得到相关的设备在相应的评估时间区段内量化的 状态；

2)根据设备历史故障案例，评估如果按照现有的设备状态、会再度发生相关故障的可 能性，以及故障发生后，相关的损失程度；

3)通过包括设备台账、电网结构、供电用户信息以及重要性程度的相关设备信息，判断 设备资产的情况以及其地位的重要性程度；

4)基于以上继电保护设备信息，对设备的状态量整合后进行风险评估，依据设备风险 程度进行继电保护状态检修决策。

2.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护设备的风险评估方法，其特征在于，1)首 先根据继电保护设备状态评分结果进行设备平均故障率的计算：设备平均故障率的衡量指 标主要考虑在设备投运较长时间之后设备的故障率情况；故障概率随时间的变化情况是随 时间增加而逐渐递增，可靠率随时间逐渐递减；

设备故障率的计算模型，利用下式进行计算：

Pi=k×e-c×ISEi]]>

其中：k为比例系数；

c为曲率系数；

ISE为设备状态评分；

i表示设备状态，1为正常状态，2为注意状态，3为异常状态；

比例系数k和曲率系数c通过如下方式得到，首先通过公式：

得到设备的年故障率，同时设备的年故障率又符合公式：

联列这两个方程，解得k，c；

设备状态量评分标准如下：

继电保护设备状态量分为两个部分：一是继电保护装置本体，二是与该继电保护装置 相连接的二次回路；

2)其次衡量资产损失程度指标；继电保护设备资产损失程度，按照设备自身属性主要 从以下这几个方面进行评估其损失程度：设备损耗、环境影响程度、安全危害程度；其中对 安全的危害程度又可分为：人身安全危害和电网安全危害这两个要素来衡量；每一个相关 的要素的损失程度，由要素损失数值和要素损失发生的概率来确定；

(1)要素损失数值：

设备损耗：

按照检测型状态量之间的联系，作如下的分类：

受运行环境影响的状态量：

对于继电保护装置本身而言：运行环境，绝缘状况；这两个状态量直接受到环境温度和 湿度变化的影响；

对于二次回路而言：二次回路电缆的运行环境；电缆的绝缘状况；抗干扰措施；端子排、 端子箱、电缆构架的锈蚀情况；这些很大程度上，都会随着所处环境的变化而变化，如果环 境情况变得恶劣，那么这些状态量的情况，也会随之变得恶化；

受老化影响的状态量：

对于继电保护装置本身而言：绝缘状况，数据采样，通道运行情况，通讯状况；

对于二次回路而言：二次回路运行温度，其自身的发热情况，二次回路的绝缘状况，孔 洞的封堵状况；这些状态量，随着设备运行时间的增长，相关的机构逐渐老化，进而这些状 态量的情况也随之变差；

基于这些状态量的线性量化评判数值，运用归一化的算法，将它们统一起来；计算公式 为：

F1i′=ΣF1i,Max-F1iF1i,Max-F1i,Min]]>

其中，F′_1i：设备损耗归一化后的损耗值；

i：1表示受环境影响的量，2表示受老化影响的量；

F_1i：设备损耗的各个状态量；

F_1i,Min：设备损耗的各个状态量的最小值；

F_1i,Max：设备损耗的各个状态量的最大值；

环境影响程度：

对于环境的影响程度，分为：轻度污染，中度污染和严重污染；一些较严重的大规模事 故：设备炸裂，变压器喷油、燃烧都会对环境造成严重的污染；

安全危害程度：

对电网安全的危害程度可以分为一般设备损坏事故，重大设备损坏事故和特大设备损 坏事故；

特大设备损坏事故：包括电力设备损坏，直接经济损失达1000万元；电力设备引起火 灾，直接经济损失达到100万元；其他经国家电网公司认定的特大设备损坏事故；

重大设备损坏事故包括电力设备损坏，直接经济损失达500万元；220kV及以上主变压 器、母线、输电线路(电缆)、电抗器、组合电器(GIS)、断路器损坏，30天内不能修复或修复后 不能达到原铭牌出力；或虽然在30天内恢复运行，但自事故发生日起3个月内该设备非计划 停运累计时间达30天；电力设备引起火灾，直接经济损失达到30万元；其他经国家电网公司 或区域电网公司、省电力公司、国家电网公司直属公司认定的重大设备损坏事故；

一般设备损坏事故包括66kV及以上输变电设备、包括直配线、母线的异常运行或被迫 停止运行后引起了对用户少送电；66kV及以上输变电主设备被迫停运，虽未引起对用户少 送电或电网限电，但时间超过24h；66kV及以上输变电主设备非计划检修、计划检修延期或 停止备用；虽提前6h提出申请并得到调度批准，但发电机组停用时间超过168h或输变电设 备停用时间超过72h；没有按调度规定的时间恢复送电或备用；66kV及以上输变电设备因误 操作、误动以及监控过失使主设备异常运行或被迫停运；设备损坏，化学用品及燃油、润滑 油、绝缘油泄漏，经济损失达到10万元及以上；电力设备引起火灾，经济损失达到1万元；其 他经区域电网公司、省电力公司、国家电网公司直属公司或本单位认定的一般设备损坏事 故；

对人身安全的危害程度将人身安全事故分为：特大人身事故，重大人身事故，一般人身 事故；

特大人身事故包括一次事故死亡10人及以上；停电一个月以上；重大人身事故包括一 次事故死亡3人及以上，或一次事故死亡和重伤10人及以上，未构成特大人身事故；一般人 身事故包括未构成特、重大人身事故的轻伤、重伤及死亡事故；图5为安全要素损失等级和 其对应的取值范围；

(2)要素损失概率：

在不同安全要素上，设备引起的故障损失概率也各不相同，通过对历史数据分析，进行 统计，得出相关设备在相似运行情况下，可能发生相关要素损失的概率；通过划定一个统计 的范围，确定相应的统计时间、设备类型，然后收集相关设备的故障信息，分析统计样本，按 照环境和安全要素，从而确定每一个样本的损失等级；

要素损失概率按照按公式进行计算；

式中，j表示损失要素：1为设备缺陷，2为环境，3为人身安全，4为电网安全；

k表示损失的等级；

n表示故障发生的总次数；

n_jk表示某一等级下要素发生故障的次数；

POF表示某一等级下的要素损失概率；

(3)要素损失程度的评价：

分别通过之前的方式获得了设备损耗、环境影响和安全危害情况的损失值和损失概率 之后，通过下式计算得到对应的要素损失程度；

Fj=Σk=13IOFjk×POFjk]]>

其中，j表示损失要素：1为设备损耗，2为环境，3为人身安全，4为电网安全；

k表示损失的等级；

IOF_jk表示某一等级下要素损失值；

POF_jk表示某一等级下要素损失概率；

F_j表示某一要素损失程度；

在得到各要素损失程度后，通过加权的方法汇总得到资产损失程度的量化情况，按下 式进行计算；

F=Σi=14wFi×Fi]]>

其中，i表示损失要素：1为设备损耗，2为环境，3为人身安全，4为电网安全；

F_j表示某一要素损失程度；

表示某一要素损失的权重；

F表示资产损失程度；

3)然后考虑资产状况的衡量指标；一套完整的继电保护设备其所包含的设备资产，即 其本身的价值主要可以从以下几个方面来衡量：设备所属一次设备运行的电压等级A₁，用 户等级A₂，以及设备所属变电站的重要性A₃；通过对这些衡量要素进行程度分级，取值范围 为0～10；随着电网的发展，如果设备有所变更或新增，相应的参数也会随之变化；

(1)电压等级

根据设备的电压等级划分，直接反映设备固有成本以及损坏后的维修或更换成本；输 变电设备的电压等级主要包括500kV，220kV，110kV以及35kV这几个电压等级，电压等级越 高，设备的重要性也越高，如果设备发生故障，其可能产生的影响也越大；针对这些电压等 级，进行量化得到参数A₁的取值情况；

(2)用户等级

用户等级根据设备所在变电所所供负荷对国民经济和社会发展的重要程度划分为三 级；其对应的量化参数A₂取值情况；

一级用户：

中断供电时将造成人身伤亡；

中断供电时将在经济上造成重大损失；例如：重大设备损坏、重大产品报废；用重要原 料生产的产品大量报废；国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱，需要长时间才能恢 复；

中断供电时将影响到有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作；例如：重要交通枢 纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场 所等用电单位中的重要负荷；

二级用户:中断供电时将在经济上造成较大损失；包括主要设备损坏、大量产品报废； 连续生产过程被打乱，需较长时间才能恢复；重点企业大量减产；中断供电将影响重要单位 的正常工作；

三级用户：不属于一级和二级的用户；

(3)设备所属变电站的重要性

设备所属的变电站的重要性，是衡量继电保护设备重要性的一个重要指标；为了保障 电网设备运行的安全稳定，制定了“N-1”的故障安全准则，按照这一准则，电力系统的N个元 件中的任意一个独立元件，包括发电机、输电线路、变压器发生故障而被切除后，应不造成 因其他线路过负荷跳闸而导致用户停电；不破坏系统的稳定性，不出现电压崩溃等事故；当 这一准则不能满足时，则要考虑是否需要增加发电机或输电线路等措施来进行弥补；因此， 是否满足“N-1”原则，成了衡量安全性的一个重要指标；此外，所属变电站是一般变电站，或 是地区重要变电站，甚至是系统枢纽变电站，其类别不同，对于该变电站相关继电保护设备 的要求也有较大差异；

(4)资产状况指标的评价

在得到了待评价的继电保护设备的电压等级A₁，用户等级A₂，以及其所属变电站的重要 性A₃的量化结果之后；因为这三个指标不是完全对等的，其对最终资产这个要素的影响程 度也各不相同，这里采取加权的方法；通过如下公式得出最终资产这个要素的量化数值；

A=Σi=13ωAi·Ai]]>

其中：i＝1～3分别代表：1：电压等级；2：用户等级；3：变电站的重要性；

表示资产三个指标各自的权重因子，表4罗列了相关的权重参数；

A：资产；

A_i：资产的三个指标；

4)最后进行继电保护设备的风险值计算；

根据前面得到相关设备的资产情况A(t)，资产损失程度F(t)，设备平均故障率P(t)，可 以计算得到该设备最终的风险值R(t)，按照如下公式进行计算：

Ri(t)=A1A2A3wA1wA2wA3·F1F2F3F4F5wF1wF2wF3wF4wF5·Pi]]>

R(t)=R1R2wR1wR2]]>

其中，i＝1～2，1为继电保护装置，2为该设备相关二次回路；

R_i(t)为某一设备的风险值；

为该设备的风险值权重；

R(t)为该回路继电保护设备的风险值。

3.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护设备的风险评估方法，其特征在于，利用 风险评估的方法来对继电保护设备状态量进行相应的整合，分析出状态量与状态量之间变 化的内在联系，综合考虑资产、资产损失程度及设备发生故障的概率三者的作用，确定设备 所面临的、以及有可能产生的风险，为状态检修决策提供依据。