變電站運行狀態(tài)評估模型的設(shè)計與實現(xiàn)

引言

在電力生產(chǎn)中,調(diào)控部門依靠在線監(jiān)測系統(tǒng)（sCADA）實現(xiàn)對變電站運行工況的監(jiān)測和控制,同時檢修部門依賴生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMs）對變電站設(shè)備進行維護管理,兩個部門共同協(xié)作,為變電站的安全、穩(wěn)定運行保駕護航。目前變電站的維保工作主要有兩種方式:一是對變電站進行設(shè)備巡檢或更換:二是發(fā)生故障后通知檢修人員進行設(shè)備維修。這兩種運維方式都不利于電力的安全與穩(wěn)定生產(chǎn),能否在設(shè)備發(fā)生故障前發(fā)現(xiàn)問題所在,為檢修部門爭取先機,縮小巡檢范圍或提前維護問題設(shè)備,是當前電力行業(yè)需要解決的難題之一。在這種情況下,供電公司調(diào)控中心提出,通過對變電站的運行工況數(shù)據(jù)、告警信息及變電站設(shè)備參數(shù)信息深度融合,借助大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)構(gòu)建變電站監(jiān)控數(shù)據(jù)分析平臺,結(jié)合運行工況和歷史數(shù)據(jù)兩方面對變電站間隔運行狀況進行共性分類、統(tǒng)計分析,對變電設(shè)備運行狀態(tài)進行量化分析、評分定級,預(yù)先發(fā)現(xiàn)變電站運行中存在的問題,為設(shè)備檢修策略的制定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1變電站安全運行評價模型

本文將變電站的綜合評價體系結(jié)構(gòu)主要分為3層:變電站層(目標層）、準則層和指標層。

評分思路:根據(jù)指標層中各項指標所占權(quán)重計算出相應(yīng)準則層（設(shè)備項、停電計劃與檢修申請項、異常項）各項的綜合得分,結(jié)合準則層各項得分及其對應(yīng)的權(quán)重,給出目標層（變電站）的綜合評分。

掌握變電站內(nèi)各設(shè)備及其性能指標的重要程度,對于變電站綜合評分的合理性和準確性尤為關(guān)鍵。為此,由電力工程師組成的專家組將根據(jù)自身的學(xué)術(shù)水平、運行維護經(jīng)驗以及系統(tǒng)運行的實際需求,對比設(shè)備之間、性能指標之間的重要性,確定各設(shè)備和各性能指標的等級。本文將設(shè)備及其性能指標均劃分為9個等級,分別用數(shù)字1～9來表示（最低等級是1,最高等級是9,級別越高表示越重要）。

2準則層評分準則

2.1設(shè)備項評分

在設(shè)備項中,設(shè)備健康狀況評價以其相應(yīng)的遙測信號和遙信信號性能指標為基礎(chǔ),其中遙信信號類數(shù)據(jù)包括事故、變位、異常、越線和告知5個等級:遙測信號類數(shù)據(jù)包括過載、重載、正常負荷和輕載4個等級,且警報程度均逐層遞減。本文默認各設(shè)備均為100分,當遙信信號類數(shù)據(jù)出現(xiàn)上述5個等級時對應(yīng)扣除100、80、60、40、20:當遙測信號類數(shù)據(jù)出現(xiàn)上述4個等級時,對應(yīng)扣除100、50、0、0。

由于設(shè)備在出廠時本身的某些性能就存在一定的設(shè)計缺陷,從而導(dǎo)致設(shè)備在變電站中的運行狀態(tài)不理想,且設(shè)備的運行狀態(tài)也與設(shè)備的投運時長相關(guān)。由此可知,在評價變電站的健康運行體系中需綜合考慮各方面因素。因此,在同樣出現(xiàn)事故的設(shè)備中,若其中一臺設(shè)備投運時間很長而另一臺設(shè)備投運時間較短,則兩臺設(shè)備扣分程度不應(yīng)相同,需酌情考慮。引入?yún)?shù)8,具體的8取值由行業(yè)專家依據(jù)設(shè)備的具體投運時長與設(shè)備的家族缺陷史來給定,在此將設(shè)備的家族缺陷分5個等級,級別越高代表設(shè)備缺陷越大,每個等級對應(yīng)8評分。

綜上考慮,該類設(shè)備的評分計算式為:

式中,sm表示設(shè)備m的綜合得分:xm,i表示設(shè)備m的第i個指標信號的打分情況（0～100）:8m表示設(shè)備m的家族缺陷所對應(yīng)的等級評分:wm,i表示設(shè)備m的第i個指標信號的歸一化權(quán)重,采用層次分析法確定各權(quán)重。

2.2設(shè)備項綜合評分

由（1）式可得各設(shè)備評分,可直接給出設(shè)備項評分計算式:

式中,ss為設(shè)備項的綜合得分:wi為設(shè)備i的歸一化權(quán)重,利用層次分析法得出:si為第i個設(shè)備的得分:m為設(shè)備的個數(shù)。

2.3停電計劃與檢修申請項評分

由于變電站運行健康狀態(tài)的評價也與停電計劃與檢修申請相關(guān),因此,本文統(tǒng)計一個時間周期7內(nèi)的停電數(shù)l1與檢修數(shù)j1,給出如下計算式:

式中,st代表停電計劃與檢修申請的綜合得分:wl1,wj1分別代表停電計劃與檢修申請的歸一化權(quán)重:xl1,xj1分別為一個時間周期7內(nèi)的停電數(shù)與檢修數(shù)。

2.4異常項評分

變電站中可能會出現(xiàn)跳閘和接地等異常情況,同樣統(tǒng)計在一個時間周期7內(nèi)的跳閘數(shù)l2與接地數(shù)j2,并給出如下計算式:

式中,s+為異常項的綜合評分:wl2,wj2分別為跳閘與接地的歸一化權(quán)重:xl2,xj2分別為一個時間周期7內(nèi)的跳閘數(shù)與檢修數(shù)。

2.5變電站評分

由式（2）e式（4）可知,變電站的綜合評分式為:

式中,Ws,Wt,We分別代表設(shè)備項、停電計劃與檢修申請項和異常項的歸一化權(quán)重:ss,st,se分別代表設(shè)備項、停電計劃與檢修申請項和異常項的綜合得分。

在準則層和變電站層(目標層）均按百分制評分。根據(jù)變電站綜合評分結(jié)果,將其分為4個等級進行警示:若得分低于60分,提示"嚴重":在60～80分(不含80分）,提示"異常":在80～90分(不含90分）,提示"注意":在90～100分,提示"正常"。

3層次分析法確定權(quán)重值

雖然各指標因素之間的關(guān)系在層次結(jié)構(gòu)模型中得到了具體體現(xiàn),但是同一層次中各指標因素在衡量最終的智能變電站成熟度時所占的比重并不是平均分配,以M表示目標,mi,j(i,j=1,2,…,n）表示因素。ai,j表示mi對mj的相對重要程度ai,j的取值參考。根據(jù)評審專家打分得出判斷矩陣A:

(1）權(quán)重值計算:根據(jù)判斷矩陣A可求其最大特征值A(chǔ)max及特征向量w:

將w歸一化后,所得即為同一層次中各因素相對重要性的排序權(quán)重值。

(2）一致性檢驗:矩陣A中的元素滿足下列條件才有意義:

如果不滿足上述關(guān)系,則說明矩陣A不滿足一致性。判斷矩陣A只有滿足一致性才說明所求得的權(quán)重分配是合理的,是具有實用意義的,才可以進行下一步評價。

一致性檢驗主要分3步完成:

第一步:計算一致性指標CI(ConsistencyIndex）:

式中,n是判斷矩陣A的階數(shù)。

第二步:查找相應(yīng)的平均隨機一致性指標RI(RandomIndex）,RI與矩陣階數(shù)n的取值有關(guān)。

第三步:計算一致性比例CR(ConsistencyRatio）:

只有判斷矩陣A的一致性比例滿足CR<0.1或者Amax=n,即CI=0時,則證明判斷矩陣A的一致性是具有實用意義的,否則必須對A中的元素進行修正,以滿足一致性要求。

4變電站健康運行綜合評價體系的應(yīng)用效果

在電力系統(tǒng)中,變電站關(guān)聯(lián)大量的一次設(shè)備和二次設(shè)備,這些設(shè)備的運行狀態(tài)很大程度上體現(xiàn)了該變電站的運行健康狀態(tài),乃至決定整個電網(wǎng)的運行狀態(tài)。而在變電站運行狀態(tài)評估模型中,當某設(shè)備的評分低于初始設(shè)定閾值時就會發(fā)出警告,設(shè)備維護相關(guān)人員能在變電站出現(xiàn)問題前就及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的問題設(shè)備,保證變電站的平穩(wěn)安全運行,全面提升了調(diào)控業(yè)務(wù)的安全風(fēng)險辨識、防范和控制水平。因此,該模型系統(tǒng)的提出對整個電網(wǎng)的安全健康運行起到了很好的保障作用,具有一定的實用性。