輸變電設施可靠性評估

輸變電設施可靠性評價體系和數據統計是輸電系統可靠性研究的基礎，不同國家的評價體系及統計方法存在一定的差異。美國對電力系統可靠性研究開展較早，在1968年成立了電力可靠性協會，1981年隨著加拿大和墨西哥2個可靠性委員會的加入，成立了北美電力可靠性委員會，極大地推動了世界電力可靠性管理的發展。中國對可靠性管理工作開展得比較晚，1983年才成立電力系統可靠性管理委員會。因此，有必要對中美兩國輸變電設施可靠性評價體系和數據進行對比研究，有助於借鑑國外經驗以提高我國輸變電設施可靠性管理水平。

基本介紹

• 中文名：輸變電設施可靠性評估
• 外文名：Reliability assessment of transmission and transmission facilities
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 範圍：輸電系統
• 作用：提高輸變電設施可靠性管理水平

簡介

自20世紀以來，世界範圍內發生了許多大停電事故，這對輸電系統可靠性提出了嚴峻的要求。輸變電設施可靠性評價體系和數據統計是輸電系統可靠性研究的基礎，不同國家的評價體系及統計方法存在一定的差異。美國對電力系統可靠性研究開展較早，在1968年成立了電力可靠性協會，1981年隨著加拿大和墨西哥2個可靠性委員會的加入，成立了北美電力可靠性委員會，極大地推動了世界電力可靠性管理的發展。中國對可靠性管理工作開展得比較晚，1983年才成立電力系統可靠性管理委員會。因此，有必要對中美兩國輸變電設施可靠性評價體系和數據進行對比研究，有助於借鑑國外經驗以提高我國輸變電設施可靠性管理水平。

大多數研究僅從一國的可靠性評價體系和可靠性數據進行分析，缺乏將國內外可靠性評價體系和可靠性數據相結合進行綜合比較分析。從可靠性評價指標、統計口徑和評價方法3方面分析中美輸變電設施可靠性評價系統的差異，通過對兩國2009年輸變電設施（輸電線路和變壓器）在停運率、故障平均持續時間和不可用率等方面的可靠性數據對比研究，分析數據差異及其存在原因，在此基礎上給出提高中國輸變電設施可靠性的建議。

NERC輸電系統可靠性評價體系

NERC涵蓋了美國10個區域電力可靠性委員會以及加拿大、墨西哥2個可靠性委員會。2006年10月24日，NERC成立了輸電可靠性數據系統工作小組，旨在定義統一的輸電可靠性數據報告方案及衡量輸電可靠性的效果。

NERC主要對電壓等級不小於200kV的4類輸電元件數據進行收集和評價，即200kV及以上電壓等級的交流線路（架空或電纜線路），低壓側200kV以上電壓等級的變壓器，兩端交流側在200kV及以上的交、直流系統，±200kV及以上電壓等級的直流線路。

NERC規定瞬時停運為不到1min的故障停運；計畫性停運指以維護、基建、檢修、測試或第三方行為造成的預先通知的停電，在執行開關動作過程中引起的少於30min的設備停電不記錄為計畫性停運；運行性停運指為避免緊急事件或為保障系統在運行限制範圍內而進行的輸變電設施停運。NERC除對每台設備進行統計外，還按迴路方式進行統計，具體的可靠性評價指標見文獻。

中國輸電系統可靠性評價體系

中國輸電系統的可靠性評價體系專注於設備管理，主要是根據DL/T837—2003《輸變電設施可靠性評價規程》對220kV以上電壓等級的13種輸變電設施進行統計分析。直流系統設備另有一套可靠性評價指標，即DL/T989—2005《直流輸電系統可靠性統計評價規程》。將這13種輸變電設施分為4類，第1類包括變壓器、電抗器、電壓互感器、電流互感器、隔離開關、耦合電容器、阻波器、避雷器和母線，第2類包括斷路器，第3類包括架空線路和電纜線路，第4類包括氣體絕緣金屬封閉開關設備。評價指標分為3類：單台（段）指標、同一電壓等級同類設備多台（段）綜合指標、不同電壓等級多台（段）同類設備綜合指標。

中國不可用狀態分類細緻，規定輸變電設施立即從可用狀態到不可用狀態為第1類非計畫停運，不立即停運但不能延遲至24h後停運為第2類非計畫停運，能延遲至24h後停運為第3類非計畫停運，超過調度最初批准停運時間的停運為第4類非計畫停運，其中第1類和第2類非計畫停運為強迫停運。

可靠性指標、統計口徑及其評價方法對比

中美國情不同，因此兩國輸電系統可靠性評價體系有所不同，主要體現在指標體系、統計口徑和評價方法3方面。

（1）指標體系

美國的統計指標區別對待瞬時停電和持續停電，中國在統計輸變電設施可靠性時不加以區別；中國對直流系統設備有另外一套可靠性評價指標，而美國對交、直流系統設備使用同一套可靠性評價指標。

（2）統計口徑

中國只採用對每台設備可靠性數據進行統計的方式，美國除此外還採用按迴路統計的方式；中國對於設備停運的類型分得比較細緻，分為計畫停運和非計畫停運，其中非計畫停運又分出4類，這容易得出各類停運對輸變電設備的影響；而美國僅僅將停運分為兩大類———自動停運和非自動停運，便於統一區分停運類型的標準，能夠更好地對不同的輸電網情況進行比較。

（3）評價方法

中國現行的輸電可靠性評價方法與美國有較大的差異，例如在影響輸變電設施可靠性指標計算的輸變電設施狀態（可用和不可用）劃分上。在美國，無論是自身原因還是由於其他設施的影響，只要造成設施停運的，都應當計為不可用狀態；中國則將受其他設施影響而受累停運的劃分為受累備用，仍為可用狀態。上述差異的實質在於是從系統還是從設備的角度對可靠性進行評價。

可靠性數據對比

以中美輸電線路和變壓器為例進行對比分析，其他輸變電設施的對比分析類似這兩類輸變電設施。

（1）可靠性差異

NERC給出了2009年美國8個區域可靠性委員會輸電線路（包括架空線和地下電纜）和變壓器自動停運數據。對於變壓器，中國的統計單位為100台·a，美國則為台·a。對於輸電線路，中國的長度統計單位是km，故障平均持續時間的統計單位為h/（100km·a）；美國的長度統計單位為mile，平均持續時間為h/次。因中美統計單位不一致，需轉換成統一單位，統一使用100km·a、台·a和h/次等統計單位。

在統計可靠性數據時，中美電壓等級、統計輸變電設施的覆蓋範圍有所不同，美國將電壓等級分為200～299kV、300～399kV、400～599kV 和600～799kV，中國則將之分為220kV、330　kV、500kV和750kV（在750kV上沒有進行數據統計）；美國不僅給出了持續自動停運數據，也給出了瞬時自動停運數據，更加精確地描述輸變電設施的可靠性，而中國只給出強迫停運數據，沒有區分持續和瞬時數據。

因中國只對強迫停運數據進行統計，而美國將瞬時自動停運數據和持續自動停運數據分開統計，因此本文僅將中美持續自動停運數據進行對比分析，並列出美國瞬時自動停運數據供參考。

（2）可靠性數據差異原因分析造成上述數據差異的原因如下：

a）“十一五”規劃期間，中國220kV及以上電壓等級的輸電線路總長度達到430000km，變電容量1.96GVA，分別是“十五”規劃期末的1.7倍和2.4倍，電網規模躍居世界第一；美國輸電網的投資從1975年開始經歷了一個長達25年的投資下降過程，2000年後輸電網投資開始增加，但增幅較小，由此可知，中國的輸變電設施投運時間較美國短，美國輸變電設施的老化程度比中國嚴重，故在輸變電設施停運率上美國比中國高。

b）在計算停運率時，只涉及輸變電設施的停運次數和統計數量。中國將由其他設施引起的受累停運劃分為受累備用，仍為可用狀態，不計入停運次數，美國則包含在內，故美國的停運次數比中國多，而且中國輸變電設施的統計數量比美國多。如中國220kV輸電線路停用次數僅為563次，統計線路長度為227879km，美國200～299kV輸電線路的停用次數和統計線路長度則為1385次和165693km，所以美國停運率比中國高。

c）在計算不可用率時，只涉及輸變電設施的停運時間和統計數量。中國統計停運時間與美國有所差異，中國的停運時間包括非計畫停運時間和計畫停運時間，其中計畫停運時間所占比例較大，一般為非計畫停運時間的10倍以上（如2009年輸電線路的計畫停運時間為82173h，非計畫停運時間為3076h），而中國計算不可用率只計及非計畫停運時間，美國只計及自動停運時間，而且中國設備統計數量比美國多。如中國220kV輸電線路停運時間為3076h，統計線路長度為227879km，美國200～299kV輸電線路停運時間和統計線路長度分別為28763h和165693km，故中國的不可用率較美國低。

d）在計算平均持續時間時，中國只計及非計畫停運次數和非計畫停運時間。雖然中國非計畫停運次數比美國少，但非計畫停運時間比美國少很多。如中國220kV輸電線路的非計畫停運時間僅為3076h，美國200～299kV輸電線路的自動停運時間則為28763h，故中國的故障平均持續時間比美國的短。

e）在NERC輸電系統可靠性評價體系中，輸電線路包括架空線路和電纜，而中國只包含架空線路，這也導致中美在統計數據上的差異，影響可靠性指標的計算。

建議

根據以上分析，可從以下幾個方面提高中國輸變電設施的可靠性：

a）輸變電設施投運時間長會導致故障率上升，對設施進行合理的定期維護有助於延長設施的壽命。

b）中國將由其他設施引起的受累停運劃分為受累備用，仍為可用狀態，不計入停運次數，美國則包含在內。中國在評價輸變電設施可靠性時，可將這部分包含在內，這更能反映真實的可靠性水平。

c）中國輸變電設施計畫停運次數較多，計畫停運時間較長，因此，對輸變電設施計畫停運部分進行最佳化管理可以提高中國輸變電設施的可靠性。

總結

通過比較中國和NERC輸電系統可靠性評價體系，結合中國和NERC（美國8個可靠性區域）輸變電設施具體指標數據，得出二者之間的差異及其原因。

中國與美國在輸變電設施狀態分類方面差異較大，特別是停運數據狀態分類和可用、不可用狀態的劃分，這對輸變電設施可靠性指標的計算有很大影響。通過全面分析中美在指標體系、統計口徑和評價方法的差異，有助於了解中國與其他國家輸變電設施評價體系和可靠性的研究現狀，對促進國內外輸變電設施可靠性的技術交流具有一定的參考作用。