關(guān)于水電站的電氣設(shè)備的可靠性分析與探討

曾明奇

江西省吉安市白云山水利水電管理局，江西 吉安 343062

當(dāng)前電力能源的應(yīng)用被拓展的越來越廣泛，電力系統(tǒng)正在向高電壓，大容量，遠(yuǎn)距離發(fā)展。水電是良好的可再生資源，無燃料的消耗，可以持續(xù)地永久性利用，同時(shí)也是純凈無污染的環(huán)保能源。一般來說，一個(gè)水電站除發(fā)電外，還可以獲得諸如灌溉、防洪、供水、養(yǎng)殖、旅游、航道運(yùn)輸?shù)榷喾N綜合效益。水電又是一次能源和一次電力同時(shí)轉(zhuǎn)化完成，發(fā)點(diǎn)的成本較低，且電力投入供應(yīng)迅速，可以保證電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全的運(yùn)行。除此之外，水電的發(fā)展還在改善能源結(jié)構(gòu)，節(jié)省實(shí)話能源，實(shí)現(xiàn)西電東送、西部大開發(fā)，緩解南方缺點(diǎn)區(qū)域用電需求方面起到重要作用。伴隨我國(guó)水電發(fā)展，眾多水電站投入使用，在國(guó)家電網(wǎng)中發(fā)揮作用，但在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，可靠性問題也愈顯突出，許多安全可靠性問題引發(fā)重大事故，造成安全隱患，造成經(jīng)濟(jì)損失等。因此對(duì)水電站電氣設(shè)備安全可靠性的分析，和針對(duì)運(yùn)行情況采取的改善和應(yīng)對(duì)措施，在保障電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中顯得極其重要。

1 電氣設(shè)備可靠性分析

1.1 電氣設(shè)備可靠性綜述

電力系統(tǒng)的可靠性是指為用戶持續(xù)提供質(zhì)量合格電能的能力。能力用概率來表示。而質(zhì)量合格，指的是電能的頻率和電壓保持在規(guī)定的范圍之內(nèi)。電力系統(tǒng)的可靠性分析，從不同的方向，角度和環(huán)節(jié)分析故障的現(xiàn)象，提出評(píng)估的指標(biāo)。3個(gè)主要的任務(wù)是：1）分析單一元件和元件構(gòu)成系統(tǒng)的計(jì)算模型，定量計(jì)算指標(biāo)，分析如何使用統(tǒng)計(jì)方法獲得元件可靠性指標(biāo)；2）由于電力系統(tǒng)范圍廣，進(jìn)行可靠性分析時(shí)依據(jù)不同環(huán)節(jié)要求凸顯主要問題，組成不同部分的可靠性數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法；3）尋求提升電力系統(tǒng)可靠性的措施和方法。

1.2 發(fā)電控制設(shè)備分析

1）發(fā)電控制設(shè)備的初級(jí)故障樹分析。發(fā)電控制設(shè)備包括有勵(lì)磁系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子、定子、繼電保護(hù)、調(diào)速系統(tǒng)和機(jī)組順序自動(dòng)控制系統(tǒng)。其中的轉(zhuǎn)子和定子不可再分。此類元件有任何一個(gè)出現(xiàn)問題，發(fā)電設(shè)備便發(fā)生故障。因此是或門關(guān)系；2）勵(lì)磁系統(tǒng)故障樹分析。勵(lì)磁系統(tǒng)是由勵(lì)磁控制系統(tǒng)，功率柜，調(diào)節(jié)器、滅磁開關(guān)子系統(tǒng)構(gòu)成。這些子系統(tǒng)有任何一個(gè)出現(xiàn)問題，則勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障。因此，這些子系統(tǒng)為或門關(guān)系。其中的勵(lì)磁制系統(tǒng)包括電源和繼電器，是或門關(guān)系。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器包括調(diào)節(jié)器系統(tǒng)和切換版，是或門關(guān)系。功率柜包括開關(guān)，整流部件，是或門關(guān)系。滅磁開關(guān)包括電氣部分和機(jī)械部分，是或門關(guān)系；3）調(diào)速系統(tǒng)故障樹分析。調(diào)速系統(tǒng)是由機(jī)械部分，電氣部分和電液轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。只有這幾個(gè)子系統(tǒng)全都正常運(yùn)行，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)才能正常的工作。因此這些子系統(tǒng)為或門關(guān)系。其中的電氣部分可以分成輸出繼電器和控制部分，同樣是或門關(guān)系；4）機(jī)組順序自動(dòng)控制系統(tǒng)分析。機(jī)械元件，電源和繼電器部分組成了機(jī)組順序自動(dòng)控制系統(tǒng)。這些部件全部正常運(yùn)作，機(jī)組順序自動(dòng)控制系統(tǒng)才能正常工作，因此這些子系統(tǒng)是或門關(guān)系。

1.3 輸變電設(shè)備分析

變壓器、01短路器和電氣主接線構(gòu)成輸變電設(shè)備。這些部件必須全都正常運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)才能工作正常，它們是或門關(guān)系。電氣主接線是一個(gè)復(fù)雜的橋型系統(tǒng)，可以使用分解法，將它分解成為串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，在輸變電設(shè)備分析里，主接線被作為一個(gè)基本時(shí)間來分析。首先用分解法分析計(jì)算主接線，之后把它劃歸成故障樹的基本事件之一，在故障樹中分析計(jì)算。

1.4 常見的電氣元件失效模式

失效或者故障的表現(xiàn)形式被稱為失效模式。這些失效形式可以通過感官或者測(cè)量?jī)x器設(shè)備觀測(cè)到。在分析過程中分清楚失效模式或者故障的表現(xiàn)形式至關(guān)重要。元件是組成電氣設(shè)備系統(tǒng)的基礎(chǔ)，電氣元件往往是引起系統(tǒng)故障的主要因素。所以，分析元件失效時(shí)研究系統(tǒng)失效的基本。要求盡量使用元件失效模式來描述系統(tǒng)失效模式。只有很難用元件失效模式描述時(shí)，才能使用子系統(tǒng)或者系統(tǒng)本身的失效模式進(jìn)行描述。電氣失效分為不能開機(jī)、間歇性不穩(wěn)定、誤動(dòng)作、誤指示、漂移性不穩(wěn)定、提前進(jìn)行、滯后進(jìn)行、不能切換、無輸入或錯(cuò)誤輸入、無輸出或錯(cuò)誤輸出、電短路、電開路以及電泄露等等。

2 故障樹分析解決方法及FTA法實(shí)施步驟

2.1 故障樹構(gòu)造

故障樹指頂點(diǎn)和邊的集合圖。由頂點(diǎn)和邊聯(lián)合但不包括閉合回路，也就是起始和終止在同一點(diǎn)的邊。除了樹根之外的有方向的邊起于頂點(diǎn)形成的樹，故障樹也稱為邏輯樹。邊線表示系統(tǒng)故障、子系統(tǒng)故障或者元件故障。頂點(diǎn)代表邏輯運(yùn)算。對(duì)應(yīng)樹根事件，被稱為頂事件。下一級(jí)存在引起頂事件的事件發(fā)生，依次向下傳遞樹也將延續(xù)下去。頂事件一般是系統(tǒng)故障事件，是事先被系統(tǒng)故障標(biāo)準(zhǔn)來定義的。其他的事件是可繼續(xù)分解的子系統(tǒng)故障事件或者不可繼續(xù)分解的元件故障事件。當(dāng)延伸到元件故障事件的時(shí)候，故障樹就出現(xiàn)了。

2.2 故障樹分析法特點(diǎn)

首先全面了解調(diào)查故障原因和事實(shí)，評(píng)估故障原因?qū)ο到y(tǒng)的影響程度并采取措施加以改進(jìn)。其次，選擇分析對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)要以故障作為分析對(duì)象。之后對(duì)故障和危險(xiǎn)系統(tǒng)地運(yùn)用理論符號(hào)和邏輯推理進(jìn)行分析，找出原因和因果關(guān)系。然后對(duì)裝景、產(chǎn)品、部件、系統(tǒng)安全性、可靠性進(jìn)行實(shí)質(zhì)性分析。最后要達(dá)到的效果是依據(jù)已確定了的故障過程，判斷安全性可靠性方面問題，草去相應(yīng)措施加以改進(jìn)、管理、維修、完善等。同時(shí)防止可靠性試驗(yàn)、故障分析等項(xiàng)目的疏漏，并及時(shí)更新及保存資料，不斷完善原有技術(shù)，做到靈活有效的利用。

2.3 FTA法實(shí)施步驟

FTA法實(shí)施步驟包括選取頂事件，建立故障樹，求故障樹最小割集，以及求系統(tǒng)故障率。對(duì)于頂事件選取，可以依據(jù)最關(guān)注的問題選取，但需要遵循原則，即頂事件是否發(fā)生必須有明確定義；頂事件必須能繼續(xù)分解；頂事件可以定量度量。對(duì)于故障樹建立和邏輯圖對(duì)比。創(chuàng)立故障樹是故障樹分析中最重要環(huán)節(jié)，建立故障樹實(shí)際就是找出故障和找出故障原因的邏輯關(guān)系，同時(shí)用特定圖形表示這種關(guān)系。對(duì)于故障樹分析，目的在于決定頂事件概率。結(jié)果是系統(tǒng)故障的概率PF。故障樹分析分為定性和定量?jī)煞N分析。

3 可靠性分析研究的意義

分析電力系統(tǒng)可靠性的重要意義主要表現(xiàn)在提高電力系統(tǒng)元件可靠性是提升電力系統(tǒng)安全可靠性的重要手段。所以需要進(jìn)行產(chǎn)品的可靠性分析研究，要以可靠性理論為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)制造和使用。另外，將可靠性新技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，也是提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

4 結(jié)論

保護(hù)回路是保護(hù)電氣設(shè)備，在機(jī)組電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，正確的反映動(dòng)作，把事故范圍控制在最小，減少損失，保障機(jī)組及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。利用故障樹分析法對(duì)電氣設(shè)備的可靠性進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估，可以直觀的對(duì)水電站電氣設(shè)備可靠性進(jìn)行分析。同時(shí)，只有運(yùn)行人員的技術(shù)業(yè)務(wù)水平素質(zhì)提高，檢修人員設(shè)備維護(hù)檢修水平上升，才能更有效的增加設(shè)備安全運(yùn)作的可靠性。水電站電氣設(shè)備可靠性狀況直接影響機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定，也關(guān)系著電網(wǎng)的運(yùn)行狀況。因此，對(duì)水電站電氣設(shè)備可靠性的分析，掌握其運(yùn)轉(zhuǎn)情況，采取積極的改善和應(yīng)對(duì)措施，提高可靠性，是保證電網(wǎng)安全的重要環(huán)節(jié)。

[1]郭永基.電力系統(tǒng)可靠性原理和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009(12).

[2]章國(guó)棟.系統(tǒng)可靠性與維修性分析與設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[3]徐平.電氣控制及自動(dòng)化設(shè)備可靠性技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.