地區(qū)電網風險的綜合量化評價方法

孫 巍,郭運泉,劉 洋,李 童，解 琳

(1.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030; 2.哈爾濱供電公司客服服務中心,哈爾濱 150030；

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地區(qū)電網風險的綜合量化評價方法

孫 巍1,郭運泉2,劉 洋1,李 童1，解 琳3

(1.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030; 2.哈爾濱供電公司客服服務中心,哈爾濱 150030；

3.大唐黑龍江電力技術開發(fā)有限公司，哈爾濱 150028)

為解決現有地區(qū)電網風險評價方法對不同設備類型、不同電網故障類型及不同設備運行過程中的故障率等因素缺乏綜合性的量化統(tǒng)計與分析的問題,提出綜合量化地區(qū)電網風險的評價方法,從供電質量、供電能力、供電經濟性等3個方面對地區(qū)電網進行實時評價和運行方式評價,建立一套科學合理的地區(qū)電網風險評價指標體系。實際案例證明,該體系明確了各項指標的統(tǒng)計對象及計算方法,有效解決了現有地區(qū)電網風險評價過程中方法模式單一、設備運行過程中相關指標缺乏綜合統(tǒng)計等問題,提高了地區(qū)電網風險管理水平,從而最終實現了地區(qū)電網的安全穩(wěn)定運行。

地區(qū)電網;綜合量化;風險評價

地區(qū)電網是電力系統(tǒng)的重要組成部分,對于固定資產額巨大的供電企業(yè)而言,地區(qū)電網規(guī)劃工作在供電企業(yè)的生存與發(fā)展中始終起著決定性的作用,是電網發(fā)展的重要依托[1],其水平和質量直接影響到電網供電的安全性、可靠性和經濟性。但是,現有的地區(qū)電網風險評價方法主要從網架結構的合理性方向上進行考慮,針對基礎網架合理性及發(fā)生失電后的電壓等級進行量化評價,而對于不同設備類型、不同電網故障類型及不同設備運行過程中的故障率等因素缺乏綜合性的量化統(tǒng)計與分析。 本文綜合考慮影響地區(qū)電網的內外因素,提出了綜合量化地區(qū)電網風險的評價方法,從供電質量、供電能力、供電經濟性等3個方面對地區(qū)電網進行實時評價和運行方式評價,建立了一套科學合理的地區(qū)電網風險評價指標體系,明確了各項指標的統(tǒng)計對象及計算方法。以某地區(qū)供電公司為例,將該地區(qū)電網某時段的運行數據作為實時評價依據,對該地區(qū)電網進行基準風險評價,為風險控制措施的制訂提供了依據,從而最終實現了地區(qū)電網安全穩(wěn)定運行。

1 地區(qū)電網安全風險評價

本文主要從風險可能造成的后果(損失)和風險發(fā)生的可能性(概率)等2個方面對地區(qū)電網安全風險進行綜合評價,進而確定電網安全風險等級。在電網安全風險評價量化過程中,將可能造成的后果(損失)和發(fā)生概率的乘積作為定級依據,則電網安全風險值的計算公式為[2]

電網安全風險值=電網安全風險后果值×概率值

根據電網安全風險值大小,將電網安全風險分為八級:特別重大事故(一級電網事件)、重大事故(二級電網事件)、較大事故(三級電網事件)、一般事故(四級電網事件)、五級電網事件、六級電網事件、七級電網事件、八級電網事件。其中:一級電網事件的風險值為100;二級電網事件的風險值為30～100;三級電網事件的風險值為6～30;四級電網事件的風險值為2～6;五級到八級電網事件的風險值為0.5～2;某一區(qū)域電網或一項工作同時包含2個及以上等級的電網運行風險時,取其最高等級風險。

1.1 電網安全風險后果值量化

電網安全風險后果值的計算公式為

電網安全風險后果值=后果嚴重程度分值×社會影響因數

根據國家電網公司安全風險評價規(guī)范對電網安全的威脅和負荷損失的嚴重程度,將后果嚴重程度分為八類:特別重大事故(一級電網事件)分值為90～100分;重大事故(二級電網事件)分值為80～90分;較大事故(三級電網事件)分值為70～80分;一般事故(四級電網事件)分值為60～70分;五級電網事件分值為50～60分;六級電網事件分值為10～50分;七級電網事件分值為3～10分;八級電網事件分值為0～3分。同時,按照電網故障發(fā)生時間的不同,將社會影響因數分為五類:特級保供電時間發(fā)生故障分值為2;一級保供電時期發(fā)生故障分值為1.6;二級保供電時期發(fā)生故障分值為1.4;特殊保供電時期發(fā)生故障分值為1.2;一般時期發(fā)生故障分值為1。

1.2 風險概率值量化

根據引起后果發(fā)生概率的大小,將電網安全風險可能性分為可能性很大、可能性較大、可能性一般、可能性較小和可能性很小等五類,其中可能性很大風險的分值為0.7以上;可能性較大風險的分值為0.4～0.7;可能性一般風險的分值為0.2～0.4;可能性較小風險的分值為0.1～0.2;可能性很小風險的分值為0～0.1。

建立基于期望值的風險評價模型,量化影響風險評價結果的各種不確定因素,并在模型中具體表現出來,即基準風險發(fā)生概率值的計算公式為

概率值=設備類型因數×故障類別因數×歷史數據統(tǒng)計因數

電纜、架空線、主變、母線、發(fā)電機等電力設備的設備類型影響因子如表1所示。

表1 設備類型影響因子

需要以變電站為劃分單位對不同電壓等級的設備所占比例按需進行調整。將故障類型劃分為一類、二類、三類。其中一類分值為1,二類分數為0.2～0.6,三類分數為0～0.2。

以變電站為統(tǒng)計單位,根據歷史故障概率量化出不同設備的故障概率為

2 地區(qū)電網風險的實時評價

地區(qū)電網風險的實時評價主要從供電能力評價、供電質量評價、經濟性評價[3]等3個方面分類開展。其中:供電能力評價包括設備負載率合格率指標、設備N-1合格率指標、變電站運行方式合格率指標;供電質量評價包括線路電壓降落合格率指標、母線電壓合格率指標、主變功率因數合格率指標;經濟性評價包括主變理論線損合格率指標、主變負載均衡度指標。

2.1 供電能力評價

2.1.1 設備負載率合格率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中正在運行的主變和線路,統(tǒng)計其負載率的合格情況。當負載率超過80%時視為重載,超過100%視為過載。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部設備無重載或過載時為100分,當全部設備均重載或過載時為0分。以rI-1標記本項指標,其計分公式為

2.1.2 設備N-1合格率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中正在運行的主變和線路,統(tǒng)計其N-1計算的合格情況。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部設備N-1計算均合格時為100分,當全部設備N-1計算均不合格時為0分。以rI-2標記本項指標,其計分公式為

2.1.3 變電站運行方式合格率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中正在運行的變電站,統(tǒng)計其運行方式滿足安全規(guī)定的比例。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部變電站的運行方式均合格時為100分,當全部變電站的運行方式均不合格時為0分。以rI-3標記本項指標,其計分公式為

2.2 供電質量評價

2.2.1 線路電壓降落合格率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中正在運行的66 kV線路,統(tǒng)計其電壓降落的合格情況。當電壓降落超過5%時視為越限,電壓降落的計算公式為

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部線路的電壓降落均合格時為100分,當全部線路的電壓降落均不合格時為0分。以rII-1標記本項指標,其計分公式為

2.2.2 母線電壓合格率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中各變電站中正在運行的中低壓側母線,統(tǒng)計其電壓合格情況。根據《國家電網若干技術原則的規(guī)定》以及國家電網公司的內部考核規(guī)定,66 kV母線的電壓合格范圍為-3%～+7%,10 kV母線的電壓合格范圍為0%～+7%。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部母線的電壓均合格時為100分,當全部母線的電壓均不合格時為0分。以rII-2標記本項指標,其計分公式為

2.2.3 主變功率因數合格率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中正在運行的主變,統(tǒng)計其低壓側功率因數的合格情況。根據《國家電網若干技術原則的規(guī)定》,220 kV變電站二次側的功率因數合格范圍為0.95～0.98,66 kV變電站二次側的功率因數合格范圍為0.9～0.98。另外,對于無功倒送的情況也應視為功率因數不合格。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部主變的功率因數均合格時為100分,當全部主變的功率因數均不合格時為0分。以rII-3標記本項指標,其計分公式為

2.3經濟性評價

2.3.1 主變理論線損合格率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中正在運行的主變,統(tǒng)計其理論線損率的合格情況。當理論線損率低于1%時視為越限。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部主變的理論線損率均合格時為100分,當全部主變的理論線損率均不合格時為0分。以rIII-1標記本項指標,其計分公式為

2.3.2 主變負載均衡度指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中各變電站中正在運行的主變,統(tǒng)計其負載均衡程度。負載率相差30%以內視為合格。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部主變的負載均衡度均合格時為100分,當全部主變的負載均衡度均不合格時為0分。以rIII-2標記本項指標,其計分公式為

3 地區(qū)電網風險的運行方式評價

地區(qū)電網風險的運行方式評價與實時評價類似,也是從供電能力評價、供電質量評價、經濟性評價等3個方面分類開展的。其中:供電能力評價包括饋線供電半徑合格率指標、主變平均最高負載率指標、變電站及用戶站接線方式評價指標;供電質量評價包括母線電壓合格率指標、主變功率因數合格率指標;經濟性評價包括理論線損率指標、主變最佳負載率指標[4]。

3.1 供電能力評價

3.1.1 饋線供電半徑合格率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中的10 kV饋線,統(tǒng)計其供電半徑的合格比例。根據《農村電力網規(guī)劃設計導則》,農網中10 kV饋線超過15 km,則視為過長。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部饋線供電半徑均合格時為100分,當全部饋線供電半徑均不合格時為0分。以sI-1標記本項指標,其計分公式為

3.1.2 主變平均最高負載率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中的主變,統(tǒng)計其平均最高負載率水平。平均最高負載率是取全年負荷最高的25 d的日最高負荷平均值。根據《國家電網若干技術原則的規(guī)定》,當變電站有2臺主變時,以50%以內為合格范圍;當變電站有3臺主變時,以65%以內為合格范圍;當變電站有4臺主變時,以72%以內為合格范圍。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部主變的平均最高負載率均合格時為100分,當全部主變的平均最高負載率均不合格時為0分。以sI-2標記本項指標,其計分公式為

3.1.3 變電站及用戶站接線方式評價指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中的變電站和用戶站,統(tǒng)計其接線方式的合理性。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部變電站和用戶站的接線方式均合理時為100分,當全部變電站和用戶站的接線方式均不合理時為0分。以sI-3標記本項指標,其計分公式為

3.2 供電質量評價

3.2.1母線電壓合格率指標

該指標的統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中各變電站的中低壓側母線,統(tǒng)計其電壓合格情況。根據《國家電網若干技術原則的規(guī)定》以及國家電網公司的內部考核規(guī)定,66 kV母線的電壓合格范圍為-3%～+7%, 10 kV母線的電壓合格范圍為0%～+7%。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部母線在統(tǒng)計期間內電壓均合格時為100分,當全部母線在統(tǒng)計期間內電壓均不合格時為0分。以sII-1標記本項指標,其計分公式為

3.2.2 主變功率因數合格率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中的主變,統(tǒng)計其低壓側功率因數的合格情況。根據《國家電網若干技術原則的規(guī)定》,220 kV變電站二次側的功率因數合格范圍為0.95～0.98,66 kV變電站二次側的功率因數合格范圍為0.9～0.98。另外,對于無功倒送的情況也應視為功率因數不合格。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部主變在統(tǒng)計期間內功率因數均合格時為100分,當全部主變在統(tǒng)計期間內功率因數均不合格時為0分。以sII-2標記本項指標,其計分公式為[5]

3.3 經濟性評價

3.3.1 理論線損率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中的主變和線路,統(tǒng)計其總計的理論線損率水平。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當理論線損率為0時為100分,當理論線損率為100%時為0分。以sIII-1標記本項指標,其計分公式為

sIII-1=100-理論線損率

3.3.2 主變最佳負載率指標

該指標統(tǒng)計對象為地區(qū)電網中的主變,統(tǒng)計其平均負載率與最佳負載率之間的偏差情況。

以滿分100分計算,計分公式為線性公式,當全部主變的平均負載率均等于最佳負載率時為100分,當全部主變的平均負載率與最佳負載率之間均相差100%時為0分。以sIII-2標記本項指標,其計分公式為[6]

4 算例分析

以某地區(qū)供電公司為例,將該供電公司地區(qū)電網某時段的運行數據作為實時評價依據,對該地區(qū)電網進行風險評價,其供電能力評價結果、供電質量評價結果及經濟性評價結果如表2～4所示。

表2 供電能力評價結果

表3 供電質量評價結果

表4 經濟性評價結果

綜上可知,該供電公司地區(qū)電網整體運行水平良好,其中供電能力水平可進一步提高,供電能力中需重點改善變電站運行方式合格率水平,供電質量與經濟性水平應繼續(xù)保持。

5 結 論

1) 通過地區(qū)電網安全風險評價方法,將地區(qū)電網中不同電壓等級變電站內變壓器、母線、電纜、架空線路等電力設備的故障率進行有效統(tǒng)計,得出不同設備可能發(fā)生的故障情況,并給出具體量化分值,有效描述了地區(qū)電網的故障程度,達到了直觀反映故障情況的目的,從而為地區(qū)電網的管理者提供一定的參考依據。

2) 綜合量化地區(qū)電網風險的評價方法,有效解決了現有地區(qū)電網風險評價過程中方法模式單一、設備運行過程中相關指標缺乏綜合統(tǒng)計及電網不確定性因素無法進行量化等問題,從供電質量、供電能力、供電經濟性等方面對地區(qū)電網進行實時評價和運行方式評價,建立了一套科學合理的地區(qū)電網風險評價指標體系,提高了地區(qū)電網風險管理水平,從而最終實現了地區(qū)電網的安全穩(wěn)定運行。

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(責任編輯 侯世春)

Regional power grid risk evaluation based on comprehensive quantitative method

SUN Wei1, Guo Yunquan2, LIU Yang1, LI Tong1, XIE Lin3

(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China; 2.State Grid Harbin Electric Power Supply Company,Harbin 150030, China; 3.Datang Heilongjiang Electric Power Technology Development Co., Ltd., Harbin 150028, China)

The existing regional power grid risk evaluation methods are short of comprehensive quantitative statistics and analysis of a lot of factors, such as different device types, different grid fault types, different device failure rate and so on. Aiming at this problem, this paper proposed the comprehensive quantitative method for regional power grid risk evaluation, made the evaluation on real-time and operation mode from three aspects, including power supply quality, power supply capability and power supply economy, and established a suitable index system for regional power grid risk evaluation. The practice proves that this system illustrates the statistical objects and calculation methods of the indexes, effectively solving the problems of the system, such as single mode and the lack of comprehensive statistics in the existing regional power grid risk evaluation methods. Meanwhile, the system enhances the level of regional power grid management, which enables its safe and stable operation.

regional power grid; comprehensive quantitative; risk evaluation

2015-11-28。

孫 巍(1985—),男,助理工程師,研究方向為高壓電氣設備的仿診斷性試驗、帶電檢測及資產全壽命周期管理。

TM732

A

2095-6843(2016)02-0150-05