电力设备运行安全状态评估系统的方案设计_姚建刚

图 1 电力设备运行安全状态评估体系示意 Fig. 1 Sketch map of EEOSCAS
图 2 电力设备运行安全 状态评估指标体系 Fig. 2 In百度文库ex system of EEOSCAS
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电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 第 21 卷
( 1. 湖南大学电气与信息工程学院, 长沙 410082; 2. 湖南省电力公司安监部, 长沙 410002; 3. 广东电网公司佛山供电局, 佛山 528200)
摘要: 为了对电力 设备的运行安全状 态进行有效评估, 适应电力 设备大容量 化、高 电压化、结构多样 化、密封 化及状 态检修的发展趋势, 在模糊原理 和群决策层次分析 法基础上, 建立了电力设备安全 状态模糊综合评估 模型, 构建了较为完整的电力设备安全状态评估体系, 提出了一套基于 J2EE 三层架构 和 Web2. 0 的评估系统 设计方案, 所提出的评估体系和设计方案对于现代电力设备的安全管理具 有理论意义和实际参考价值。 关键词: 电力设备; 运行安全 ; 状态评估体系; 模糊综合评估; 群决策层次分析法; J2EE; W eb2. 0 中图分类号: T M 7 文献标志码: A 文 章编号: 1003-8930( 2009) 01-0052-07
正确、有效地评估电力设备的安全状态是状态 检修成功的关键, 因此越来越多的专家和学者致力
于电力设备的状态评估研究, 文献[ 3 ～ 6] 分别采 用不同方法对变压器的状态进行评估, 文献[ 7 ～ 9] 针对设备的绝缘状态进行评估, 文献[ 10] 针对 高压断路器开断磨损状态进行评估, 文献[ 11] 提 出了针对发电设备的状态综合评价方法, 文献[ 12] 提出了针对电气设备状态评估的百分制评估方法。 可以看出, 状态评估是从部分到整体、从定性到定 量发展的。《电气设备预防性试验规程》是目前我 国电力行业设备维护和评估的指导性文件和重要 依据, 但是它在状态 评估与分析中尚存在一些不
2 评估的指标体系
电力设备种类繁多, 综合考虑设备的历史与现 状、试验与运行、电气因素与非电气因素, 结合众多 专家和学者的观点, 认为任何一种设备都可以从自 身质量、预防性试验、运行工况和历史数据四个方 面分析其运行安全状态。
自身质量是设备安全运行的本质属性, 设备的 质量等级、性能效果及用户反馈的质量问题和意见 从现实静态的角度反映出设备运行中的安全状态。 历史数据指标从历史静态的角度出发, 包括设备投 运前的基础数据( 如技术参数、交接验收数据等) 、 家族质量史( 如家族的质量声誉、亲疏关系等) 、故 障缺陷记录、检修记录和预防性试验历史数据。
Design of Electric Equipment Operation Security Condition Assessment System
Y A O Jian-g ang 1, XIA O Hui-yao1 , ZHA N G Jian2 , JIA N G Y i2, Y A O Peng3 , SU N G uang-qiang1
3 电力设备运行安全状态模糊综合评估
电力设备运行安全状态评估各指标因素既有 确定性的, 又有不确定性的, 如质量等级、非电气 量、运行年限、运行环境、故障缺陷、检修记录是可 以量化确定的, 属于确定性因素; 而其他的因素如 性能效果、反馈意见、绝缘状态、设备特性、在线监 测、实时运行、配套设备运行、投运前状态、家族质 量史, 表述时采用自然语言, 运用模糊概念, 属于模 糊因素, 评估人员就只给出一个模糊的评估, 因此 模糊综合评估是一种较好的方法[ 13] 。针对电力设 备运行安全状态评估的 16 项指标, 本文采用模糊 综合评估, 其基本步骤如图 3 所示。
电力设备是指电力系统中各种发电、变电、输 配电和用电设备及其相互关联的设备的总称, 具体 包括发电机、变压器、电力线路、开关元件等, 其安 全运行直接构成电力系统安全稳定运行的基础。目 前, 电力企业主要通过检修的方法来确保电力设备 安全运行, 其中状态检修更能降低检修成本、缩短 检修停电时间、延长设备寿命, 从事故检修、定期检 修到状态维修, 这是历史的必然[ 1, 2] 。
人们通常采用不同的颜色来评判事物的等级, 如文献[ 14] 将电压态势按照紧急程度的高低分为 黑、红、橙、黄、蓝、绿 6 级, 建立起一套预警机制的 评语集, 这符合安全工作的实际需要, 对于电力设 备运行安全状态的评估同样具有借鉴意义, 故将电 力设备运行安全状态由高到低分为 6 级, 分别为: 黑( 6) 、红( 5) 、橙( 4) 、黄( 3) 、蓝( 2) 、绿( 1) 。评语集 可表示为: V = { V 1 , V 2 , V 3 , V 4, V 5, V 6} = { 黑, 红, 橙, 黄, 蓝, 绿} = { 6, 5, 4, 3, 2, 1} , 各等级表示的安 全状态情况大致如下。
预防性试验是判断电力设备能否继续投入运 行并保证安全运行的重要措施, 目前发展为停电试 验和在线监测两大方法。其中停电试验包括设备的 绝缘试验和特性试验两大电气方法以及诸如油中 溶解气体色谱分析、油中含水量测定等非电气方 法。在线监测是一种连续或选时的监视技术, 由于 绝大多数故障在事故前都有先兆, 在线监测可以提 高试验的真实性、有效性和灵敏度。
1 评估体系研究的总体思路
评估体系是评估系统的基础, 包括评估的指标 体系、评估流程、评估模型、评估方法等。本文研究 的评估体系首先对影响各种电力设备运行安全状 态的因素进行分类共性分析, 抽象出电力设备运行 安全状态评估的指标体系, 然后结合评估原则, 运 用模糊综合评判原理, 建立模糊综合评估模型。其 中, 评判集可参考现有安全性评价标准及各项规程 并进行隶属度分析得出, 各指标的权重可采用群决 策层次分析法加以确定。总体示意如图 1 所示。
黑色( 6) : 表示电力设备处于超期服役状态, 运 行环境恶劣, 经常出现故障, 检修率很高, 预防性试 验数据显示设备的状态极差, 设备口碑差, 运行极 度危险。
红色( 5) : 表示设备运行年限接近容许期限, 运
行环境不好, 故障率和检修率较高, 一些重要的预
防性试验数据不能达标, 投运前状态不佳, 投运后
Abstract : I n or der to assess t he electr ic equipment o per ation security co nditio n effectiv ely and adapt to the tr ends of heav y capacity, hig h v oltag e, st ructure diver sification, seal and co nditio n-ba sed ma intenance, based o n the fuzzy t heo ry and g ro up A HP , this paper pro po ses the assessm ent mo del, and esta blishes the who le elect ric equipment o per atio n secur it y co nditio n assessment sy stem ( EEOSCA S ) , F ur ther mor es a system design based o n J2EE a nd w eb2. 0 is pr o po sed. I t is a meaning ful r esear ch bo th in theor y and practice . Key words: electr ic equipment ; o per ation secur ity ; conditio n assessment sy st em; fuzzy co mprehensive assessment ; GA HP ; J2EE; W eb2. 0
第 21 卷 第 2009 年 2
1月期
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 P ro ceeding s of the CSU -EP SA
V ol. 21 N o . 1 Feb. 2009
电力设备运行安全状态评估系统的方案设计¹
姚建刚1, 肖辉耀1, 章 建2, 蒋 毅2, 姚 鹏3, 孙广强1
本文建立了电力设备运行安全状态评估的指 标体系, 在此基础上提出利用模糊综合评估法对电 力设备运行安全状态进行整体上的评估, 对评估的 三个关键 —— 状态因素集、评判集、权重进行深入 的分析, 建立了电力设备安全 状态评估的指标体 系, 并提出建立“多专家协作评估”机制。
评 估体系的建立, 便于评估工作的开展, 同时 为应用软件的开发提供了理论基础, 本文继而提出 了基于 J2EE 三层架构的评估软件设计方案, 为进 一步的系统开发、实现“多专家协作评估”做好了 技术支持, 开创了思路, 对电力设备的状态检修和 安全工作具有积极的、深远的指导意义。
图 3 电力设备运行安全状态模糊综合评估流程 Fig. 3 Flow chart of fuzzy comprehensive assessment
3. 1 状态因素集的确定 根据指标体系, 比较容易地确定出评估的状态
因素集, 即每一个指标为一个评估因素, 状态因素 集共 16 个评估 因素, 用 U = { U 1 , U2 , …, Uj , …, U 16) 表示。 3. 2 评判集的确定
( 1. College of El ectr ical and Inf orm at ion Engineering, Hunan U niversit y , Chang sha 410082, China;
2. Hunan Elect ric Po wer Company , Changsha 410002, China; 3. F oshan P ow er Supply Bureau, Guangdo ng P ow er Grid Co rp. , F oshan 528200, China)
所评设备及相关配套设备的实时运行状态、运 行年限、运行环境反映了设备的运行工况, 从现时 的、动态的角度构成了设备运行的安全状态。
值 得提出的是, 当前条件下, 实时运行状态是 从自动采集的数据和人工巡视记录两方面获悉的, 而且运行年限对于设备运行工况的反映不是绝对 的, 刚投运的设备安全状态不一定就好, 运行多年 的老设备不一定就比新设备状态差, 但是接近或超 过服役期限对于设备安全运行总是不利的。 综上所述, 建立了电力设备运行安全状态评 估指标体系, 共 4 类 16 项指标, 如图 2 所示。
¹ 收稿日期: 2008-02-26; 修回日期: 2008-03-19 基金项目: 湖南省电力科研专项基金资助项目( 湘电科[ 2006] 0016)
第 1 期 姚建刚等: 电力设备运行 安全状态评估系统的方案设计
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足[ 12 ] 。随着科技的进步和电力工业的快速发展, 电 力设备呈现大容量化、高电压化、结构多样化、密封 化的“四化”发展趋势, 导致原有的一些规程和标 准不能适应新形势下评估的实际需要, 加之运行中 电力设备是相互关联的, 其安全状态是一个整体, 需要从宏观上对电力设备的运行安全状态进行整 体上的评估, 评估的指标、判据、模型和方法都值得 深入地研究。
设备处于危险状态。
橙 色( 4) : 表示电力设备的运行在运行年限之
内, 在正常的运行环境下, 部分预防性试验数据不
能达标, 设备质量存在缺陷, 家族质量史不是很好,
但是设备通过检修和维护后运行状况正常。
黄 色( 3) : 表示电力设备的预防性试验数据基