摘要：本文对输电线路的故障风险差异特征进行深入分析，以揭示线路故障风险特征、敏感性气象因素、主导气象灾害及其作用下的故障率时间分布特征等，可为规划设计、调度运行、状态检修等提供实用的辅助参考信息。
1引言
在输电线路风险评价指标方面，目前国内外学者普遍采用的是IEEE Std.1366-1998和DL/T861-2004《电力可靠性基本名词术语》推荐的可用系数、运行系数、强迫停运系数、计划停运率、强迫停运率、连续可用小时、暴露率等指标，强调输电线路的可用性，关注的是同一电压等级的多条线路的整体水平。然而输电线路投运后的风险主要受外部气象环境的影响，特别是气象灾害的冲击作用而导致的电气或物理失效。气象灾害具有时空分布差异，因此暴露期间的架空输电线路的风险同样存在时空差异。因此要全面系统地研究输电线路故障风险差异，就需要对输电线卢故障区域特征差异评价及时间特征差异评价进行系统研究。
2.输电线路故障区域特征差异评价研究
2.1线路气象敏感度
不同输电线路的故障风险与气象灾害进行关联评估，以便明晰不同输电线路对各种气象因素的敏感程度。线路气象敏感度，是指输电线路对某种气象因素的敏感程度，用某种气象因素造成的故障占线路总故障次数的比值表示，即：
（1）
式中，nkx表示线路k在气象条件x下故障的次数，nk表示该条线路故障总次数。
2.2线路故障主导气象因素
输电线路影响最大的气象灾害因素，提出线路故障主导气象因素，是指线路气象敏感度最高的气象类型，即：
（2）
式中，MFW为导致线路故障次数最多的气象灾害因素；函数arg max ρ（x）表示使函数ρ（x）取到最大值时的所有自变量x的集合，即表示使输电线路气象敏感度达到最大值时的气象灾害因素的集合。
对于某一区域，希望评估其对各种气象灾害的敏感程度以及主导气象灾害时，将此处的输电线路改为具体的区域即可。
2.3线路故障次数差异
为了反映同一区域不同输电线路抵御气象灾害的能力差异，以便于运维和规划人员对差异化严重的线路实施针对性故障防御措施，从而有效降低线路运行风险，提出同电压等级下的线路故障次数差异指标，可表示为：
（3）
式中，Ekx表征了气象条件x下同一电压等级的线路k的故障次数差异值，当Ekx＞0时，表示该条线路抵御气象灾害的能力未达到平均水平或者该条线路是气象灾害高发线路，反之亦然。nkx表示线路k在气象条件x下的故障次数， 为区域内某电压等级线路在气象条件x下故障的平均次数，Nx为区域内某电压等级线路在气象条件x下故障的线路条数。
2.4线路故障高风险区段识别
线路故障高风险区段指标，旨在体现对整条输电线路故障风险影响较大的线路段，使风险薄弱环节的挖掘深入到线路段，同时为线路段的差异化设计以及技术改造提供参考。线路故障高风险区段，是指由设定的距离长度所界定的，由于一条线路可能存在多个故障高风险区段，因此线路故障高风险区段可用多个区间[Ni，Nj]构成的集合表示，具体表达式为：
（4）
式中，Ni为线路的第i个故障点，Nj为线路的第j个故障点，m为故障点总数，H为设定的故障比例百分数，L为设定的距离范围。
3输电线路故障时间特征差异评价
3.1历史同期月故障率
传统风险与可靠性理论中，描述输电设备的可靠性基本参数采用的是多年长期统计的平均故障率。不同季节、不同月份电网面临的气象风险因素不同，在各个月份的风险水平起伏较大，且具有明显的时间分布特性，因此有必要根据历史同期月份计算线路的故障率，用以评估输电线路风险水平随时间的周期性和波动性特征。本文提出的历史同期月故障率是指输电线路在历史同期的月份的故障率，可以表示为：
（5）
式中，λk（m）表示线路k在历史同期的m月的故障率，次/（100km∙月）；nkym为线路k在第y年的m月的故障次数；Tm表示第m月的时间；Y为统计的总年数；Lk表示线路k的长度，km。此式亦可用于同一地区相同电压等级的多条线路的历史同期各月故障率，即：
（6）
式中，λ（m）表示该地区同一电压等级的输电线路在历史同期的第m月的故障率，次/（100km∙月）。
3.2气象灾害作用停运时间
为了反映恶劣气象环境因素对故障输电设备的修复能力的影响，需要计算不同气象灾害作用下的停运时间。气象灾害作用停运时间是指由该种气象灾害直接或间接引起的线路停运时间，可表示为：
（7）
式中，TTRkix表示输电线路k第i次故障的停运时间，x为第i次跳闸的气象条件类型；tfki表示线路k第i次跳闸时间，trki表示线路k第i次跳闸后恢复时间。
还可计算同一电压等级下多条线路在某一气象灾害作用下的平均停运时间：
（8）
式中，MTTRx为某一电压等级的输电线路在气象灾害x下的平均停运时间；nx为某电压等级线路在气象条件x下的故障总次数。
进一步可以找出对输电线路停运（维修）时间影响最严重的气象灾害因素：
（9）
式中，MFR为致使输电线路平均故障时间最长的气象灾害因素。
3.3故障时间间隔
为了反映在恶劣气象环境因素下输电线路的故障集中程度和气象灾害对线路的冲击影响程度，需要计算故障时间间隔。故障时间间隔，是指线路前后两次故障之间的时间间隔，可表示为：
（10）
式中，TBFki表示线路k第i次与第i−1次故障之间的时间间隔，tfki表示线路k第i次跳闸时间，tfki-1表示线路k第i−1次跳闸时间。
进一步可以计算输电线路的平均故障时间间隔：
（11）
式中，MTBFk表示线路k的平均故障时间间隔，n表示线路k的总故障次数。
3.4短时故障聚集度
气象灾害的发生多是区域性的，如雷电、大风、冰雪等，其往往造成短时间内的多条线路跳闸，呈现较明显的故障“聚集效应”，使电网输电能力下降，甚至导致负荷削减。短时故障聚集度，是指某一电网在短时间内因某种气象条件导致的线路跳闸事件的聚集程度，可用限定的时间间隔内线路跳闸次数表示，即：
（12）
式中，Count（i）为计数函数，满足条件时计数加1，i表示第i次跳闸事件；tfi表示第i次跳闸时间；tfi-1表示第i−1次跳闸时间；Δt表示限定的短期失效间隔，可根据统计的不同气象灾害作用下停运时间，结合调度运行实际需求设定，如关注雷电天气时，可设定Δt=10 min～30 min；关注冰雪天气时，可设定Δt=6 h～12 h。同时，对ST＞STH（STH为设定的提示阀值）的情况进行提示，以便进一步分析其对电网运行风险的影响。
小结
本文通过对输电线路的故障风险差异特征进行深入分析，用线路气象敏感度、线路故障主导气象因素、线路故障次数差异和线路故障高风险区段识别等指标对输电线路故障区域特征差异进行评价；用历史同期月故障率、气象灾害作用停运时间、故障时间间隔和短时故障聚集度等指标对输电线路故障时间特征差异进行评价。
参考文献：
[1]国家能源局，DL/T 837−2012．输变电设施可靠性评价规程[S]．北京：中国电力出版社，2012．
[2]张继芬，张世钦，胡永洪．福建电网气象信息预警系统的设计与实现[J]．电力系统保护与控制，2009，37（13）：72−74．
[3]林仲．福建省电网气象防灾预警系统研究[D]．福州：福州大学，2011．
[4]郑旭，赵文彬，肖嵘，等．华东电网500kV输电线路气象环境风险预警研究及应用[J]．华东电力，2010，38（08）：1220−1225．
[5]李俊．基于气象信息的电网风险预警系统应用[J]．广西电力，2013，36（05）：25−27．
作者简介：
万小花（1982-），女，甘肃平凉人，工程硕士，工程师，主要电网规划评审工作。
论文作者:万小花
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/1
标签：线路论文; 故障论文; 气象论文; 灾害论文; 时间论文; 风险论文; 故障率论文; 《电力设备》2018年第30期论文;