变电站高压电气设备的可靠性研究方法综述

doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.02.009

摘要/Abstract

摘要： 基于变电站高压电气设备可靠性研究,介绍高压电气设备可靠性研究的发展历程,讨论常用电气设备的可靠性分析方法,比较解析类和模拟类等方法的优缺点,分析最佳应用场合,研究复杂系统下的组合法和状态法,对基于多种方法交叉融合的未来可靠性分析研究趋势进行展望。

关键词: 高压电气设备, 可靠性, 解析法, 模拟法, 变电站

Abstract: Based on the reliability research of high-voltage electrical equipment in substations, this paper introduces the development of the reliability research of high-voltage electrical equipment, discusses the reliability analysis methods of common electrical equipment, and compares the advantages and disadvantages of the analytical and analog methods, the optimal application situation is analyzed, and the combination method and state method under complex system are studied. The future trend of reliability analysis based on multi-methods cross-fusion is prospected.

Key words: high voltage electrical device, reliability, analytical method, simulation method, substation

中图分类号:

TM63
TM51

马兆兴, 陈昊, 唐毅, 沙浩源, 蒋旻奕. 变电站高压电气设备的可靠性研究方法综述[J]. 湖南电力, 2023, 43(2): 53-59.

MA Zhaoxing, CHEN Hao, TANG Yi, SHA Haoyuan, JIANG Minyi. Summary of Reliability Research on High Voltage Electrical Device in Substation[J]. Hunan Electric Power, 2023, 43(2): 53-59.

参考文献

[1]王应坤, 刘顺意, 黄晨, 等.特高压换流站站用电系统备自投可靠性提升研究[J].湖南电力, 2022,42(4):90-94.
[2]王阳英夫.高压断路器的机械可靠性分析及寿命评估[D].南京:东南大学, 2017.
[3]Janseen A L J,Brunke J J H, Heising C R,et al. CIGRE WG 13.06 studies on the reliability of single pressure SF₆-gas high-voltage circuit breakers[J] IEEE Transactions on Power Delivery,1996, 11(1):274-282.
[4]童靓.某研究所电子组件可靠性分析系统的设计与实现[D].济南:山东大学, 2019.
[5]陈昊,徐鹏,谭风雷,等.变电站设备检修调试工作优化决策[J].湖北电力,2021,45(2):1-6.
[6]Gao Haifeng, Wang Anjenq, Zio Enrico, et al. An integrated reliability approach with improved importance sampling for low-cycle fatigue damage prediction of turbine disks[J].Reliability Engineering and System Safety, 2020, 199:1-8.
[7]程养春, 白华颖, 赵丽, 等. 基于应力-强度干涉模型的随机应力下变压器故障概率估算方法[J].中国电机工程学报,2019,39(16):4958-4966,4998.
[8]康锐.可靠性维修性保障性工程基础[M].北京:国防工业出版社, 2012.
[9]陈昊, 高山, 王玉荣, 等. 基于广义自回归条件异方差偏度峰度模型的风电功率预测方法[J].中国电机工程学报,2017,37 (12): 3456-3461.
[10]李慧,胡旭东,宣文博.电力系统可靠性评估的重要抽样影响增量方法[J].电力系统及其自动化学报, 2020, 32(7):117-124.
[11]Liu H C, Wang L E, Li Z W, et al.Improving Risk Evaluation in FMEA with Cloud Model and Hierarchical TOPSIS Method[J].IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 2019, 27(1):84-95.
[12]何剑,程林,孙元章,等.条件相依的输变电设备短期可靠性模型[J].中国电机工程学报, 2009, 29(7):39-46.
[13]JunZhong, Wenyuan Li, R. Billinton,et al. Incorporating a Condition Monitoring Based Ageing Failure Model of a Circuit Breaker in Substation Reliability Assessment[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2015, 30(6): 3407-3415.
[14]Alfonsus Julanto Endharta, Won Young Yun, Young Myoung Ko.Reliability evaluation of circular k-out-of-n:G balanced systems through minimal path sets [J].Reliability Engineering and System Safety, 2018, 180:226-236.
[15]李娟, 张昆玉, 李海波, 等. 基于蒙特卡罗法的AUV任务可靠性分析[J].系统仿真学报, 2019, 31(10):2131-2137.
[16]张开华, 张智伟, 蒋传文, 等.基于最小路径法的海上风电场集电系统可靠性评估[J].电器与能效管理技术, 2018(9):43-47,59.
[17]黄超.配电网可靠性评估方法的研究[D].广州:华南理工大学, 2019.
[18]丁一,王旭东,戚艳,等.考虑网络等值的自适应电流速断保护整定方法[J].电力系统及其自动化学报, 2018, 30(7):78-82.
[19]PENG W, LI Y F, YANG Y J, et al. Bayesian degradation analysis with inverse Gaussian process models under time varying degradationrates[J]. IEEE Transactions on Reliability, 2017, 66(1): 84-96.
[20]Jiang T, Liu Y. Parameter inference for non-repairable multi-state system reliability models by multi-level observation sequences[J]. Reliability Engineering & System Safety, 2017,166:3-15.
[21]Mi J, Li Y F, Yang Y J, et al. Reliability assessment of complex electromechanical systems under epistemic uncertainty[J]. Reliability Engineering & System Safety, 2016, 152: 1-15.
[22]马玉成. 海上风电系统升压站主要部件可靠性建模分析[D]. 北京:华北电力大学,2021.
[23]张乐平,周尚礼,谢文旺, 等. 基于GO法与贝叶斯网络的智能电能表可靠性预计方法研究[J]. 电测与仪表,2021,58(10): 177-184.
[24]LI H, SOARES C G, HUANG H Z. Reliability analysis of a floating offshorewind turbine using Bayesian Networks[J]. Ocean Engineering, 2020, 217: 107827.
[25]刘海康, 廖雁群, 韦亦龙, 等. 结合贝叶斯推断与Weibull比例风险模型的高压电缆可靠性分析方法[J].高电压技术, 2021,47(2):546-554.
[26]余文辉,王沾,曾祥君,等.基于贝叶斯网络的多状态变压器可靠性跟踪分析[J].电力系统保护与控制, 2015, 43(6): 78-85.
[27]吴开贵,吴中福.基于敏感度分析的电网可靠性算法[J].中国电机工程学报, 2003,23(4):57-60.
[28]张立晓,韩富春,孙碣. 计及状态检修的继电保护可靠性模型及分析[J]. 科学技术与工程,2013,13(36):10930-10934.
[29]叶远波,刘宏君,黄太贵,等. 变电站继电保护设备状态检修可靠性分析方法研究[J]. 电力系统保护与控制, 2021, 49(10):170-177.
[30]范梦飞,曾志国,康锐.基于确信可靠度的可靠性评价方法[J].系统工程与电子技术, 2015,37(11):230-235.
[31]张林生.基于改进蒙特卡洛法的电力系统安全风险评估[D]. 北京:华北电力大学, 2018.
[32]王景辰,李孝全,杨洋,等.基于交叉熵的蒙特卡洛法在发电系统充裕度评估中的应用[J].电力系统保护与控制, 2013, 41(20): 75-79.
[33]赵茜茜, 王晓茹.电力系统扰动后稳态频率预测快速算法[J].电力系统保护与控制, 2011,39(1):72-77.
[34]吴玮坪,胡泽春,宋永华.结合随机规划和序贯蒙特卡洛模拟的风电场储能优化配置方法[J].电网技术,2018, 42(4):1055 -1062.
[35]倪伟,吕林,向月,等.基于马尔可夫过程蒙特卡洛法的综合能源系统可靠性评估[J].电网技术, 2020,44(1):150-158.
[36]赵渊,王洁,耿莲,等.电网可靠性非序贯蒙特卡洛仿真的扩展交叉熵法[J].中国电机工程学报, 2017,37(7):1963-1974.
[37]王进,钟啸,冯隆基,等.基于蒙特卡洛法的用电信息采集系统可靠性评估模型[J].电力工程技术, 2020,39(3):173-179.
[38]张赛鹏,冯世涛,赵春明,等. 基于威布尔分布和蒙特卡洛法的高压隔离开关可靠性研究[J].高压电器, 2021, 57(6):86-93,101.
[39]谢强,孙新豪,李晓璇.特高压换流站换流变体系抗震韧性评估方法[J].高电压技术,2022,48(9):3582-3592.
[40]侯慧,俞菊芳,黄勇,等.台风侵袭下输电线路风偏跳闸风险评估[J].高电压技术, 2019, 45(12):3907-3915.
[41]刘文文. 计及故障处理过程的变电站可靠性模拟研究[D]. 济南:山东大学,2019.
[42]吴治均.基于时序模拟的含微网配电系统可靠性评估研究[D].成都:西华大学, 2016.
[43]刘纯,屈姬贤,石文辉.基于随机生产模拟的新能源消纳能力评估方法[J].中国电机工程学报, 2020, 40(10):3134-3144.
[44]贺海磊,张彦涛,孙骁强,等.考虑频率安全约束的西北电网新能源开发及直流外送规模评估方法[J].中国电机工程学报,2021,41(14):4753-4762.
[45]伍利. 发电厂、变电站电气主接线可靠性评估的研究[D]. 西安:西安理工大学,2005.
[46]姚李孝,崔杜武,伍利, 等. 基于时序模拟法和Petri网的电气主接线可靠性评估[J]. 西安理工大学学报, 2005(1):42-46.
[47]赵书强,涂筱莹,王达飞,等.考虑负荷特性的输电网可靠性评估软件开发[J].电力自动化设备,2014, 34(7):129-133.
[48]Duan Y B, Ma G Q, Zhang H, et al. Study on Identification of Defect Types in XLPE Cable with Weibull Distribution[J].Journal of Physics: Conference Series, 2020, 1659(1): 012040.
[49]Madonna V,Giangrande P, Galea M. Weibull Distribution and Geometrical Size Factor for Evaluating the Thermal Life of Electrical Machines’ Insulation[C]//IECON 2020 The 46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2020: 1114-1119.
[50]Liu Z S, Xu Y, Chen J, et al. Life Assessment of Nuclear Power High-Voltage Card Under the Condition of Few Samples Based on Weibull Distribution[C]//Proceedings of 2021 Chinese Intelligent Systems Conference. Springer, Singapore, 2022: 130-139.
[51]郑淑梅,李奎,刘政君,等.基于触头电弧侵蚀的交流接触器电寿命分布特征研究[J].中国电机工程学报, 2017, 37(22):6730-6739.
[52]Wang T C, Wu C W, Shu M H.A variables-type multiple-dependent-state sampling plan based on the lifetime performance index under a Weibull distribution[J].Annals of Operations Research,2022, 311:381-399.
[53]王有元,袁园,李剑,等.变压器油纸绝缘可靠性的威布尔混合评估模型[J].高电压技术, 2010, 36(4):842-848.
[54]Bidaoui H, El Abbassi I, El Bouardi A, et al. Wind speed data analysis using Weibull and Rayleigh distribution functions, case study: five cities northern Morocco[J]. Procedia Manufacturing, 2019, 32: 786-793.
[55]Hulio Z H, Jiang W, Rehman S. Techno-Economic assessment of wind power potential of Hawke's Bay using Weibull parameter: A review[J]. Energy Strategy Reviews, 2019, 26: 100375.
[56]孙健,张兴军,董小社.一种可靠性框图的异构系统可用性评价模型[J].西安电子科技大学学报, 2016, 43(3):190-196.
[57]刘娜,高文胜,谈克雄,等. 基于故障树的电力变压器维修周期的仿真分析[J]. 高电压技术,2003,29(9):19-21.
[58]周宁,马建伟,胡博,等.基于故障树分析的电力变压器可靠性跟踪方法[J].电力系统保护与控制, 2012, 40(19):72-77.
[59]崔杨柳,马宏忠,王涛云,等.基于故障树理论的GIS故障分析[J].高压电器, 2015,51(7):125-129.
[60]刘建月,张志东,李秀广.基于故障树的GIS设备SF₆气体泄漏分析[J].高压电器,2016,52(12):189-193.
[61]郝运佥.基于马尔科夫过程的漏电断路器服役状态及可靠性研究[D].天津:河北工业大学, 2022.
[62]程建伟,白翠粉,刘通,等.基于故障模式的输变电设备故障风险分析[J].高电压技术, 2015,41(12):3937-3943.
[63]唐飞,王波,查晓明,等.基于双阶段并行隐马尔科夫模型的电力系统暂态稳定评估[J].中国电机工程学报, 2013, 33(10):90-97, 14.
[64]李浩,林湘宁,喻锟,等.基于连续时间马尔可夫链的继电保护装置动作行为预测模型[J].中国电机工程学报, 2018, 38(增刊1):121-128.
[65]廖瑞金,肖中男,巩晶,等.应用马尔科夫模型评估电力变压器可靠性[J].高电压技术, 2010, 36(2):322-328.
[66]陈昊,黄祖荣,陈梦涛,等.变压器套管表面空间电场特性研究[J].广东电力,2020,33(7):107-112.
[67]崔昊杨,夏晟,周坤,等.基于Moffat休息型HMM退化过程的220 kV断路器可靠性预测[J].高电压技术,2021,47(6):2108-2116.
[68]白翠粉,高文胜,程建伟,等.基于半Markov过程的变压器故障率分析[J].高电压技术, 2015, 41(12):3916-3921.
[69]贾京苇,侯慧娟,杜修明,等.基于Markov决策过程的输变电设备最佳检修决策[J].高电压技术, 2017, 43(7):2323-2330.
[70]陈军,刘鑫,王利平,等.Petri网智能变电站保护控制故障诊断与定位方法研究[J].中国测试, 2019, 45(10):128-134.
[71]陈伟伟,吕盼,纪凤坤,等.基于多维度检测与Petri网的变电站接地故障风险评估[J].电力系统保护与控制, 2019, 47(23):152-159.
[72]叶远波,谢民,王嘉琦,等.基于Markov模型与GO法的智能变电站继电保护系统实时可靠性分析[J].电力系统保护与控制, 2019, 47(2):47-55.
[73]陈昊,姚凯,张海华,等. 变电站设备缺陷图像识别算法的实用化评价方法[J].湖南电力, 2021,45(5):52-57.
[74]朱林,陈金富,段献忠. 数字化变电站冗余体系结构的改进及其可靠性和经济性评估[J]. 电工技术学报,2009,24(10):147-151.
[75]殷伟斌, 金山红, 方愉冬, 等. 基于虚拟支路的智能变电站继电保护系统可靠性评估方法[J]. 自动化与仪器仪表, 2018(10): 206-210.
[76]王开铭,赵峰,曹茜.基于动态贝叶斯网络的高速铁路牵引变电所可靠性分析[J].中国安全生产科学技术, 2016, 12(6):128-135.