國(guó)內(nèi)外輸電網(wǎng)性能對(duì)比分析

引言

輸電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其主要任務(wù)是完成電力的輸送，同時(shí)要滿足安全、可靠性的要求。因此，衡量輸電系統(tǒng)性能的重要標(biāo)志就是在考慮設(shè)備隨機(jī)故障的條件下系統(tǒng)完成輸電功能的能力。該能力不僅體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)水平，還與設(shè)備本身質(zhì)量有密切關(guān)系。對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)需要大量能源遠(yuǎn)距離傳輸?shù)碾娋W(wǎng)，其輸電網(wǎng)性能評(píng)價(jià)顯得尤為重要。

世界范圍內(nèi)輸電網(wǎng)性能評(píng)價(jià)都是起步于輸變電設(shè)施可靠性管理。北美可靠性組織（NERC）把輸電網(wǎng)可靠性性能分為：輸變電設(shè)施可靠性性能和輸電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性性能兩部分，輸電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性性能進(jìn)一步分解為輸送能力和輸電服務(wù)能力。我國(guó)對(duì)輸電網(wǎng)可靠性性能管理還處于設(shè)施可靠性管理階段，2010年國(guó)家電網(wǎng)公司把輸電能力指標(biāo)整合到國(guó)家電網(wǎng)的管理中，并改進(jìn)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和評(píng)價(jià)系統(tǒng)。隨著國(guó)內(nèi)新能源發(fā)電的快速發(fā)展以及電力改革步伐的加快，對(duì)輸電網(wǎng)可靠性提出了更高的要求，監(jiān)管部門和電力企業(yè)對(duì)可靠性的關(guān)注和需求都將發(fā)生變化，如何在新的形勢(shì)下開(kāi)展輸電網(wǎng)可靠性性能管理成為一個(gè)重要的課題。

國(guó)內(nèi)學(xué)者借鑒國(guó)外的研究成果開(kāi)展了相關(guān)研究，文獻(xiàn)［1］參考北美的輸電能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合國(guó)內(nèi)電網(wǎng)特征，改進(jìn)性地提出了國(guó)家電網(wǎng)公司基于回路的輸電系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和計(jì)算方法。文獻(xiàn)［2］參考北美輸電系統(tǒng)輸電服務(wù)能力評(píng)價(jià)體系，提出了適應(yīng)于中國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀的連接點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。文獻(xiàn)［3］介紹了北美以及英國(guó)所使用的輸電系統(tǒng)可靠性性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)對(duì)比得到我國(guó)與英國(guó)、北美評(píng)價(jià)指標(biāo)方面的差異。上述研究都是在北美評(píng)價(jià)體系基礎(chǔ)上建立的國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，雖稍有改進(jìn)但未跳出總體框架，而且對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有管理體系的問(wèn)題和需求分析不足。

本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外輸電網(wǎng)可靠性性能管理全面調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外管理體系的差異，提出了國(guó)內(nèi)目前存在的問(wèn)題，分析了電力改革形勢(shì)下國(guó)內(nèi)對(duì)輸電網(wǎng)可靠性性能管理的需求，并論證了未來(lái)管理中所需的關(guān)鍵技術(shù)。

1、國(guó)內(nèi)外輸電網(wǎng)可靠性性能管理現(xiàn)狀及對(duì)比

1.1國(guó)內(nèi)輸電網(wǎng)可靠性性能管理現(xiàn)狀及成效分析

1.1.1管理現(xiàn)狀

中國(guó)對(duì)輸電網(wǎng)可靠性性能管理還處于設(shè)施可靠性管理階段。

1）標(biāo)準(zhǔn)體系。2003年電力可靠性管理中心組織制定的《輸變電設(shè)施可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程》正式簽發(fā)實(shí)施，并于2012年進(jìn)行修訂和完善，用于指導(dǎo)各電網(wǎng)公司輸變電設(shè)施可靠性工作的開(kāi)展。2010年，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布了《輸電系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)實(shí)施（試行稿）》，提出了輸電系統(tǒng)回路的概念，在此后的可靠性信息管理系統(tǒng)中，13類輸變電設(shè)施全部被關(guān)聯(lián)到三大回路中。

2）數(shù)據(jù)采集及評(píng)價(jià)系統(tǒng)。評(píng)價(jià)規(guī)程出臺(tái)后，電力可靠性管理中心建立了一系列以輸變電設(shè)施為對(duì)象的可靠性信息管理系統(tǒng)，在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用。2009年，國(guó)家電網(wǎng)公司在已有推廣系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS），實(shí)現(xiàn)了設(shè)施及生產(chǎn)運(yùn)行的全過(guò)程管理。

現(xiàn)階段，國(guó)家電網(wǎng)公司所使用的信息系統(tǒng)結(jié)合了資產(chǎn)全壽命周期管理研究的課題成果；通過(guò)科學(xué)的歷史數(shù)據(jù)分析挖掘，準(zhǔn)確、及時(shí)的當(dāng)前狀態(tài)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了前瞻性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。信息系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系見(jiàn)圖1。

3）評(píng)價(jià)體系。中國(guó)建立了較全面的設(shè)施可靠性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，該體系主要分為時(shí)間類以及次數(shù)類兩大類。指標(biāo)體系是對(duì)輸變電設(shè)施是否可用的量化描述，是規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)施制造、安裝調(diào)試、生產(chǎn)運(yùn)行、檢修維護(hù)、生產(chǎn)管理等各個(gè)環(huán)節(jié)綜合水平的度量。

1.1.2工作成效

中國(guó)的可靠性管理歷經(jīng)30多年的發(fā)展，取得了顯著的成效，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）促進(jìn)了設(shè)施制造質(zhì)量的提高。

通過(guò)對(duì)全國(guó)可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，因產(chǎn)品質(zhì)量不良造成的非計(jì)劃停運(yùn)事件總數(shù)呈逐年下降趨勢(shì)。

2）促進(jìn)了設(shè)施運(yùn)維管理精益化水平的提高。

為了減少檢修帶來(lái)的停運(yùn)，各電網(wǎng)公司紛紛嘗試開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修，使得110（66）kV及以上輸變電設(shè)施大修次數(shù)和工作量、維修試驗(yàn)次數(shù)和工作量逐年減少，輸變電設(shè)施的計(jì)劃停運(yùn)率逐年下降。

3）輸變電可靠性指標(biāo)管理手段和管控水平有效提高。

通過(guò)對(duì)可靠性指標(biāo)的管控，促進(jìn)了電網(wǎng)企業(yè)改進(jìn)管理手段，如科學(xué)安排檢修和維護(hù)，減少重復(fù)停運(yùn)率；排查輸變配電設(shè)施安全隱患及缺陷，降低故障次數(shù)；開(kāi)展規(guī)劃、采購(gòu)、檢修、調(diào)度多部門協(xié)同工作以提高系統(tǒng)可靠性。

1.2?國(guó)外輸電網(wǎng)可靠性性能管理體系與發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，各國(guó)針對(duì)輸電網(wǎng)可靠性性能建立的管理體系具有一定共性，本文選擇開(kāi)展輸變電可靠性性能管理較早、管理體系較為完善并且管理成效顯著的北美地區(qū)作為分析對(duì)比對(duì)象。

1.2.1管理機(jī)構(gòu)及評(píng)價(jià)體系

1）管理體系。NERC對(duì)電壓等級(jí)大于等于200kV的4類輸電設(shè)施進(jìn)行管理。作為北美地區(qū)輸變電系統(tǒng)性能管理的核心機(jī)構(gòu)，NERC的主要職責(zé)包括：制定發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)，并監(jiān)督相關(guān)企業(yè)強(qiáng)制執(zhí)行；負(fù)責(zé)發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評(píng)估工作；對(duì)發(fā)輸電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，組織典型事故調(diào)查；負(fù)責(zé)行業(yè)內(nèi)的培訓(xùn)和運(yùn)行人員認(rèn)證等工作。管理體系見(jiàn)圖2。

2）數(shù)據(jù)采集流程。北美地區(qū)將數(shù)據(jù)收集分為兩個(gè)階段：第一階段僅收集自動(dòng)報(bào)告的停電故障數(shù)據(jù)，包括持續(xù)（永久性）停電故障和瞬間停電故障（不到1min），表征設(shè)施在無(wú)人為調(diào)控因素干擾的狀態(tài)下的運(yùn)行可靠性情況；第二階段收集非自動(dòng)報(bào)告的停電故障數(shù)據(jù)，包括計(jì)劃停運(yùn)和運(yùn)行停運(yùn)，表征人為調(diào)控因素對(duì)設(shè)施可靠性的影響，一定程度體現(xiàn)出相關(guān)輸變電調(diào)控人員的工作質(zhì)量。兩階段數(shù)據(jù)收集、分析和報(bào)告流程見(jiàn)圖3。

各環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)部門的具體職責(zé)：TO負(fù)責(zé)按上級(jí)要求收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；RC負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)檢查，事故編號(hào)并評(píng)估同一結(jié)構(gòu)故障引發(fā)的多條線路停電事故；NERC負(fù)責(zé)對(duì)涉及多個(gè)區(qū)域電力可靠性管理中心的停電事故進(jìn)行事故編號(hào)，并補(bǔ)充缺省數(shù)據(jù)，計(jì)算可靠性指標(biāo)，制定一份年度報(bào)告。

3）評(píng)價(jià)體系。北美地區(qū)現(xiàn)階段所使用的設(shè)施可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要體現(xiàn)了設(shè)施發(fā)生瞬時(shí)停運(yùn)和持續(xù)停運(yùn)的頻率、設(shè)施故障時(shí)間的數(shù)據(jù)分布、故障設(shè)施占比以及同桿并架線路運(yùn)行狀況。NERC根據(jù)這些指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果每年發(fā)布一次公開(kāi)報(bào)告顯示每個(gè)地區(qū)以及全國(guó)水平，提供可用于提高可靠性的數(shù)據(jù)，并向每個(gè)輸電公司提供相同規(guī)格的設(shè)施情況內(nèi)部報(bào)告。

1.2.2發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，北美的輸電網(wǎng)可靠性性能管理主要是以州（?。橹黧w的可靠性指標(biāo)評(píng)價(jià)，存在一定不足。經(jīng)分析，北美地區(qū)的輸變電系統(tǒng)性能管理體系有如下發(fā)展趨勢(shì)。

1）分散管理向集中管理發(fā)展。

大容量、遠(yuǎn)距離傳輸已成為當(dāng)代電力系統(tǒng)的主要特征，系統(tǒng)日益龐大、復(fù)雜，傳統(tǒng)的以州（?。橹黧w的分散管理模式已難以適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)對(duì)資源配置和電能交換的要求。

2）行政化向市場(chǎng)化發(fā)展。

與傳統(tǒng)的行政手段相比，市場(chǎng)化管理較少干涉企業(yè)的內(nèi)部事務(wù)，完全以結(jié)果為導(dǎo)向。通過(guò)市場(chǎng)來(lái)引導(dǎo)企業(yè)決策，可兼顧供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

3）單一指標(biāo)管理向指標(biāo)、統(tǒng)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)流程并重的方向發(fā)展。

輸變電可靠性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系及其統(tǒng)計(jì)方法趨同化、標(biāo)準(zhǔn)化，并側(cè)重于從輸電系統(tǒng)的角度對(duì)輸變電設(shè)施和輸電網(wǎng)性能進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。

4）輸電網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)向電力系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)發(fā)展。

可靠性評(píng)價(jià)趨向于將發(fā)電、輸電以及配電各自獨(dú)立的評(píng)價(jià)聯(lián)合，形成包含整個(gè)電力系統(tǒng)各部分的整體評(píng)價(jià)。

5）可靠性評(píng)價(jià)向可靠性性能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)發(fā)展。

2009年開(kāi)始NERC逐步建立起以發(fā)、輸電系統(tǒng)可靠性為基礎(chǔ)，同時(shí)涵蓋需求側(cè)信息的數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。并建立了基于事件驅(qū)動(dòng)、基于運(yùn)行狀態(tài)驅(qū)動(dòng)和基于標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)的電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，從每天、月、年、多年多個(gè)時(shí)間尺度對(duì)運(yùn)行的電力系統(tǒng)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱點(diǎn)，提出未來(lái)運(yùn)行和規(guī)劃的重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題。

1.3國(guó)內(nèi)外對(duì)比分析

由于中國(guó)在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面只包含設(shè)施可靠性管理，因此本文主要將國(guó)家電網(wǎng)公司與北美的管理體系進(jìn)行對(duì)比分析，內(nèi)容主要集中于設(shè)施的基本信息記錄、可靠性指標(biāo)評(píng)價(jià)以及可靠性管理成效3個(gè)方面。

1.3.1設(shè)施狀態(tài)分類方法差異

中國(guó)與北美所使用的設(shè)施狀態(tài)分類方法。

北美對(duì)不可用狀態(tài)的分類以自動(dòng)和非自動(dòng)劃分，能夠體現(xiàn)自動(dòng)化水平的影響。同時(shí)自動(dòng)停電又劃分為瞬時(shí)和持續(xù)，體現(xiàn)出更加注重停運(yùn)的后果。中國(guó)對(duì)可用狀態(tài)的劃分，一定程度上可以反映設(shè)施利用率。同時(shí)對(duì)停運(yùn)狀態(tài)的細(xì)致分類，更多強(qiáng)調(diào)的是停運(yùn)原因和時(shí)間，有助于發(fā)現(xiàn)運(yùn)行管理中的問(wèn)題。狀態(tài)劃分的差異與管理目的有必然的聯(lián)系，北美的標(biāo)準(zhǔn)立足于監(jiān)管，而中國(guó)既立足于監(jiān)管，同時(shí)又要服務(wù)于企業(yè)。

1.3.2設(shè)施可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)差異

中國(guó)與北美的設(shè)施可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)都分為時(shí)間以及頻率兩大類。①針對(duì)時(shí)間類指標(biāo)，北美以描述停運(yùn)時(shí)間數(shù)據(jù)分布的指標(biāo)為主，中國(guó)以不同停運(yùn)狀態(tài)占總運(yùn)行時(shí)間比例的指標(biāo)為主。②針對(duì)頻率類指標(biāo)，北美與中國(guó)大部分指標(biāo)的差異與兩方設(shè)施狀態(tài)分類的差異相同，同時(shí)兩方也各有一些特色指標(biāo)，如中國(guó)建立了反映設(shè)施利用率的暴露率指標(biāo)，北美建立了反映設(shè)施之間互相影響的共因停運(yùn)指標(biāo)和反映設(shè)施本身質(zhì)量情況的故障元件比例指標(biāo)。

1.3.3系統(tǒng)可靠性指標(biāo)對(duì)比

目前，北美輸變電系統(tǒng)可靠性性能評(píng)價(jià)分為輸電能力和輸電服務(wù)能力。而中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司目前的評(píng)價(jià)只局限于輸電能力。北美和中國(guó)針對(duì)輸電能力的評(píng)價(jià)都是基于回路的“設(shè)施組”可靠性展開(kāi)的［10］。北美的回路只限于電纜、架空線、直流線路等輸電回路，而中國(guó)包括輸電、變電、母線三種回路，相比之下中國(guó)統(tǒng)計(jì)的更加全面。兩方在輸電回路的狀態(tài)劃分也少有差別，類似設(shè)施狀態(tài)劃分。

1.3.4設(shè)施故障原因分類設(shè)置的差異

故障原因分類設(shè)置是故障分析的基礎(chǔ)，北美NERC按照故障原因占比劃分了12大類故障原因，包括天氣、雷電、環(huán)境因素、污染、外部因素、火災(zāi)、惡意破壞等共43項(xiàng)，比較簡(jiǎn)單實(shí)用。中國(guó)把故障原因分為責(zé)任原因和技術(shù)原因，設(shè)定的故障原因采用全覆蓋的思路，其中責(zé)任原因分為10大類，包括爆炸、指揮不當(dāng)、錯(cuò)用材料、封堵不嚴(yán)等共93項(xiàng)；技術(shù)原因分為8大類，包括斷裂、單相短路、漏油等137項(xiàng)。相比國(guó)外來(lái)說(shuō)，中國(guó)的停運(yùn)原因分類相對(duì)復(fù)雜。

1.3.5現(xiàn)階段設(shè)施可靠性水平對(duì)比分析

由于兩方之間存在管理的差異性，因此選擇2010–2014年兩方評(píng)價(jià)方式相同的線路和變壓器的可用率作為可靠性水平的比較對(duì)象。同時(shí)基于兩方故障原因的差異，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)兩方的實(shí)際設(shè)施故障原

因進(jìn)行對(duì)比分析。

1）輸變電設(shè)施的可用性對(duì)比及分析。

對(duì)比范圍內(nèi)兩方的線路和變壓器的可用率變化情況。

顯然，中國(guó)輸變電設(shè)施的可用性明顯高于北美地區(qū)，交流線路可用率平均高出約1個(gè)百分點(diǎn)，變壓器可用率平均高出2.6個(gè)的百分點(diǎn)。通過(guò)計(jì)算設(shè)施的計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間與非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間的比值，深入分析兩方輸變電設(shè)施的可用性管理水平，見(jiàn)表1、表2。

由表1、表2可以看出，北美地區(qū)的計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間與非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間的比值水平明顯優(yōu)于中國(guó)，2011年的變壓器時(shí)間比值甚至相差了接近100倍。這說(shuō)明，北美地區(qū)關(guān)于輸變電設(shè)施計(jì)劃?rùn)z修方案的管理方式明顯優(yōu)于中國(guó)。

2）輸變電設(shè)施故障原因比例對(duì)比。

2012–2014年NERC統(tǒng)計(jì)的引起輸變電設(shè)施故障的各原因的次數(shù)表明：天氣因素、誤操作、交流線路和變電站設(shè)施故障占了所有故障原因中的55.21%，同時(shí)，存在20.79%的停運(yùn)事件故障原因不明。在相同統(tǒng)計(jì)年限里，中國(guó)主要的故障原因?yàn)闅夂蛞蛩亍⒆匀粸?zāi)害、外力損壞和產(chǎn)品質(zhì)量不良，4類原因造成的非計(jì)劃停運(yùn)事件占停運(yùn)事件總數(shù)的78.75%，同時(shí)中國(guó)有6.48%的非計(jì)劃停運(yùn)事件的責(zé)任原因不明。