架空输电线路的故障模式及相关故障树分析.pdf

2 0 1 3 年第7 卷第6 期南方电网技术 2 0 1 3V 0 1 7N o 6S O U T H E R Np O W E RS Y S T E MT E C H N o L o G Y 输电线路 T r a n s m i s s i o nL i n e 文章编号：1 6 7 4 - 0 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 6 - 0 1 0 8 - 0 5中图分类号：T M 7 2 6 3文献标志码：A 架空输电线路的故障模式及相关故障树分析 刘通1 ，代洲2 ，王颂1 ，李锐海1 ，戴栋2 ( 1 南方电网科学研究院，广州5 1 0 0 8 0 ；2 华南理工大学电力学院，广州5 1 0 6 4 1 ) 摘要：架空输电线路是电力系统中的重要部分，由于自然环境、外力破坏、生产质量以及人为因素等造成了架空输电 线路等的大量故障情况，给电网的安全稳定运行带来了巨大隐患。采用故障模式及影响分析方法，详尽分析了架空输 电线路的结构组成与故障情况，得出了其故障模式分析袁；在故障模式分析表的基础上建立了基于故障模式分析的架 空输电线路故障树分析模型。 关键词：架空输电线路；故障模式；故障树 A n a l y s i so ft h eF a u l tM o d e sa n dI n t e r r e l a t e dF a u l tT r e e so fO v e r h e a d T r a n s m i s s i o nL i n e s L I UT o n 9 1 ，D A IZ h o u 2 ，W A N GS o n 9 1 ，L IR u i h a i l ，D A ID o n 9 2 ( 1 E l e c t r i cP o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t e ，C S G ，G u a n g z h o u5 1 0 0 8 0 ，C h i n a ； 2 S c h o o lo fE l e c t r i cP o w e r ，S o u t hC h i n aU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，G u a n g z h o u5 1 0 6 4 1 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h eo v e r h e a dt r a n s m i s s i o nl i n ei Sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ep o w e rs y s t e m Al a r g ea m o u n to ff a u l t sc a u s e db yn a t u r a le n v i r o n m e n t e x t e m a lf o r c e s p r o d u c t i o nq u a l i t ya n dh u m a nf a c t o r si nt h eo v e r h e a dt r a n s m i s s i o nl i n e sb r i n gg r e a th i d d e nt r o u b l et ot h e s a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o no ft h ep o w e rg r i d I nt h i sp a p e r ，t h eF a u l tM o d ea n dE f f e c tA n a l y s i si sa d o p t e dt Oa n a l y z et h ea r c h i t e c t u r ea n d t h ef a u l tc o n d i t i o no ft h eo v e r h e a dt r a n s m i s s i o nl i n e s ，a n do b t a i nt h et a b l eo ft h ef a u l tm o d ea n a l y s i s ：B a s e do nt h ef a u l tm o d ea n a l y s i st a b l e t h ef a u l tt r e ea n a l y s i sm o d e lo ft h eo v e r h e a dt r a n s m i s s i o nl i n e si Se s t a b l i s h e do nt h eb a s i so ft h ef a u l tm o d ea n a l y s i s K e yw o r d s ：o v e r h e a dt r a n s m i s s i o n1 i n e ：f a u l tm o d e s ：f a u l tt r e e 架空输电线路是电力系统中重要的组成部分， 是输电系统的命脉，它的主要作用是传输电能，其 能否保持良好的运行情况是电力系统能够安全稳定 运行的重要保障“o 。但是，由于自然环境、外力 破坏、生产质量以及人为因素等造成了架空输电线 路等的大量故障，这些故障不仅会影响架空输电线 路的输电能力，还可能造成大规模的电网停电，给 国民经济发展带来严重影响。据资料显示，2 0 1 2 年 南方电网公司由于架空输电线路故障造成线路停运 达数百次。为此，研究架空输电线路的故障模式情 况，建立架空输电线路故障树分析模型以期去提高 架空输电线路运行可靠性具有重要意义。 基金项目：国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题项目 ( 2 0 11 A A 0 5 A 1 2 0 ) 。 F o u n d a t i o ni t e m ：T h eN a t i o n a lH i g hT e c h n o l o g yR e s e a r c ha n dD e v e l - o p m e n tP r o g r a m ( 8 6 3P r o g r a m ) P r o j e c t ( 2 0 1 1 A A 0 5 A 1 2 0 ) 在本研究课题示范工程中，信息管理系统的支 撑层提供设备的状态监视、检修( 运维) 决策以及全 寿命周期绩效管理的作用，而对输变电设备进行故 障模式与故障树分析，可以构建设备的基本知识 库，为后期的健康状态评价、检修( 运维) 决策等提 供数据支撑。 本文研究了架空输电线路故障模式以及故障树 的建立方法，建立了架空输电线路故障模式分析表 以及故障树分析模型，对架空输电线路故障有效运 维具有重要意义。 1 架空输电线路故障模式分析 1 1 故障模式分析方法研究 故障模式及影响分析( f a u l tm o d ea n de f f e c ta n a l y s i s ，F M E A ) ，是对设备故障模式及影响进行全 面描述的定性分析方法，能够在设备的设计、制 造、运行各阶段有效消除可能导致严重后果的故障 万方数据 第6 期刘通，等：架空输电线路的故障模式及相关故障树分析 隐患。E M E A 以归纳的方式得到有关设备故障模式 的系统描述结果，找出设备的薄弱环节，为设备故 障诊断和维修指导工作服务。其分析结果明晰，具 有良好的扩展性，是收集各方专家知识的良好途 径7o 。本文结合架空输电线路诊断的需要，在故障 分析中引入和发展了E M E A 技术，提出针对故障分 析的F M E A 方法。参考已有的有关架空输电线路故 障的研究资料，重点深入研究了架空输电线路的模 式定义方式及其分析项目，并以此建立知识的基本 描述，为故障诊断决策提供依据。 F M E A 是一种利用表格逐一分析设备中每种可 能发生的故障模式对设备所产生的影响，并把每种 可能发生的故障模式按其危害程度予以评价的分析 方法。F M E A 分析过程，首先是定义系统，通过构 建系统的可靠性逻辑框图，分清系统中各部件的层 次和关系，然后是针对各子系统分析常见的故障模 式，及故障原因、故障影响分析项目。通过归纳故 障模式以及下级( 元、部件等) 故障对上级( 设备、 系统) 的影响，得到有关设备或系统的层次关系的 概貌，并可在F M E A 基础上对各故障模式进行定量 的危害性评价。 对架空输电线路设备进行故障模式与影响分析 的步骤如图1 所示。 图1架空输电线路故障模式分析步骤 F i g 1 F a u l tM o d eo fO v e r h e a dT r a n s m i s s i o nU n eA n a l y s i sS t e p s 首先需要收集设备的结构、功能、运行条件、 维护措施等多方信息，了解其部件的结构和功能， 收集典型故障，为故障模式、原因和影响分析积累 素材。其后的主要任务是：对设备进行系统定 义，建立可靠性逻辑框图；针对逻辑框图中各子 系统列举典型故障模式；对各故障模式的具体项 目进行分析。最后，列出架空输电线路设备各子系 统的F M E A 结果。 1 2 架空输电线路故障模式分析项目情况 故障模式分析项目主要包括“故障原因”、“故 障影响”、“维修措施”等3 项内容。 1 ) 故障原因：故障原因是指导致设备可能发 生故障或无法达到期望的性能标准的所有可能因 素，可能属于制造方面的因素，可能属于运行维护 不当，也可能是系统或环境等外界因素； 2 ) 故障影响：故障影响是在假设不进行预防 性维修情况下对故障后果的描述，包括对上一级及 其整个设备的危害。通过对故障后果的分析，可以 在故障预防过程中集中主要力量避免或降低影响严 重的故障模式； 3 ) 维修措施：维修措施是指发生故障时应该 采取怎样的处理措施，针对不同的故障模式可采用 的维修和故障排除方案。 1 3 架空输电线路故障模式分析表建立 文献 8 规定，架空输电线路由杆塔、基础、 导地线、绝缘子、金具、接地装置、附属设施以及 通道环境等八个单元组成，并且架空输电线路故障 模式分析表建立过程中故障模式的选取参考该导则 状态量部分。由于篇幅所限，以基础部分为例建立 架空输电线路故障模式分析表。 如表1 所示，基础部分故障模式分析表由故障 模式、故障原因、故障影响以及维修措施4 列组 成，完整展现了基础部分故障的整体概况以及维修 措施。架空输电线路各单元故障模式分类表见表2 。 2 架空输电线路故障树分析 2 1 故障树分析方法解析 故障树分析方法( f a u l tt r e ea n a l y s i s ，F T A ) 是一 种将设备故障形成的原因由总体到部分按树枝状逐 级细化的分析方法。它以系统最不希望发生的故障 状态作为分析的目标( 顶事件) ，找出直接导致这一 故障发生的全部因素( 中间事件) ，再寻找出造成下 一级中间事件发生的全部因素，按此方式一直追查 到那些原始的、其故障机理或概率分布都是已知 的、无需再探究的因素( 底事件) 为止。将系统故障 与这些底事件和中间事件之间的逻辑关系，采用逻 辑门联结起来形成树形图，用以表示系统故障与部 件故障之间的关系，通过分析找出导致设备发生故 万方数据 南方电网技术第7 卷 障或避免发生故障的各种途径。 9 表1 基础部分故障模式分析表 T a b 1F a u l tM o d eA n a l y s i so fF o u n d a t i o n 故障树分析法是评价设备可靠性和安全性的有 效手段，故障模式分析方法是对系统的故障模式及 影响进行定性分析，而故障树分析法则是先构建一 个体现故障间因果关系的倒树结构，然后通过树的 简化和定量计算分析设备的可靠性薄弱环节。以 F M F , A 为基础建立故障树的方法，有利于提高故障 树的客观性、全面性以及分析结果的有效性。 图2 是一个表达R V t E A 对故障树分析过程支持 的示意图m