電力系統(tǒng)技術(shù)性能的可靠性概念

電力系統(tǒng)技術(shù)性能的可靠性概念

保證對各類用戶的連續(xù)可靠供電，一直是電力系統(tǒng)規(guī)劃

設(shè)計(jì)和運(yùn)行部門所十分關(guān)注的問題，并作為衡量電力系統(tǒng)技

術(shù)性能的一個(gè)重要尺度。為此，我們先就可靠性的一般概念

作一下介紹。

一、電力系統(tǒng)的評估

通常評估一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度講，主

要涉及以下幾個(gè)方面：

1.電能質(zhì)量的好壞：即指系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，其周波和電

壓的變化應(yīng)滿足規(guī)程要求的范圍內(nèi)，否則偏移過多，用戶既

使能夠使用電能也將造成不良后果。例如電機(jī)不能起動(dòng)；影

響一些設(shè)備壽命等。因此，如何保證并改善系統(tǒng)的電能質(zhì)量，

涉及采取調(diào)壓措施、調(diào)整運(yùn)行方式、改善潮流分布、提高穩(wěn)

定能力等。

2,運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性：一般說來，電力工程項(xiàng)目不僅投資巨

大，而且運(yùn)行壽命較長，因此，它的運(yùn)行是否經(jīng)濟(jì)就現(xiàn)得十

分重要。電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性主要表現(xiàn)在發(fā)電費(fèi)用（燃料）、

電能損耗和維護(hù)檢修費(fèi)用的高低，對于發(fā)電環(huán)節(jié)主要是節(jié)約

煤耗問題，而對于配電網(wǎng)則主要集中在如何降低網(wǎng)損問題上。

因而這涉及到規(guī)劃改造電網(wǎng)構(gòu)造、提高自動(dòng)化管理水平、改

良設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、開展無功補(bǔ)償?shù)取?/p>

3,供電的可靠性。這是我們要研究的問題。眾所周知,

供電可靠性是衡量電力系統(tǒng)技術(shù)性能的一個(gè)重要判據(jù)，同時(shí)

也是配電網(wǎng)的第一質(zhì)量指標(biāo)，配電網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Ω黝愑秒娪脩?/p>

實(shí)現(xiàn)連續(xù)可靠供電是衡量這個(gè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能優(yōu)劣的一個(gè)重

要尺度或標(biāo)準(zhǔn)。顯然，如果沒有供電可靠性這一前題，不僅

網(wǎng)絡(luò)的其它技術(shù)指標(biāo)要求無法到達(dá)，而且還將造成較大的經(jīng)

濟(jì)損失。

因此，供電可靠性已成為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

的重要條件，如果沒有這一前提，電能質(zhì)量指標(biāo)將達(dá)不到規(guī)

定要求，同時(shí)也會(huì)增加經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)當(dāng)說，供電可靠性是系

統(tǒng)發(fā)輸供各環(huán)節(jié)的綜合表達(dá)，因此通過供電可靠性分析，基

本可以反映出所評估的系統(tǒng)在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兩方面所表現(xiàn)的

綜合效果。

二、可靠性的概念

在生產(chǎn)、工作和生活等各方面人們都在使用可靠性這一

概念對事物開展評價(jià)和比較，如某種產(chǎn)品耐用或不耐用，某

個(gè)人可信或不可信，供電是否可靠等等。但這種定性的可靠

性認(rèn)識一般只能用在較簡單事物的評價(jià)和比較上，并且給人

的印象是模糊的，缺乏嚴(yán)格的定量標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)的分析方法。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備和系統(tǒng)的構(gòu)造越來越復(fù)雜,

對于復(fù)雜的設(shè)備、系統(tǒng)和事物，僅僅用定性可靠性評價(jià)已不

能滿足生產(chǎn)和工作的需要，必須用現(xiàn)代科技理論和計(jì)算手段

開展定量的可靠性分析和計(jì)算，才能正確的評價(jià)和改善復(fù)雜

設(shè)備、系統(tǒng)和事物的可靠性。因此，可靠性學(xué)科的產(chǎn)生和發(fā)

展是現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然需要，并已逐步成為一門獨(dú)立

的學(xué)科，應(yīng)用于各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。

所謂可靠性（Reliability,縮寫用R表示），是指元件、

設(shè)備和系統(tǒng)在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的

概率。其中預(yù)定的時(shí)間是可靠性定義的核心，因?yàn)椴徽剷r(shí)間

則無可靠性而言，但時(shí)間長短卻因不同元件或研究對象而異。

規(guī)定的條件，主要指元件或系統(tǒng)的使用環(huán)境、維護(hù)方式、操

作技術(shù)等方面的不同對可靠性造成的不同影響。

規(guī)定的功能，通常用元件或系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)來表示,

如電氣元件的額定功率、電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓等。如果元件

或系統(tǒng)在運(yùn)行中各項(xiàng)指標(biāo)到達(dá)預(yù)定的要求，則稱能夠完成規(guī)

定的功能，否則稱為喪失功能。一般把元件或系統(tǒng)喪失規(guī)定

功能的狀態(tài)，稱為失效或故障。概率是個(gè)數(shù)學(xué)概念，將可靠

性定義為一個(gè)概率量便使得元件或系統(tǒng)的可靠性有了可以

測度和計(jì)算的定量標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)量刻畫。

因此，可靠性問題就是在一定規(guī)定條件下，研究元件或

系統(tǒng)發(fā)生失效的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，而概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)則是可靠性

分析的理論根底。

從可靠性研究的對象而言，元件、設(shè)備和系統(tǒng)根據(jù)使用

過程的不同，分為可修復(fù)和不可修復(fù)兩大類。可修復(fù)元件、

設(shè)備和系統(tǒng)是指它們損壞后經(jīng)過修理能恢復(fù)到原有功能而

可以再投入使用者。電力系統(tǒng)設(shè)備如發(fā)電機(jī)，變壓器等幾乎

都是可修復(fù)元件。

不可修復(fù)元件、設(shè)備和系統(tǒng)是指它們在損壞后無法修復(fù)

或無修復(fù)價(jià)值者（即指故障的一次性）。在研究兩類不同對象

的可靠性問題時(shí)，我們需用具體的可靠性指標(biāo)來衡量。對不

可修復(fù)元件、設(shè)備和系統(tǒng)常用在規(guī)定條件下和預(yù)定時(shí)間內(nèi)未

發(fā)生故障這一事件的概率作為可靠性指標(biāo)，稱為可靠度。而

對可修復(fù)元件、設(shè)備和系統(tǒng)除了要測度它們發(fā)生故障的概率

外，還要計(jì)算它們在發(fā)生故障后可修復(fù)的概率.

因此，它們的可靠性指標(biāo)常用可用度來表示，其定義為:

可修復(fù)元件、設(shè)備和系統(tǒng)在長期運(yùn)行中處于或準(zhǔn)備處于工作

狀態(tài)的時(shí)間所占的比例。實(shí)際上，可用度也是一個(gè)概率值。

在實(shí)際應(yīng)用中，為便于開展可靠性分析，對不同的元件、設(shè)

備和系統(tǒng)還定義了若干個(gè)其他的可靠性指標(biāo)，這些可靠性指

標(biāo)也都是用概率量或統(tǒng)計(jì)量來表示的。

可靠性指標(biāo)類別包括有：

1.概率指標(biāo)，如可靠度，可用度等；

2.頻率指標(biāo)，定義為元件在單位時(shí)間內(nèi)的平均故障次數(shù)

（即狀態(tài)變化次數(shù)）；

3.時(shí)間指標(biāo),如元件平均持續(xù)工作時(shí)間。

對于電力系統(tǒng)可靠性分析，則常由一些特定的指標(biāo)來描

述，但這些指標(biāo)的本質(zhì)都是概率量。

三、研究電力系統(tǒng)可靠性的任務(wù)

研究電力系統(tǒng)可靠性的任務(wù)，就是從電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)、

各個(gè)方面研究系統(tǒng)的故障現(xiàn)象，提出定量的評價(jià)指標(biāo)和提高

可靠性的措施。其任務(wù)大致為以下幾個(gè)方面：

(1)研究與制定單個(gè)元件和由元件組成的系統(tǒng)的可靠

性指標(biāo)與統(tǒng)計(jì)方法，可靠性指標(biāo)就是可靠性管理的目標(biāo)。

(2)根據(jù)可靠性計(jì)算指標(biāo)，結(jié)合被研究對象的具體情

況研究和制定可靠性的計(jì)算、預(yù)測與評價(jià)方法。

(3)尋找提高被研究對象可靠性的途徑和方法。

(4)研究可靠性與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)配合。

其中前兩項(xiàng)主要是以概率論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)為理論根底，將

可靠性問題實(shí)現(xiàn)定量分析。

關(guān)于可靠性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，首先應(yīng)當(dāng)明確，提高可靠

性是目的，但經(jīng)濟(jì)投入則是約束?？煽啃耘c經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系實(shí)

際是指研究可靠性投資與可靠性效益之間的關(guān)系，屬于最優(yōu)

可靠性水平的設(shè)計(jì)問題。實(shí)際上，可靠性問題是供需雙方共

同關(guān)心的，對于電力系統(tǒng)，可靠性的價(jià)值就是連續(xù)供電的價(jià)

值，而對用戶來說，連續(xù)供電的價(jià)值取決于它們在用電中所

能得到的效益。

顯然，可靠性低往往造成缺電和停電，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損

失和社會(huì)損失。但另一方面若提高可靠性，電力生產(chǎn)部門就

要增加投資，而這部分投資是應(yīng)由用戶作為電費(fèi)的一部分來

負(fù)擔(dān)的。因此，電力部門就需要研究投資與提高系統(tǒng)可靠性

水平間的關(guān)系，以便對不同方案開展經(jīng)濟(jì)評價(jià)，為電力系統(tǒng)

規(guī)劃設(shè)計(jì)及技術(shù)改造措施提供決策的依據(jù)。

隨著國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的現(xiàn)代化發(fā)展，人們對電能的依賴

越來越大，而停電所造成的社會(huì)損失也越大，社會(huì)對供電可

靠性的要求就越高。但是，提高可靠性水平和開展可靠性管

理，就需要增加許多的費(fèi)用投入，這些費(fèi)用既包括一次性投

資，也包括經(jīng)常性運(yùn)行費(fèi)用，它們都要加到生產(chǎn)成本中去。

因此，這就需要我們研究提高可靠性途徑及措施。

一般來說，提高系統(tǒng)可靠性主要有兩個(gè)途徑：一是提高

組成系統(tǒng)各元件的可靠性，二是增加冗余度。元件可靠性涉

及加強(qiáng)元件在生產(chǎn)、使用、檢修、維護(hù)等環(huán)節(jié)的可靠性管理，

以提高元件的質(zhì)量，或采用高可靠元件。這里冗余度是表

示備用容量的含義，沒有備用容量的系統(tǒng)是不會(huì)有高可靠性

水平的，如發(fā)電系統(tǒng)的冗余度表示為系統(tǒng)中安裝的發(fā)電機(jī)容

量大于系統(tǒng)負(fù)荷，配電系統(tǒng)的冗余度表示為配電線路的傳輸

容量大于用戶負(fù)荷等等。

因此，系統(tǒng)可靠性總是和冗余度聯(lián)系在一起的。顯然,

要提高可靠性水平，所需投入的費(fèi)用就越多，但同時(shí)可靠度

越高，停電損失越小，經(jīng)濟(jì)效益就越明顯。為了解決可靠性

與經(jīng)濟(jì)性之間的這個(gè)矛盾，在可靠性工程中則是采用最優(yōu)協(xié)

調(diào)的原則確定對策。

但是，從總的經(jīng)濟(jì)效果出發(fā)，對可靠性要求并非都是越

高越好，而是應(yīng)從為提高可靠性所付出的代價(jià)是否合理，即

以總費(fèi)用最低的原則來確定可靠性水平的目標(biāo)值。

圖6-1表示了電力系統(tǒng)的可靠度與費(fèi)用的關(guān)系。圖中,

曲線C表示可靠性管理費(fèi)用與可靠度的關(guān)系；曲線D表示停

電損失費(fèi)與可靠度的關(guān)系。C+D曲線表示系統(tǒng)的總費(fèi)用與可

靠度的關(guān)系。

這是一條下凹的曲線，有一個(gè)經(jīng)濟(jì)上的最正確點(diǎn)（總費(fèi)

用最少），它就是系統(tǒng)可靠度追求的目標(biāo)值。

由上圖分析，提高可靠性招使停電損失費(fèi)降低，但另一

方面又使投資費(fèi)用增加。顯然，由于經(jīng)濟(jì)上的約束，要求系統(tǒng)

對用戶供電絕對可靠實(shí)際上是不可能的。為此在確保系統(tǒng)可

靠性處于較合理的范圍內(nèi)，各國對電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中

都制定了相應(yīng)的可靠性準(zhǔn)則。

四、可靠性評估方法

可靠性評估應(yīng)遵循一定的工作程序，一般可以分為以下

5個(gè)步驟開展：即分析過去的系統(tǒng)行為、建立元件的停運(yùn)模

型、形成元件的停運(yùn)數(shù)據(jù)庫、確定可靠性評估方法、計(jì)算可

靠性指標(biāo)和預(yù)測系統(tǒng)未來的行為。見圖6—2所示。

在可靠性評估過程中，建立可靠性評估方法是非常重要

的環(huán)節(jié)，因?yàn)樗粌H關(guān)系到可靠性評估結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且

關(guān)系到對系統(tǒng)未來行為預(yù)測結(jié)果的參考價(jià)值。因此，必須給

予高度重視。電力系統(tǒng)可靠性評估的基本思路可由三部分組

成，即形成停運(yùn)事故集合、對各停運(yùn)事故開展可靠性評化和

統(tǒng)計(jì)得到預(yù)先定義的可靠性指標(biāo)。

可靠性評估實(shí)際是研究系統(tǒng)失效的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，概括而言,

就是狀態(tài)篩選、狀態(tài)評估和指標(biāo)計(jì)算。

可靠性評估方法一般可以分為解析法和模擬法兩類，其

中解析法的特點(diǎn)是需要建立較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型開展求解，精

度相對