一种配电网可靠性评估算法——改进FMEA法

三峡大学科技学院 朱新春

一种配电网可靠性评估算法
——改进FMEA法

三峡大学科技学院 朱新春

【摘要】本文在传统FMEA法原理基础上研究了一种改进FMEA法的可靠性评估算法，该方法对化简后的配电网络进行拓扑结构分析，利用了传统FMEA思路，不同之处是不必列写复杂的故障模式后果分析表，根据拓扑结构列出故障关联矩阵，通过矩阵运算得出各个负荷点的可靠性指标，最后计算出系统可靠性指标，整个计算过程用计算机进行编程。该算法思路清晰，程序简单易懂，适合于从事配电网供电可靠性评估人员。

【关键词】FMEA；可靠性评估算法；故障关联矩阵

0 引言

人们生活水平逐渐提高，科技腾飞发展，电力用户不断增多，使配电网结构变得较为复杂，电力用户对配电网供电可靠性的要求也越来越高。在对复杂的配电网进行可靠性分析时，传统的FMEA法中建立故障模式后果分析表是相当复杂的。改进FMEA法在网络化简的基础上，通过矩阵的相关运算计算出可靠性指标，相比传统FMEA法计算速度快，节约时间，提高了准确性，该算法适用于较复杂的配电网，本课题的研究解决实际问题，具有实际意义。

1 改进FMEA法介绍

1.1 网络化简法

复杂配电网的化简方法如下：以熔断器、分段开关、断路器等开关设备为界，把较为复杂的配电网化简成只含有一条主干线和几条分支线路的网络。同一段上的几条分支线路所供负荷，可以等效为一条等效分支线路给一个等效负荷供电。因为同一段的任一条分支线路故障都会影响该段其他分支线路所带负荷的供电。该段所有分支线路长度总和为等效分支线路的长度，该段所有分支线路所带负荷容量之和为等效负荷的容量，若本段中存在首段装有熔断器或其他开关设备的分支线，则该分支线不参与化简过程［1］。通过化简法将图1进行化简，等效为图2。

图1 某变电站10kV配电线路图

图2 10kV线路的简化图

1.2 矩阵确立

以图3配电网的典型接线——放射式线路为例进行分析，建立各个矩阵。表1列出用户数、用户容量等负荷数据，表2表示开关元件的故障率、修复时间、操作时间数据。

图3 配电网模型图

表1 用户负荷情况表

表2 元件相关数据表

（1）确定故障关联矩阵

对配电网网络结构进行分析，可以得出每个元件故障时，其对各个负荷的供电影响，用故障关联矩阵反应元件对负荷点是否有影响。矩阵的行代表每个元件，矩阵的列是每个负荷点，矩阵元素为各个元件对负荷点的影响，如果对应元件对负荷点有影响则矩阵相应元素为1，否则矩阵相应元素为0。分析图3配电网模型图得出故障关联矩阵F，则：

（2）确定故障停电时间矩阵

故障停电时间矩阵表明任一元件发生故障，每个负荷点的停电时间。以负荷点作为矩阵的列，各个元件作为矩阵的行，每个元件故障时，负荷点的停电时间作为矩阵元素。由于图3配电网模型图中包括分段开关和联络开关，故障线路段的前一级线路到电源点之间的线路所带负荷不受故障线路影响；故障线路之后的线路所带负荷由联络开关恢复供电，这部分负荷的停电时间是联络开关的操作时间，为0.05小时。变电站内的断路器或隔离开关故障时，可将联络开关闭合，所有负荷转为备用电源供电，负荷停电时间为联络开关的操作时间0.05小时［1］。故障停电时间矩阵T为：

（3）确定元件故障率矩阵L

根据每个元件的故障率、修复时间以及操作时间，确定故障率矩阵L。

（4）用户数矩阵H和用户容量矩阵S

根据用户负荷情况表，建立H和S。

1.3 计算可靠性指标

2 算例分析

利用改进FMEA法对图2 10kV配电网线路简化图进行供电可靠性评估，并对该方法进行验证。

2.1 可靠性原始数据

图2中设备相关数据表如表3所示，用户负荷表如表4所示。

表3 设备相关数据表

表4 用户负荷表

2.2 可靠性指标分析

用该方法对配电网进行可靠性分析，得出表5负荷点可靠性指标，图4系统可靠性指标。

表5 负荷点可靠性指标

图4 配电系统可靠性指标图

将该方法计算出的系统可靠性指标列于表6，用传统FMEA法对图2可靠性进行评估，可靠性指标亦列于表6，两种指标进行对比分析。

表6 系统可靠性指标汇总表

总之，排除FMEA法自身的误差影响，经计算可靠性指标相对误差在0～4.28%，误差最大不超过4.5%，通过对该算例的结果进行对比分析，可见该法具有较高的正确性和有效性。

3 结论

本文提出改进FMEA可靠性评估算法，该算法既继承了FMEA法评估结果准确度高等优点，又克服FMEA法不适用于大规模配电网，以及运算速度慢等缺点。通过对比分析，验证该方法是正确的，为配电网可靠性分析方法提供新的有力工具。

参考文献

［1］朱新春.含小水电的配电网供电可靠性研究［D］.宜昌∶三峡大学，2015.

作者简介：

朱新春（1984—），河北沧州人，三峡大学科技学院专任教师。