输电线路最佳经济寿命区间评估

张红霞

摘要：为提高电网规划与运维决策的科学性，提出了一种以全寿命周期年平均成本最小为依据的 输电线路最佳经济寿命区间评估方法。该方法在计算输电线路故障率时，不仅考虑了线路役龄，还考虑了气候与自然灾害、地理与外力破坏环境因素，以及部件与土建、运行与检修质量状况对输电线路故障率的影响；并采用最小二乘支持向量机按故障后果严重程度分别计算一般故障、较大故障 和严重故障3类故障率，使得故障率的计算更加可信。此外，该方法采用区间分析法计算输电线路 寿命周期的各项成本，消除了单一定值带来的成本计算误差。算例验证了输电线路最佳经济寿命区间评估方法的有效性，并指出了评估结果对电网规划与运维决策的指导作用。

关键词：输电线路；经济寿命评估；最小二乘支持向量机；全寿命周期成本；区间分析法0

引言 由于历史背景和经济发展等多方面原因，国内电网是由不同役龄跨度和不同工艺水平的新旧设备混合构成的。随着经济快速发展，高供电可靠性 要求与土地资源紧张等因素导致电网建设困难的矛 盾Et益突出，对电网运维决策以及规划改造提出了更高的科学性要求。作为电网的重要组成部分，输 电线路长期处于环境恶劣的野外且运行工况复杂多样D]，不同役龄线路都有可能出现故障率偏高、部件 更换频繁等情况，因此，对具有一定役龄的输电线路进行寿命评估，不仅可以指导运维工作，有效避免过高的故障率造成大量经济损失，并且可用于指导未来电网的规划和改造，高效利用土地资源，降低电网建设成本。目前，对输电线路运行状况的评估已有些研究[4]，而对寿命评估研究却很少。在工程界，大多依靠主观经验人为判定输电线路的使用寿命。有部 分学者通过对输电线路典型部件物理机理的研究给出部件寿命[6。7]，但由于不同类型输电线路之间物理结构差异较大以及技术规范多有不同[8]，至今尚未制定出统一的线路寿命评判标准。经济寿命的评 估虽只涉及资金收支，但在考虑成本等经济性指标时综合了故障率等可靠性指标[1…，故对输电线路进行经济寿命评估更为可行。根据全寿命周期成本理论，输电线路固定初始投入成本的年均值逐年减少，但运维成本随着运行 年数的增加不断提高，当运行至总成本年均值最小时，输电线路的经济效益最佳。由于输电线路的维修成本和故障成本与故障率关系密切，因此输电线 路的故障率预测是评估线路经济寿命的前提。目前被广泛应用的电力设备故障率模型主要有2类：一类是基于时问统计分析的故障率模型，如基于役龄的威布尔分布模型；另一类是基于设备状态评价结果的故障率模型，如国家电网公司颁布的《输变电设备风险评估导则》中的指数模型。上述模型本身具有一定的粗糙性，如基于时间统计的故障率 模型只关心设备运行时间，不考虑故障影响因素和严重程度；基于设备状态评估结果的故障率模型，虽然考虑了设备健康状态和一些影响因素，但主要考虑的是设备本身的内因，没有考虑诸如环境、气候等获得共识的影响故障率的外因。因此，目前还缺乏更细致的能全面考虑影响因素的故障率模型。此外，故障率预测结果的误差和全寿命周期成本部分参数粗略计算的主观性口使得采用定值计算的经济寿命结果有较大偏差。针对上述问题，本文提出了一种输电线路最佳经济寿命区间评估方法。首先，对除了役龄以外的影响输电线路故障率的关键因素进行了分析，建立了线路运行环境和质量状况评估模型；然后，按照故障后果严重程度将故障分为一般故障、较大故障、严重故障3种类型，并采用最小二乘支持向量机分别计算了各类故障率；接着，以全寿命周期年平均成本最小为依据建立了输电线路最佳经济寿命区间评估模型，模型计算时采用了区间分析法，可以减少故障率预测结果以及其他经济数据误差对寿命预测结果的影响；最后，用算例验证了本文所提出方法的有效性和评估结果对电网规划及运维决策的指导作用。

1 输电线路运行环境和质量状况评估

土建基础H，s 曩霁妻黼降、位移情况护输电线路的老化与故障往往与其所处的外部运 行环境和自身质量状况有较大关系。考虑到输电线路各类评估指标的模糊性，综合运用模糊综合评判法与层次分析法建立输电线路的运行环境和质 量状况评估模型。

1．1 线路评估因素集、指标集和评语集的建立 根据电力企业的多年运维管理经验，造成线路 老化和故障的环境因素主要与沿途气候和地理环境 有关，质量状况则主要由部件土建状况和运行检修 历史体现。

2输电线路故障率预测模型 输电线路的故障率与役龄、运行环境和质量状 况评分的函数关系是不明确的，为此需利用样本线路数据采用人工智能算法进行训练和误差分析，建立故障率预测模型，并对待评估线路进行故障率预测。由于获得大量样本较为困难，因此采用最小二乘支持向量机算法，该算法具有小样本训练拟合结果较优的特点。

2．1 样本线路历史数据训练和误差分析

关于函数估计的最小二乘支持向量机算法，本文取径向对称的高斯函数作为核函数。对训练样本线路的输入信息有以下说明。1)输电线路电压等级不同，故障率差别较大，因此对输电线路故障率进行训练计算时，采用相同电压等级的输电线路数据。

2．2待评估线路的故障率区间预测 经济寿命评估工作往往针对具有一定役龄的输电线路进行。因此，对待评估线路进行故障率预测时，该条线路的运行环境因素集评分S和SE。按投运后线路走廊历年环境状况来判定，质量状况因素集评分SH、和SH，按照线路历年运行检修记录和状态评估结果来评定。

3 输电线路年平均成本区间计算

由不同故障严重程度的故障率来计算维修成本和故障成本将更加准确。下面根据输电线路3类故障率进行年平均成本分析和区间化计算，求取输电线路的年平均成本。

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结语 本文研究了输电线路最佳经济寿命区间的评估方法，该方法具有如下特点。 I)与以往单变量的输电线路故障率曲线拟合预测模型相比，本文结合了输电线路老化和故障“多因素影响、多后果构成”的复杂特性以及故障率误差分析，使得输电线路故障率预测结果更加合理。2)对输电线路进行年均成本分析与区间化，并以年均成本最小作为依据求得线路最佳经济寿命区间，充分考虑了不确定信息对线路经济寿命评估结果的影响，提高了结果的可信度和合理性。 3)评估结果能结合电网实际情况，对电网规划和运维决策提供直接指导。需指出的是，由于本文使用的输电线路故障率样本较少，同时样本主要为某一地区的线路，导致部分因素集的评估结果变化不大。倘若能获得更多样本，如全国范围数据，那么可以对气候与自然灾害环境等因素对故障率的影响作进一步细致研究，这将成为条件成熟时可以继续研究的内容。

参考文献

[1]王慧芳，杨荷娟，何奔腾，等．输变电设备状态故障率模型改进分 析[J]．电力系统自动化．2011．35(16)：27—31．

[2]王一，何奔腾，王慧芳．基于全寿命状态的设备可靠性研究【J】．电网技术．2011，35(8)：207—211．

[3]孙荣富，程林．孙元章．基于恶劣气候条件的停运率建模及电网充裕度评估[J]．电力系统自动化，2009，33(13)：8-12．

[4]王孔森，盛戈蚌，王葵，等．输电线路动态增容运行风险评估口]．电力系统自动化，2011，35(23)：11-15．

[5]段涛，罗毅，施琳，等，计及气象因素的输电线路故障概率的实时评估模型【J】．电力系统保护与控制，2013．41(15)：59—67．