地质灾害对电网损毁性影响评估技术研究毕业论文(编辑修改稿)

地质灾害对电网损毁性影响评估技术研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

伴随引发其他地质灾害，故关于地震的研究较多。 我国关于地震对电网损毁性评估的研究，主要是在 1976 年唐山大地震之后开始的：像 1981 年对 SW1 SW220 少油断路器， FZ110 阀型避雷器， ZS220 棒式绝缘子进行的实际样件实验； 1982 年在全国地震工程科研协调会议上提出的包括电力系统在内的工程设备抗地震设计计算方法及减震消能装置的研究； 1991 年国家地震局批准了“电力系统地震灾害的预测及其防灾对策”课题，并于 1994 年 9 月完成最终成果报告 [7]。 有学者以 20xx 年汶川地震为例，列举地震中电力系统受损情况，包括：设备级、厂站级、系统级，设备级又细分为：变压器、输电线路 /塔杆、电瓷型高压电气设备、母线、蓄电池、电力电容器等 [4]。 就总的 而言，我国对于电力系统的电力设备抗震研究较少，研究的基本工作主要是围绕 110～ 220 kV 的高压电气设备进行的，对于一些超高压的电气设 备虽然进行了试验研究和实测，但由于受到条件的限制，对于 330 kV 及其以上电压等级的电气设备抗震性能的研究工作开展的较少。 随着近年来我国电网的迅猛发展 ,超高压 500 kV 已经成为我国的主干性电网设施，一些特高压 1 000 kV 的电网也在开工示范中。 因此，我国目前对于超高压和特高压电气设施的抗震研究势在必行。 像变压器类产品设计的抗震问题，国内是近些年 来才开始研究的，这方面的技术 资料比较少，有待进步一研究和探索。 对于厂站级和系统级，则要提高主要建筑的抗震性能。 国外研究现状 关于地质灾害对电力设施影响，国外的主要研究方向也是放在地震这一块儿。 如美国在 1971 年、 1989 年以及 1994 年发生了 3 次大地震，这几次地震严重破坏了美国电网的运行，因此，美国研究人员将研究重点放在电力设施的抗震上面。 以 3 次大地震为基础，进行多次实验和分析，将研究成果作详细的规划和规定，其成果取得的一个突破就是用复合材料替代瓷质，使电力系统的性能得到进一步的改善。 研究进行到 21 世纪初，美国对 电气设备的抗灾性能做了系统性的总结，而且成立了相关的委员会，此委员会是专门应对电力系统抗震性能的，包括抗震的安全性与可靠性。 这些电气系统的研究进步以改善了电气 设备的抗震性能，并使得变电站设计中的大多数具体问题迎刃而解，这样使整个电力系统的安全性与可靠性大大提高，保证电网稳定运行；因为日本是地震多发国家，故日本对此研究方面则更加深入，一直处于世界领先地位，并且对电气设备作了十分严格的规定。 以大坝和储油罐等电力设备为例来说，一定要这些设备达到在一般地震不出现主要功能故障，在大型地震中不会危及人的生命安全这个水平。 而对于一些发电设备如：发电厂和发电机组等，要达到在一般地震不会出现主要功能故障，在大地震下基电力系统还能正常稳 定运行这个要求。 基于这方面的研究，日本的电力公司将成果落实运用到防灾措施上面，这样的好处是减小建筑结构因地震受到的威胁，从而保障在灾害发生时，相关人员的救援指挥和调度工作能够顺利进行。 总而言之，自从上个世纪七十年代以来，日本在电力系统抗震研究方面有很多骄人的成绩。 在地震发生后，能迅速采取相应措施进行整改，最大可能性降低电力系统在地震中所受的损害，大大节约了震后快速恢复工作时间。 不仅如此，日本还预想 了以后的某时某地若发生特大地震，将如何评估此危险性，并在此评估方法基础上给出相应的电气设备的抗震补强方法 [4],[6]。 本文研究内容 本文主要研究地质灾害下电力系统损毁性评估方面的几大问题：第一，分析 地质灾害的成灾因子以及灾害如何作用于电网；第二，利用故障树分析法构建故障树分析计算电网损毁概率。 本文的研究是通过查阅资料，在前人的研究基础上，考虑各种大型地质灾害对电网的可能损毁性以及电力系统的风险评估与处理体系，然后构建计及地质灾害的电力系统故障概率模型研究。 此次研究地质灾害下的电力系统损毁评估重 心放在电力系统网络的抗灾性方面，同时构建计及地质灾害的电力系统故障概率模型研究。 本文结合前人研究的成果，以及地质灾害的特点，主要采用故障树分析法，从系统风险的可能性与严重性指标的计算即是失效概率和损失的计算两方面入手，来对地质灾害下的电力系统损毁性评估进行研究。 得到其故障概率，并提出相应的建设性意见。 本文的行文安排如下：第一章主要阐述地质灾害的特点、地质灾害对电网的影响以及关于此方面的国内外的研究现状；第二章主要研究电网的脆弱性、电力系统损毁评估思想以及指标体系；在第二章基础上，第三章用故障树分析法模拟计 算电力系统失效概率；第四章则根据前面的研究内容，提出相关的建议；第五章对前面做出总结，并对此研究作展望。 第 2 章 电网的地质灾害损毁性研究 电网的脆弱性研究 电网易受地质灾害影响，其根本原因是电力系统本身的脆弱性。 电力系统脆弱性定义如下：由于人为的干预，或者内部元件和保护控制系统等一系列因素的影响，电力系统中潜伏着可能的大面积停电的危险状态，一旦系统发生故障，这种危险状态就会马上暴露出来，系统能不能继续正常稳定供电是衡量其脆弱性的重要标准。 导致电力系统脆弱的原因有很多，如 ：长时间自然灾害影响、系统设备元件故障、系统本身故障、管理信息系统故障、误操作、没有对系统进行充分的安全评估、电力市场间的恶性竞争、人为的蓄意破坏等。 电力系统的脆弱性来分为外部来源和内部来源两类 [8],[9]： （ 1）外部来源。 主要包括以下 2 个方面： ，如地震、雷雨、洪水等； ，如保护系统的设置参数有误、系统操作员不小心导致错误操作以及人为的蓄意破坏等。 （ 2）内部来源。 主要包括以下 7 个方面： ，如 发电机、变压器、输电线路存在故障； ，就比如保护系统的隐性故障，并且，导致电力系统连锁性故障发生大多就是由保护系统的隐性故障引起的； ； ，自身存在问题 ，如静态、动态不稳定等； ，或者使用了错误的信息； ，比如系统状态监控的不充分等一些状况； 关于电力系统脆弱性的评估方法，国内外提出了很多种，但基本都是处于起步阶段，没有确 切的评估指标体系，因而未被广泛认可和采用。 总结而言，评估方法目前方法有 4 种：（ 1）基于概率论的评估方法；（ 2）基于暂态稳定分析的评估方法；（ 3）基于系统脆弱性理论的评估方法；（ 4）基于复杂网络理论的评估方法。 国外文献指出，电力生命线是极为脆弱的，特别是在地震发生的情况下。 经过 FMECA 方法应用描述脆弱性评估通常是在电子环境中，其使用建议用于电力线的情况下地震。 该程序给出了一系列的风险量化表，其中正确填写给出的概率风险指标为每电网成为一个有用的工具，以危害预防性修复，其中主要是在发生灾难时采取行动 [10]。 电力系统损毁评估思想 电力系统损毁性评估与电力系统的风险评估在一定程度上可以说是等同的，强调的是损失的不确定性。 在电网规模日益增大、复杂性与日俱增的今天，电力系统的安全稳定运行是极为重要的。 电力系统的安全稳定性定义是：在突发性故障引起的扰动下，系统保证避免发生严重供电中断的能力。 事故发生后，电力系统的行为分为稳态和暂态两部分，因此也将系统安全分析分为静态安全分析和动态安全分析两部分。 就传统的静态安全分析而言，其包括两个部分：系统过载分析和电压越限分析。 随着电力系统的日益发展，其自身问题也日益凸显，尤 其像电压崩溃问题慢慢呈现出来，对因而也常常用静态安全分析解决此类问题。 现阶段常采用的两种电力系统地质灾害损毁性研究方法如下：（ 1）收集历史资料，特别是因地质灾害对电力系统造成破坏的一些相关文献，对其进行归纳总结、分析推断，然后得出经验的地质灾害损毁模型；（ 2）统计分析现有的电力系统设施，并对其抗灾等级进行详细划分，然后对各类设施进行抗灾能力试验并进行理论计算。 但这两种方法都有自身的局限性 [11]。 通过借鉴传统的风险评估方法，我认为损毁性评估步骤可分为如下几个： （ 1）设定可能停运元件，并 给出相关模型； （ 2）选择电力系统的状态，是正常还是停运，然后确定其出现的频率； （ 3）若发生事故，计算事故产生的后果； （ 4）估算系统损毁程度； （ 5）评估损毁的可接受程度； （ 6）采取措施减少系统损毁。 电力系统损毁评估指标 常用评估可能性指标 电网损毁性评估指标应该与电力系统风险评估指标一样，即是指灾害发生之后导致电力系统发生各种停电事故的概率，也可叫做失效概率。 参照国内外文献，现在对电力系统风险评估指标体系的内容指定有很多，总 的来说包括如下几种： （ 1）缺电概率 LOLP（ Loss of Load Probability） 在给定的时间段内电力系统不能满足负荷需求的概率； （ 2）缺电频率 LOLF（ Loss of Load Frequency） 在给定时间段内系统不能满足负荷需求的次数； （ 3）缺电时间期望 LOLE（ Loss of Load Expectation） 在给定的时间段内 电力系统不能满足符合需求的小时或天数的期望值； （ 4）缺电持续时间 LOLD（ Loss of Load Duration） 在给定时间段内电力系统不能满足负荷需求的平均每次持续时间 [11]； 常用的电网损毁性评估算法有：故障树分析法、蒙特卡罗算法、马尔科夫状态方程和状态枚举法等。 在此，笔者将采用故障树分析法对可能性指标进行分析计算。 常用评估严重性指标 灾害发生后，对电力系统带来的破坏有大有小，若是强烈地震，则极有可能带来强烈破坏。 因而除了要讨论灾后电力系统的可能性以外，还需讨论灾害带来的损失，因此，我们引入电力系统评估严重性指标，与风险评估严重性指标相同。 它利用了灾害发 生后各级负荷切除量、停电时间、负荷缺失的经济性度量指标等来评估电网可能发生的大面积停电的后果。 参照电力行业标相关规定，电力系统风险严重性指标主要有以下三大类 [12]： （一）各级负荷切出量，主要包括： （ 1）期望缺供电量 EENS（ Expected Energy Not Supplied） 给定 一年 时间中 ， 由于发生停电故障而 没有 送出去的电能期望值， 单位为 MWh/年。 （ 2）期望缺 供电力 EDNS（ Expected Demand Not Supplied） 系统在给定时间段内因发电容量短缺或电网约束造成负荷需求电量削减的期望数； （ 3）切负荷 LS(Load Shed)电力系统响应非正常工况为保持系统非故障部分的整体性而人为安排切除的负荷量； （二）各级负荷停电及恢复时间，主要包括： （ 1 ） 等 效 平均 停 电 持 续时 间 EMID (Equivalent Mean Interruption Duration)电力系统缺供电量与年平均负荷之商； （ 2）等效峰荷累计停电持续时间 AEPI (Aggregate Equivalent Peak Interruption)给定时间段内等效峰荷停电持续时间之和； （三）负荷缺失的经济性度量指标，主要包括： （ 1）停电损失 CI (Cost of Interruption)缺电或停电造成的社会经济损失。 停电损失包括直接停电损失和间接停电损失； （ 2）直接停电损失 DIC (Direct Interruption Cost)停电直接造成的用户损失。 例如工厂正在生产时停电， 会有停产、生产设备损坏危险，长时间停电造成人工浪费和原材料闲置损失、原料放置过久损坏，信息传递、商务活动不正常等。 （ 3）间接停电损失 IIC (Indirect Interruption Cost)停电造成的用户间接损失。 例如：供水供电系统中断导致交通阻塞和生活工作秩序混乱、治安秩序破坏， 社会活动不正常进行等； 第 3 章 地质灾害下电力系统损毁性分析计算 地质灾害下，对电力系统进行损毁分析计算。 按本文第二章提到的分析指标，可 以先对电网进行风险评估分析计算。 电网运行风险评估指标计算 评估步骤 按照以往经验队未来可能发生事故预测，风险评估相较于传统以 EMS 系统高级应用软件为基础，其自身具有累加全网各元件的风险指标的特点，这给调度员以及相关部门的全局性把握提供了极大便利。 此外还建立相关信息系统，提供全网各分区的风险变化信息，有利于电网各级调度员监控；将一定时段内的风险指标统计归纳，在下次的检修前将得到的信息整理运用。 按照普通情况来说，电网运行风险评估的实施主要通过三个步骤实现，即风险元件的选择、风险状 态的分析和风险指标的计。