一種電網設備質量評估方法與流程
2023-06-03 11:39:11
本發明屬於電力設備評價領域，尤其涉及一種對電網設備質量進行評價的方法。
背景技術：
隨著電網企業對工程按期完工送電、設備運行可靠、電網安全穩定、用電應急等方面要求的提高，企業對電力設備選型和供應商選擇的難度進一步加大，如何做好設備準入工作，是電網企業面臨的重要課題。另一方面，隨著電網信息化建設的開展，積累了大量設備運行數據(設備運行缺陷、事故障礙、檢修數據，等等)，為研究工作的深入開展和成果實用化奠定了數據基礎。
目前，經過多年的信息化建設，電網企業在管理決策中已經逐步形成了以數據為依據的習慣，但是在進行複雜決策時，仍然缺乏模型支撐，過多依賴於人為主觀判斷。例如省公司、地市局各級業務部門在設備管理決策時缺乏有效的設備績效量化評估工具支撐，決策憑據模糊化、主觀化，不利於提高決策的科學性和客觀性，不利於提高管理的精益化水平。
設備質量問題是導致設備故障發生的主要因素，通過對設備缺陷及故障發生情況的評價可以反映某個省廠家或某種類型的設備質量水平。在現有的電網設備質量評估方法中，直接通過計算缺陷率及故障率的方式對設備的缺陷及故障發生情況進行評價的方式，未能完全考慮影響設備缺陷及故障發生的其他因素，評價方式較為粗放。然而在實際的應用中，對改變現在較為粗放的質量評估方式，促進提高設備採購管理精益化具有重要意義。本申請正是針對該問題而提出的一種電網設備質量評估方法，對設備招標提供參考。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種電網設備質量評估方法，本發明將電網設備質量評價理論與現有的設備績效評價模型結合起來，通過對設備績效評價模型的全面分解，抽取設備績效評價模型中與設備質量相關的重要指標，以此為基礎，對設備質量展開全面評價。
本發明解決現有的技術問題是採取以下技術方案實現的：
一種電網設備質量評估方法，包括以下步驟：
(1)依託設備故障、缺陷等運行數據分析投運年限、投運批次、不同嚴重程度缺陷、設備臺數差異對質量評價的影響；
(2)綜合考慮投運年限、投運批次、不同缺陷嚴重等級和設備臺數差異等因素的影響，構建缺陷率、故障率評價模型；
(3)考慮設備的實際運行壽命的情況，構建設備壽命評價模型；
(4)根據設備缺陷率、故障率和壽命評價模型最終計算出來的設備缺陷率評價指數、設備故障率評價指數、設備壽命評價指數的映射規則，最終實現對設備質量評價進行打分。
而且，所述步驟(1)中分析投運年限對缺陷率影響時，是採用線性回歸擬合的方法來分析平均缺陷率與投運年限間的關係。設某省電網主變壓器平均缺陷率隨投運年限的變化規律如下：
y(n)＝λα·n+b
其中y(n)為投運年限為n的平均缺陷率，n＝0表示設備投運第一年，λα為缺陷率增長率，b為設備投運當年，即第0年的平均缺陷率。
而且，所述步驟(1)中，將設備缺陷按照嚴重程度分為不同的等級：緊急故障、重大故障、一般故障，為保證最終評價結果的公平性，在處理不同嚴重等級的缺陷時，可以根據電力公司以往事故經驗將事故事件劃分等級，根據事故等級賦予設備缺陷不同權重的方法，以表達其後果嚴重性的影響，如賦予其他缺陷和一般缺陷權重緊急缺陷權重，重大缺陷權重。根據不同預警級別下損失，可以將其權重分別確定為：9∶3∶1。
而且，所述步驟(2)中的設備臺數差異的調整方法包括以下步驟：
①計算某批次不同嚴重等級的缺陷率評價指數；
②計算某批次的缺陷率評價指數；
③計算廠家的缺陷率評價指數；
按照步驟②的方式計算該廠家不同投運批次的缺陷率評價指數，並進行折算，最後加權平均得到該廠家的缺陷率評價指數；
而且，所述步驟(2)中研究不同數量的設備其缺陷率對總體缺陷率反映程度時，利用置信度消除不同數量的設備缺陷率對總體缺陷率產生的誤差。
而且，採用「區間估計法」求解置信度，即：在估計值與總體參數在允許的誤差範圍內，估計值落在相應區間的概率的大小，這個相應的概率稱作置信度。
而且，所述步驟(3)中的構建設備壽命評價模型，考慮了設備的實際運行壽命情況，並將負載率與運行時間的乘積作為對應投運年限的主變所創造的價值，得到主變各投運年限所創造的價值曲線，主變已創造的總價值為該曲線對應函數的積分，對該積分結果與投運年限進行回歸分析，由分析結果知主變所創造的價值與投運年限滿足指數函數的分布。
而且，所述步驟(4)中參考已有的質量評價規則，分別制定設備缺陷率評價指數、故障率評價指數以及壽命評價指數的映射規則，最終實現對設備質量評價進行打分。
本發明的優點和積極效果是：
1、本發明將電網設備質量評價理論與現有的設備績效評價模型結合起來，通過對設備績效評價模型的全面分解，抽取設備績效評價模型中與設備質量相關的重要指標，以此為基礎，對設備質量展開全面評價。
2、本發明綜合考慮了不同設備投運批次、投運年限、故障嚴重等級以及由於設備質量問題造成設備提前退役等因素的影響，構建相對完整的設備缺陷率、故障率和設備壽命評價模型。
3、本發明將電網設備質量評價理論與實際電網設備引進結合起來，根據設備缺陷率評價指數、故障率評價指數以及壽命評價指數給各個廠家進行打分，決策層可根據分數排名的高低進行決策，這樣使得電網設備引進工作更加便捷和公平。
附圖說明
圖1是設備質量評價模型的影響因素分析圖；
圖2是求設備缺陷率評價指數、設備故障率評價指數以及設備壽命評價指數流程圖；
圖3是不同缺陷嚴重級別調整方案圖；
圖4設備質量評價模型構建流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述。
一種電網設備質量評估方法，包括以下步驟：
步驟1：依託設備故障、缺陷等運行數據分析不同投運年限、不同嚴重程度缺陷、設備臺數差異對質量評價的影響；
本實施方案如圖1所示，通過對設備績效評價模型的全面分解，抽取設備績效評價模型中與設備質量相關的重要指標，將影響設備質量評價因素分為不同投運年限、投運批次、嚴重程度、設備臺數差異四個方面。
投運年限：採用線性回歸擬合的方法來分析平均缺陷率與投運年限間的關係。設某省電網主變壓器平均缺陷率隨投運年限的變化規律如下：
y(n)＝λα·n+b
其中y(n)為投運年限為n的平均缺陷率，n＝0表示設備投運第一年，λα為缺陷率增長率，b為設備投運當年，即第0年的平均缺陷率。
投運批次：借鑑投運年限與缺陷率的做法，仍採用線性擬合的方式消除不同投運批次帶來的影響。
嚴重程度：為保證最終評價結果的公平性，在處理不同嚴重等級時，採用賦予不同的權重的方法。
設備臺數：不同的樣本數量對總體的反映程度是存在差異的，對於數量不同的批次的缺陷率評價指數的修正，可採用加權平均的方法。
步驟2：綜合考慮投運年限、投運批次、不同缺陷嚴重等級和設備臺數差異等因素的影響，構建缺陷率、故障率評價模型，求出廠家缺陷率評價指數和故障率評價指數；
本實施方案如圖2所示，以下為各個影響因素的剔除過程：
(1)投運年限影響因素剔除過程
投運年限影響因素的剔除方法是先計算各投運年限下的總體缺陷率，再通過折算的方式將不同投運年限折算到同一投運年限。具體步驟如下：
①：計算各投運年限的總體缺陷率。在計算時，統計各投運年限下不同批次的設備臺數和缺陷數量，各投運年限的總體缺陷率的計算公式為公式(1)所示：
其中，i為設備的投運批次序號；j為設備的投運年限；n為該投運年限下設備的批次數量；DRj為該廠家投運年限為j的缺陷率；DCj，i為批次i在投運年限j下的缺陷數量，Ej，i批次i的設備在該投運年限下的設備臺數。
②：然後再利用缺陷率隨投運年限的增長規律計算廠家的缺陷率評價指數。公式(2)是缺陷率評價指數的計算方法：
DIj＝DRj-j·λα (2)
其中DIj為投運年限為j年的缺陷率折算到投運年限為0時的缺陷率評價指數；DRj為該廠家投運年限為j時的缺陷率；λα為缺陷率的增長率。
③：再以求均值的方式對不同投運年限的缺陷率評價指數進行組合，得到該廠家總的缺陷率評價指數。計算公式如公式(3)所示：
其中，DI為該廠家的缺陷率評價指數；n為該廠家所有的投運批次的數量；DIj為投運年限j下的缺陷率評價指數。
(2)投運批次影響因素剔除過程
先計算同一投運批次的總體缺陷率，再根據缺陷率隨投運批次的變化規律對不同投運批次進行折算，與投運年限影響因素剔除過程相似。
(3)不同嚴重程度缺陷影響因素剔除過程
如圖3所示：不同嚴重程度缺陷影響因素剔除方法是基於缺陷和故障嚴重級別的權重調整，此部分分為不同嚴重級別缺陷率權重的確定和不同嚴重級別故障率權重的確定。
不同嚴重級別缺陷率權重的確定：根據電力公司以往事故經驗，設備缺陷按照其嚴重程度分為緊急缺陷、重大缺陷、一般缺陷。參照《設備運行評價規則》缺陷得分公式為：E＝5·YB+10·ZD+20·JJ，其中YB為一般缺陷次數，ZD為重大缺陷次數，JJ為緊急缺陷次數。在該計算公式中，一般缺陷的權重為5，重大缺陷的權重為10，緊急缺陷的權重為20，則一般缺陷、重大缺陷和緊急缺陷的權重比值為1∶2∶4。將一般缺陷、重大缺陷和緊急缺陷的缺陷率權重分別設置為1、2、4。
不同嚴重級別故障率權重的確定：根據《電力安全事故應急處置和調查處理條例》(中華人民共和國國務院令第599號)。設備運維級別分為特級、一級、二級、三級、正常五個級別，可根據事故事件的嚴重級別的劃分，對應到不同的設備運維級別。另一方面，根據經驗，可估算不同預警級別下電網損失的相對大小，得到不同嚴重級別故障率權重的確定公式(4)、(5)和(6)：
W緊急＝L特級＝9 (4)
W一般＝L正常＝1 (6)
其中，W緊急為緊急故障的權重；W嚴重為嚴重故障的權重；W一般為一般故障的權重；L特級為緊急故障所對應的特級運維級別的損失；L一級、L二級、L三級分別為一級、二級、三級運維級別的損失，L正常為四級及五級事件所對應的正常運維級別損失。
(4)設備臺數差異影響因素剔除過程
不同的樣本數量對總體的反映程度是存在差異的，採用置信度來消除不同設備臺數對總體的影響，對於數量不同的批次的缺陷率評價指數的修正，可採用加權平均的方法，對設備臺數較大的批次的設備賦以更大的權重，使最後的缺陷率評價值更接近於該批次的設備，採用「區間估計法」求解置信度，即：在估計值與總體參數在允許的誤差範圍內，估計值落在相應區間的概率的大小，這個相應的概率稱作置信度。
本部分研究了在不同設備臺數下，其缺陷率對總體缺陷率的反映程度。計算步驟如下：
①：計算某批次不同嚴重等級的缺陷率評價指數，以一般缺陷的缺陷率評價指數的計算為例，先由公式(7)計算某一投運批次i在投運年限j下的一般缺陷的缺陷率：
其中，DRi，j(YB)為批次i的設備在投運年限為j時一般缺陷的缺陷率，DCi，j(YB)為該批次在該投運年限下一般缺陷的數量，Ei，j為該批次設備在該投運年限下的設備臺數。同理，計算其他投運年限一般缺陷的缺陷率，再經過折算，得到該投運批次一般缺陷的缺陷率評價指數。同理，計算該投運批次重大缺陷的缺陷率和緊急缺陷的缺陷率。
②：通過公式(8)計算某批次的缺陷率評價指數：
DIi＝W一般·DIi(YB)+W重大·DIi(ZD)+W緊急·DIi(JJ) (8)
其中，DIi為批次i的缺陷率評價指數；DIi(YB)為批次i一般缺陷的缺陷率評價指數；DIi(ZD)為批次i重大缺陷的缺陷率評價指數；DIi(JJ)為批次i緊急缺陷的缺陷率評價指數；W一般為一般缺陷的權重；W重大為嚴重缺陷的權重；W緊急為緊急缺陷的權重。
③：計算廠家的缺陷率評價指數，按照②的方式計算該廠家不同投運批次的缺陷率評價指數，並進行折算，最後加權平均得到該廠家的缺陷率評價指數。
(5)綜合各種因素構建缺陷率/故障率評價模型的具體步驟如下：
①分別研究設備缺陷率與投運年限、投運批次的分布模式，得到缺陷率與投運年限和投運批次的函數關係式；
②計算單個批次不同類缺陷的缺陷率；
③利用缺陷率與投運年限的函數關係式，將上述缺陷率分別折算到投運年限為0年時的缺陷率評價指數；
④計算批次i的缺陷率評價指數，i為自然數；
⑤計算某廠商廠家的缺陷率評價指數。
步驟3：考慮設備的實際運行壽命的情況，構建設備壽命評價模型；
本步驟考慮了設備的實際運行壽命情況，並將負載率與運行時間的乘積作為對應投運年限的主變所創造的價值，得到主變各投運年限所創造的價值曲線，主變已創造的總價值為該曲線對應函數的積分，對該積分結果與投運年限進行回歸分析，由分析結果知主變所創造的價值與投運年限滿足指數函數的分布。
因此，可以指數函數表示設備因提前退運的相對價值損失，以代表設備的實際運行壽命，代表該類設備的預期壽命，假設設備達到預期壽命時，所創造的價值為1。則設備退運時的相對價值損失的計算公式為：
當設備達到或超過預期壽命時，認為該廠家的設備所提供的效益已達到預期效益，此時損失為0。當設備在設備投運年限為0年退運時，即設備完全未能實現預期效益，此時損失為1。
以LI代表廠家的設備壽命評價指數u代表該廠家因質量問題退役的設備的數量，u′代表投運年限已達預期壽命但未退役的設備的數量，則設備壽命評價指數的具體計算公式為(10)所示：
步驟4：根據設備缺陷率、故障率和壽命評價模型最終計算出來的設備缺陷率評價指數、設備故障率評價指數、設備壽命評價指數的映射規則，最終實現對設備質量評價進行打分。
本步驟考慮到設備缺陷率評價指數、設備故障率評價指數、設備壽命評價指數在數量級上不一致，並不能簡單地用評價指數相加的方式得到最終的設備質量評價結果，本步驟將分別制定設備缺陷率評價指數、故障率評價指數以及壽命評價指數的映射規則，最終實現對設備質量評價進行打分。
利用缺陷率評價指數對所有廠家進行映射，具體步驟如下：
①：確定計算出來的缺陷率評價指數的最大值和最小值，缺陷率評價指數越小，表明設備質量越好，因此最小值不扣分，最大值的廠家得分為0分。
②：根據廠家的缺陷率評價指數確定具體扣分值：對於廠家k，假設其缺陷率評價指數為，則其扣分值的映射公式是公式(11)：
其中，Qk為該廠家的扣分值；Qmax為整個評價體系中缺陷的最大扣分值；DImax為所有廠家缺陷率評價指數的最大值；DImin為所有廠家缺陷率評價指數的最小值；DIk為該廠家的缺陷率評價指數。
利用故障率評價指數對所有廠家進行映射，具體步驟如下：
①：確定計算出來的故障率評價指數的最大值和最小值，故障率評價指數越小，表明設備質量越好，因此最小值不扣分，最大值的廠家得分為0分。
②：根據廠家的故障率評價指數確定具體扣分值：對於廠家k，假設其故障率評價指數為，則其扣分值的映射公式是公式(12)：
其中，Sk為該廠家的扣分值；Smax為整個評價體系中缺陷的最大扣分值；AImax為所有廠家故障率評價指數的最大值；AImin為所有廠家故障率評價指數的最小值；AIk為該廠家的故障率評價指數。
利用設備壽命評價指數對所有廠家進行映射，設備壽命評價指數的映射與設備缺陷率評價指數、設備故障率評價指數的映射思路一致。對於所有電網設備，生產廠家在出廠時都會根據已有的經驗值及設備的生產工藝給定預期壽命。預期壽命代表的是對設備壽命的期望值。在設備的實際壽命達到預期壽命時，則認為設備已達到預期的質量水平，將實際運行壽命大於預期壽命的設備都作滿分處理，這一點已體現在設備壽命評價指數的計算模型中。設備的壽命評價指數的映射方法，其處理步驟與設備缺陷率、故障率評價指數映射思路相同，本步驟不再累述。
本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此發明並不限於具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本發明保護的範圍。