引言
電網(wǎng)資產(chǎn)管理是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，既涉及電力系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性，又與系統(tǒng)規(guī)劃、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、故障診斷技術(shù)和運(yùn)行、調(diào)度、檢修、資產(chǎn)全壽命周期管理等有關(guān)，直接影響到電網(wǎng)公司的運(yùn)營(yíng)和管理，在電力市場(chǎng)環(huán)境下還會(huì)影響到電網(wǎng)公司的收益。因此，電力企業(yè)的資產(chǎn)管理不是單純簡(jiǎn)單的管理工作，而是一門(mén)集成多種理論、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)籌技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理的系統(tǒng)性綜合學(xué)科，是一門(mén)平衡成本、績(jī)效和風(fēng)險(xiǎn)三方面的藝術(shù)。正因?yàn)槿绱?，電力企業(yè)的資產(chǎn)管理目前在國(guó)內(nèi)外已引起了廣泛的關(guān)注，正在成為當(dāng)前電力發(fā)展的一個(gè)主要特征。
智能配電網(wǎng)的物理載體是所有新舊技術(shù)、新老設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的集成，而設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的健康水平是所有其他工作的重要基礎(chǔ)和支撐，是智能電網(wǎng)建設(shè)必不可少的基石。因此，全面系統(tǒng)地掌握現(xiàn)有配電網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的健康水平，對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)資產(chǎn)實(shí)現(xiàn)精益化高效管理應(yīng)該是智能配電網(wǎng)建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)。如何高效規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)不斷增加的龐大資產(chǎn)設(shè)備不僅是提高電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)績(jī)效的關(guān)鍵問(wèn)題之一，而且也是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)和必不可少的重要組成部分。因此，在電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)管理中引入健康指數(shù)理論和風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，建立健全必要的資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，不僅可為電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)控制和設(shè)備管理策略提供重要信息，而且能夠保證電力系統(tǒng)的整體可靠性，降低運(yùn)維費(fèi)用，提高投資回報(bào)率，為智能電網(wǎng)建設(shè)夯實(shí)基礎(chǔ)。
1.配電網(wǎng)健康指數(shù)概念
1.1 設(shè)備健康指數(shù)
1998年，本文作者馬釗博士開(kāi)始參與創(chuàng)建英國(guó)中部電力公司設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，研究變壓器和高壓開(kāi)關(guān)(GIS)的故障診斷及監(jiān)測(cè)、可靠性、狀態(tài)評(píng)估、輔助決策、運(yùn)行優(yōu)化方法及全壽命周期管理技術(shù)，并參與完善以設(shè)備健康指數(shù)為指標(biāo)的配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)工作。2000年，針對(duì)大量超期服役的設(shè)備急需制定更換計(jì)劃的需要，由馬釗博士及合作伙伴共同提出了輸配電力設(shè)備健康指數(shù)(HI)理念，試圖使用健康指數(shù)指標(biāo)體系表征電力設(shè)備的功能和效能。2004年，英國(guó)中部電力公司運(yùn)行成本下降約30%，設(shè)備利用率提高20%以上。
電力設(shè)備健康指數(shù)不是工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)和判斷的一種簡(jiǎn)單替代，是一種相對(duì)復(fù)雜的信息組合，具有邏輯性和連續(xù)性的特點(diǎn);是在對(duì)設(shè)備各種信息數(shù)字轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行工況，計(jì)算出的一個(gè)0～10之間的單一數(shù)值，其中特征參量主要包括服役年齡(age)、使用能力(capability)、家族病史(family history)、潛在缺陷/事故(potential defect/failure)、外部因素、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和負(fù)載信息等。
自2010年，英國(guó)行業(yè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)天然氣電力市場(chǎng)辦公室(OFGEM)已將健康指數(shù)(health index，HI)作為監(jiān)管指標(biāo)之一，與風(fēng)險(xiǎn)管理掛鉤，即用健康指數(shù)替代設(shè)備故障率，進(jìn)而計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)，每個(gè)配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商(DNO)必須依據(jù)HI上報(bào)年度資產(chǎn)計(jì)劃。現(xiàn)在10kV及以上電壓等級(jí)每一臺(tái)設(shè)備均有相應(yīng)的健康指數(shù)，但高壓設(shè)備HI相對(duì)準(zhǔn)確，配電設(shè)備HI基本以經(jīng)驗(yàn)為主，比較粗放，且單個(gè)設(shè)備HI尚不能與檢修計(jì)劃掛鉤。電力設(shè)備健康指數(shù)，基于狀態(tài)、風(fēng)險(xiǎn)和全壽命資產(chǎn)管理的配電資產(chǎn)管理體系已為英國(guó)電力行業(yè)采納和推廣，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)PAS 55和2014年1月頒布的國(guó)際資產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)ISO 55000也采納了以上研究成果。
綜上所述，設(shè)備健康指數(shù)是衡量和表征被研究對(duì)象(單個(gè)設(shè)備)健康狀態(tài)的一個(gè)數(shù)值，可基于對(duì)象的特征參量經(jīng)過(guò)復(fù)雜的邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得。健康指數(shù)具有邏輯性強(qiáng)、時(shí)間上連續(xù)的特點(diǎn);可用于判定被研究對(duì)象是否需要干預(yù)(維修);可估算被研究對(duì)象的剩余壽命(remaining life)。設(shè)備健康指數(shù)概念隨后逐步發(fā)展為一種理念并被應(yīng)用于供電可靠性、資產(chǎn)管理等多個(gè)領(lǐng)域。
1.2 配電網(wǎng)健康指數(shù)
復(fù)雜配電網(wǎng)是一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡、離散和連續(xù)量相結(jié)合的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)中某一設(shè)備或子系統(tǒng)故障征兆會(huì)反映到其他設(shè)備或子系統(tǒng)，有眾多關(guān)聯(lián)信息可供利用。它的運(yùn)行狀況與人體健康有許多相似之處，單個(gè)設(shè)備健康指數(shù)的概念已經(jīng)使用，而且積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，特別是在高壓設(shè)備方面。這為提出適用于群體配電設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的健康指數(shù)理論，深入開(kāi)展配電網(wǎng)健康指數(shù)的定義、內(nèi)涵、模型及方法的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。
目前，國(guó)內(nèi)外在配電網(wǎng)健康指數(shù)理論方面的研究都處于空白狀態(tài)。2004年鞠平教授等首次提出了電力系統(tǒng)健康診斷的概念與框架以及可診斷性的概念，同時(shí)提出了健康診斷的思想方法，即建立“健康檔案”、實(shí)施動(dòng)態(tài)跟蹤，根據(jù)其特征量的變化診斷其“健康”程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)“病灶”并報(bào)警。他提出，電力系統(tǒng)健康診斷是通過(guò)對(duì)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行掃描，建立其健康檔案、實(shí)施動(dòng)態(tài)跟蹤，根據(jù)其特征量的變化，診斷其健康程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病灶并報(bào)警，必要時(shí)加以消除。顯然，健康診斷涵蓋了故障診斷、故障預(yù)測(cè)的概念，但在內(nèi)容和時(shí)間上都有了進(jìn)一步的延伸;在內(nèi)容上，相當(dāng)于從“大病”延伸到“小病”;在時(shí)間上，則從故障時(shí)延伸到平時(shí)。健康診斷可以掌握電力系統(tǒng)的“健康”狀況，做到防患于未然，消除電力系統(tǒng)的潛伏性故障，防止突發(fā)性事故發(fā)生，減少事故損失。健康診斷概念與狀態(tài)監(jiān)測(cè)概念相近，但適合的范圍更廣，比較形象、直觀。
文獻(xiàn)[2]指出在電力系統(tǒng)中，有故障診斷、故障預(yù)報(bào)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等幾個(gè)在內(nèi)容上相關(guān)、方法上相近但又存在差別的概念，并對(duì)它們進(jìn)行了區(qū)分：故障診斷是根據(jù)故障特征，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行定位和對(duì)故障發(fā)展程度進(jìn)行判斷;故障預(yù)報(bào)是根據(jù)故障征兆，對(duì)可能發(fā)生故障的時(shí)間、位置和程度進(jìn)行預(yù)測(cè);狀態(tài)監(jiān)測(cè)是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄、分類(lèi)和評(píng)估，為設(shè)備維護(hù)、維修提供監(jiān)測(cè)。故障診斷、故障預(yù)報(bào)要到電力設(shè)備已經(jīng)發(fā)生或即將發(fā)生故障時(shí)才能夠判斷出來(lái)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的概念對(duì)于電力設(shè)備比較合適，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)則不太合適，而且容易與狀態(tài)估計(jì)等概念相混淆。在文獻(xiàn)[3]中，孫宏斌等提出利用“分診”和“會(huì)診”的思想給出電網(wǎng)安全預(yù)警報(bào)告，設(shè)計(jì)了電網(wǎng)實(shí)時(shí)安全預(yù)警系統(tǒng)的功能框架和體系結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[4]給出基于潮流指紋特征的電網(wǎng)健康狀態(tài)診斷與安全預(yù)警思路。文獻(xiàn)[5-6]采用數(shù)字建模與統(tǒng)計(jì)診斷技術(shù)對(duì)地下配電系統(tǒng)的早期檢測(cè)進(jìn)行了研究。
綜上所述，雖然已有參考文獻(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)健康診斷的概念進(jìn)行了探討，但尚未明確提出配電網(wǎng)健康指數(shù)的概念。配電網(wǎng)健康指數(shù)是衡量和表征被研究對(duì)象(單個(gè)設(shè)備、群體設(shè)備或網(wǎng)絡(luò))健康狀態(tài)的一個(gè)數(shù)值，可綜合衡量配電網(wǎng)設(shè)備(尤其是群體設(shè)備)和配電網(wǎng)絡(luò)的能力、性能表現(xiàn)(績(jī)效)、潛在風(fēng)險(xiǎn)等，可基于對(duì)象的特征參量經(jīng)過(guò)復(fù)雜的邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得，可用于判定被研究對(duì)象是否需要干預(yù)(維修)，可為配電網(wǎng)資產(chǎn)管理、規(guī)劃、檢修和運(yùn)行以及分布式能源接入提供一個(gè)新視角和新維度。
2.國(guó)外健康指數(shù)理論研究現(xiàn)狀
2.1 歐洲
自1990年，歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)電力設(shè)備資產(chǎn)管理相繼開(kāi)展了大量研究，但主要是管理體系方面，如1996年IEC 公布了IEC 60300-3-3;2004年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)的B3/C2-14工作組提出了資產(chǎn)管理的決策流程;同年，英國(guó)資產(chǎn)管理協(xié)會(huì)(Instituteof Asset Management，IAM)和英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(BritishStandards Institution，BSI)頒布了PAS 55，旨在指導(dǎo)有形實(shí)物資產(chǎn)的管理優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展，2008年重新修訂并再次發(fā)布;2014年第一部國(guó)際資產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)ISO 55000正式頒布。
在設(shè)備健康指數(shù)評(píng)價(jià)方面，目前的主流技術(shù)是英國(guó)EA公司提出的“基于狀態(tài)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)管理體系(condition based risk management，CBRM)”?，F(xiàn)在該體系已廣泛應(yīng)用于英國(guó)的所有電力公司以及加拿大、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家。目前EA公司還與許多國(guó)家的電力部門(mén)、研究機(jī)構(gòu)等進(jìn)行合作，不斷修正該體系。CBRM是一套針對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行管理和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的體系，它總結(jié)和使用工程知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以此量化資產(chǎn)/設(shè)備的信息，以確定和定義當(dāng)前和未來(lái)的資產(chǎn)/設(shè)備的狀況、性能，以及在有干預(yù)(維修)及無(wú)干預(yù)條件下的風(fēng)險(xiǎn)。CBRM形成了一整套適合于各種電力設(shè)備(如線(xiàn)路、變壓器等)狀態(tài)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的科學(xué)體系，在評(píng)估過(guò)程中涉及健康指數(shù)HI、故障發(fā)生概率(probabilityof failure，POF)、剩余使用壽命(remaining service life)等幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)，用于協(xié)助電力企業(yè)應(yīng)對(duì)在當(dāng)前管理體制下電網(wǎng)運(yùn)行管理方面日益增多的挑戰(zhàn)。
CBRM是基于對(duì)電力設(shè)備技術(shù)參數(shù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、負(fù)載、環(huán)境、外觀、故障、缺陷等信息的分析，按照預(yù)定的量化標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種信息進(jìn)行數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換，以設(shè)備技術(shù)參數(shù)、環(huán)境、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、負(fù)載等信息計(jì)算出設(shè)備健康指數(shù)，并以外觀、故障、缺陷等信息進(jìn)行修正，同時(shí)運(yùn)用設(shè)備、材料老化后，其設(shè)計(jì)使用壽命會(huì)隨著投運(yùn)年限的增長(zhǎng)而有所減少的工程學(xué)原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況的了解，綜合分析各種可能影響設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的因素，最終得出一個(gè)單一量化的數(shù)值來(lái)表征每臺(tái)設(shè)備當(dāng)前和未來(lái)的健康狀況，繼而得到設(shè)備剩余使用壽命和故障發(fā)生概率。另一方面，CBRM對(duì)設(shè)備在電網(wǎng)運(yùn)行中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類(lèi)，定義風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)別及風(fēng)險(xiǎn)的平均后果、量化發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性、利用設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的量化標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險(xiǎn)平均后果、發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性，結(jié)合設(shè)備重要等級(jí)，最終得到以貨幣形式量化的設(shè)備單一的風(fēng)險(xiǎn)值及總風(fēng)險(xiǎn)值。得到設(shè)備未來(lái)年限風(fēng)險(xiǎn)值的變化趨勢(shì)。
2.2 美國(guó)等其他國(guó)家
在美國(guó)，1999年6月美國(guó)總統(tǒng)克林頓簽署了政府命令，各州政府所需的裝備及工程項(xiàng)目要求必須有全壽命周期成本(life cycle cost，LCC)報(bào)告;美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)從1998年開(kāi)始核電廠(chǎng)生命周期管理實(shí)施指南研究;2005年總結(jié)出“三級(jí)評(píng)估法”，并制定了較完整的“綜合壽命管理程序”作為美國(guó)電力企業(yè)設(shè)備壽命管理工作的通用導(dǎo)則;2008年研究電力系統(tǒng)資產(chǎn)管理架構(gòu)，并開(kāi)展一系列案例分析，如地下電纜的資產(chǎn)管理策略等。此外，美國(guó)EPRI 提出了智能資產(chǎn)管理(smart asset management，SAM)理念。2013年，埃森哲提出新一代企業(yè)資產(chǎn)管理(enterprise asset management，EAM)，運(yùn)用先進(jìn)的輸配電資產(chǎn)分析方法，改進(jìn)決策，建立并整合數(shù)據(jù)庫(kù)，形成匯總數(shù)據(jù)的強(qiáng)大分析功能與易于理解的圖形顯示，最終實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)投資和運(yùn)維的決策支持。
澳大利亞越網(wǎng)公司采用的是一種半定量分析的擴(kuò)展風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖法。
3.國(guó)內(nèi)健康指數(shù)理論研究現(xiàn)狀
3.1 研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)在健康診斷相關(guān)方面的研究起步比較晚，在電力系統(tǒng)中，針對(duì)高壓設(shè)備的狀態(tài)診斷研究較多，如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器等重要一次設(shè)備，而針對(duì)中、低壓設(shè)備和電網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)的健康診斷研究較少。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)引入了健康指數(shù)理念，并已開(kāi)展了與資產(chǎn)管理相關(guān)的研究，但還只是停留于名詞概念，針對(duì)單一設(shè)備，大多研究局限于電力變壓器的剩余壽命，對(duì)健康指數(shù)的定義、內(nèi)涵外延都沒(méi)有開(kāi)展深入研究，尚未形成一套變配電設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)健康指數(shù)理論的評(píng)價(jià)方法。
自2008年，國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司相繼開(kāi)展了資產(chǎn)全壽命周期管理體系工作，但未進(jìn)行健康指數(shù)理論的相關(guān)研究。自2011年7月，國(guó)家電網(wǎng)公司頒布了一系列狀態(tài)檢修文件，開(kāi)展配電網(wǎng)狀態(tài)檢修試點(diǎn)工作，狀態(tài)檢修逐步從超高壓和高壓向配電領(lǐng)域擴(kuò)展。2013年，上海、福建和青海開(kāi)展資產(chǎn)全壽命周期體系試點(diǎn)，管理水平均達(dá)到成熟級(jí)水平;2014年全壽命周期管理體系在國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)全面展開(kāi)。自2009年開(kāi)始，中國(guó)南方電網(wǎng)公司積極推進(jìn)輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修工作。2014年，南方電網(wǎng)公司以全面推進(jìn)資產(chǎn)全生命周期管理為主線(xiàn)，通過(guò)“3+1計(jì)劃”，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)利用效率、健康水平及供電可靠率全面提升。
從已有研究來(lái)看，文獻(xiàn)[12]分析了電力系統(tǒng)規(guī)劃和資產(chǎn)管理的主要內(nèi)容和研究方法，提出了電網(wǎng)資產(chǎn)老化評(píng)估模型;文獻(xiàn)[13-15]針對(duì)固定資產(chǎn)管理現(xiàn)狀中存在的不足，提出了改進(jìn)管理方式的對(duì)策，但對(duì)指導(dǎo)實(shí)際工作意義不明顯。文獻(xiàn)[16-17]提出信息化對(duì)企業(yè)資產(chǎn)管理的重要支撐作用，討論了資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、資產(chǎn)分類(lèi)與編碼設(shè)計(jì)的信息建模;文獻(xiàn)[18-20]根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)管理的特點(diǎn)，就電網(wǎng)資產(chǎn)管理方法及如何提高資產(chǎn)管理的質(zhì)量和效率開(kāi)展了一定的探討;其中借鑒了在生物系統(tǒng)中較為全面的應(yīng)用[21]。
綜上所述，現(xiàn)有研究主要針對(duì)輸電網(wǎng)，而配電網(wǎng)不需要考慮暫態(tài)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和安全供電能力的檢驗(yàn)也不同，在網(wǎng)絡(luò)級(jí)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行健康指數(shù)的研究目前幾乎是空白。由于復(fù)雜配電網(wǎng)具有其自身的特色，因此，從配電網(wǎng)健康診斷的角度，系統(tǒng)地研究和發(fā)現(xiàn)復(fù)雜配電網(wǎng)的“病灶”，對(duì)監(jiān)測(cè)評(píng)估復(fù)雜配電網(wǎng)健康程度并及時(shí)預(yù)警有著重要的理論和實(shí)用價(jià)值。
3.2 應(yīng)用現(xiàn)狀
目前，國(guó)內(nèi)正在積極推進(jìn)資產(chǎn)全壽命周期管理，制定了資產(chǎn)全壽命周期管理框架體系，在確保電網(wǎng)安全可靠的同時(shí)，提高電網(wǎng)資產(chǎn)的使用效率，降低全壽命周期成本，以期實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資產(chǎn)精益化、全過(guò)程、全方位管理，目前在輸電網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)取得了可喜的成績(jī)。然而在配電領(lǐng)域，雖經(jīng)過(guò)近年來(lái)城網(wǎng)改造、新型城鎮(zhèn)化配網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)，取得了可喜的成績(jī)，但因?yàn)榕潆娋W(wǎng)基礎(chǔ)薄弱，加之迅速發(fā)展的分布式可再生能源、儲(chǔ)能和不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷，如電動(dòng)汽車(chē)、熱泵等直接接入配電網(wǎng)，導(dǎo)致配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的技術(shù)與管理方式已不再適應(yīng)新形勢(shì)的發(fā)展需要。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、配電自動(dòng)化和智能化水平等方面均存在較大差距;與輸電網(wǎng)相比，配電設(shè)備量大面廣、品種繁雜、制造門(mén)檻低且制造廠(chǎng)家眾多，存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累不足，信息化程度與精益化管理程度不高以及自動(dòng)化程度低等問(wèn)題。因此，配電網(wǎng)無(wú)論是在基礎(chǔ)理論研究、新技術(shù)應(yīng)用與資產(chǎn)管理方面，還是在人員技術(shù)素質(zhì)方面都相對(duì)落后，主要瓶頸表現(xiàn)在：
1)配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)不完整、數(shù)據(jù)積累和挖掘不足，信息化手段難以全面支撐科學(xué)化決策。配電資產(chǎn)的設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)行維護(hù)、預(yù)試、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、管理數(shù)據(jù)等信息不全、歷史不長(zhǎng)，因此缺乏底層數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)挖掘。資產(chǎn)管理系統(tǒng)多為分散開(kāi)發(fā)，與業(yè)務(wù)結(jié)合不夠緊密，不同部門(mén)、不同業(yè)務(wù)流程間的信息資源共享不足，難以全面有效支撐電網(wǎng)公司資產(chǎn)的科學(xué)決策。
2)健康狀況評(píng)價(jià)方面，僅限于設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)健康狀況的研究幾乎是空白。由于配電設(shè)備量大面廣、個(gè)體造價(jià)相對(duì)較低，輸電網(wǎng)采用的設(shè)備監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)、狀態(tài)檢修標(biāo)準(zhǔn)和決策方法不適用于配電網(wǎng);目前配電網(wǎng)的設(shè)備評(píng)價(jià)和狀態(tài)檢修標(biāo)準(zhǔn)缺乏理論指導(dǎo)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與缺陷不統(tǒng)一，扣分量無(wú)法一一對(duì)應(yīng)，未考慮歷史數(shù)據(jù)，不能發(fā)現(xiàn)隱藏的缺陷，評(píng)價(jià)結(jié)果不能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際情況，評(píng)價(jià)與檢修不能緊密結(jié)合。
3)關(guān)鍵業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)缺乏科學(xué)量化的決策方法。配電網(wǎng)的規(guī)劃方案、工程方案設(shè)計(jì)、檢修策略?xún)?yōu)化、技術(shù)改造方案優(yōu)選、設(shè)備退役等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，缺乏綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保等方面，缺少覆蓋資產(chǎn)壽命全過(guò)程的定量決策方法，不能為配電網(wǎng)智能化和可再生能源接入提供有效技術(shù)支撐。
4.結(jié)語(yǔ)
國(guó)內(nèi)外的研究實(shí)踐表明，應(yīng)用并擴(kuò)展健康指數(shù)理論已成為未來(lái)配電資產(chǎn)管理的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)進(jìn)一步提升配電網(wǎng)規(guī)劃與檢修水平將起到指導(dǎo)和支撐作用。雖然健康指數(shù)概念已提出十幾年并在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用，例如英國(guó)現(xiàn)在10kV及以上電壓等級(jí)的每一設(shè)備均有相應(yīng)的HI，但健康指數(shù)理論研究仍存在以下主要問(wèn)題或亟待改進(jìn)的方面：
1)健康指數(shù)仍停留在概念和單個(gè)設(shè)備元件階段，關(guān)注重點(diǎn)在超期服役的設(shè)備、自身故障模型、單個(gè)層次的故障診斷方法。
2)健康指數(shù)評(píng)價(jià)還只是用簡(jiǎn)單量化的分析方法和簡(jiǎn)單的健康指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。
3)高壓設(shè)備因?yàn)榘惭b有必要的在線(xiàn)或離線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，故其健康指數(shù)準(zhǔn)確度相對(duì)高;對(duì)于量大面廣的配電設(shè)備，基本上是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用專(zhuān)家系統(tǒng)定性評(píng)估，相對(duì)粗放。
4)健康指數(shù)理論還沒(méi)有擴(kuò)展至對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的健康診斷和深入地信息挖掘，尚未建立起一套能系統(tǒng)地統(tǒng)領(lǐng)這些工作的健康指數(shù)理論體系，因而不能直接用于狀態(tài)檢修等應(yīng)用，配電資產(chǎn)管理很難真正實(shí)現(xiàn)從定性到定量、從粗放到精益的升華。
5)電網(wǎng)設(shè)備故障不僅與自身健康狀態(tài)有關(guān)，還與其工作環(huán)境及工作條件有關(guān)。然而，在以往的研究中，通常以歷史統(tǒng)計(jì)信息作為設(shè)備的健康程度診斷的參數(shù)，忽略了實(shí)際的工作環(huán)境影響，電網(wǎng)健康狀態(tài)診斷也是單一的反應(yīng)設(shè)備自身故障、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)影響、外界環(huán)境影響、運(yùn)維和管理等要素中的一個(gè)側(cè)面，缺乏整體性和多元化。
6)電力系統(tǒng)涉及設(shè)備種類(lèi)、數(shù)量繁多，如何有效地收集整理各類(lèi)設(shè)備與運(yùn)行條件相依的健康指標(biāo)，構(gòu)建電網(wǎng)健康狀態(tài)診斷的模型，區(qū)分健康分級(jí)和病癥程度，并通過(guò)盡量少的健康狀態(tài)指標(biāo)體系，多維度、多層面科學(xué)、客觀、完整的展現(xiàn)電網(wǎng)健康狀況，及時(shí)對(duì)已造成或可能發(fā)生的病癥異常及早響應(yīng)有待進(jìn)一步研究。
電網(wǎng)資產(chǎn)管理是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，既涉及電力系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性，又與系統(tǒng)規(guī)劃、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、故障診斷技術(shù)和運(yùn)行、調(diào)度、檢修、資產(chǎn)全壽命周期管理等有關(guān)，直接影響到電網(wǎng)公司的運(yùn)營(yíng)和管理，在電力市場(chǎng)環(huán)境下還會(huì)影響到電網(wǎng)公司的收益。因此，電力企業(yè)的資產(chǎn)管理不是單純簡(jiǎn)單的管理工作，而是一門(mén)集成多種理論、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)籌技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理的系統(tǒng)性綜合學(xué)科，是一門(mén)平衡成本、績(jī)效和風(fēng)險(xiǎn)三方面的藝術(shù)。正因?yàn)槿绱?，電力企業(yè)的資產(chǎn)管理目前在國(guó)內(nèi)外已引起了廣泛的關(guān)注，正在成為當(dāng)前電力發(fā)展的一個(gè)主要特征。
智能配電網(wǎng)的物理載體是所有新舊技術(shù)、新老設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的集成，而設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的健康水平是所有其他工作的重要基礎(chǔ)和支撐，是智能電網(wǎng)建設(shè)必不可少的基石。因此，全面系統(tǒng)地掌握現(xiàn)有配電網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的健康水平，對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)資產(chǎn)實(shí)現(xiàn)精益化高效管理應(yīng)該是智能配電網(wǎng)建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)。如何高效規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)不斷增加的龐大資產(chǎn)設(shè)備不僅是提高電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)績(jī)效的關(guān)鍵問(wèn)題之一，而且也是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)和必不可少的重要組成部分。因此，在電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)管理中引入健康指數(shù)理論和風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，建立健全必要的資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，不僅可為電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)控制和設(shè)備管理策略提供重要信息，而且能夠保證電力系統(tǒng)的整體可靠性，降低運(yùn)維費(fèi)用，提高投資回報(bào)率，為智能電網(wǎng)建設(shè)夯實(shí)基礎(chǔ)。
1.配電網(wǎng)健康指數(shù)概念
1.1 設(shè)備健康指數(shù)
1998年，本文作者馬釗博士開(kāi)始參與創(chuàng)建英國(guó)中部電力公司設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，研究變壓器和高壓開(kāi)關(guān)(GIS)的故障診斷及監(jiān)測(cè)、可靠性、狀態(tài)評(píng)估、輔助決策、運(yùn)行優(yōu)化方法及全壽命周期管理技術(shù)，并參與完善以設(shè)備健康指數(shù)為指標(biāo)的配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)工作。2000年，針對(duì)大量超期服役的設(shè)備急需制定更換計(jì)劃的需要，由馬釗博士及合作伙伴共同提出了輸配電力設(shè)備健康指數(shù)(HI)理念，試圖使用健康指數(shù)指標(biāo)體系表征電力設(shè)備的功能和效能。2004年，英國(guó)中部電力公司運(yùn)行成本下降約30%，設(shè)備利用率提高20%以上。
電力設(shè)備健康指數(shù)不是工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)和判斷的一種簡(jiǎn)單替代，是一種相對(duì)復(fù)雜的信息組合，具有邏輯性和連續(xù)性的特點(diǎn);是在對(duì)設(shè)備各種信息數(shù)字轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行工況，計(jì)算出的一個(gè)0～10之間的單一數(shù)值，其中特征參量主要包括服役年齡(age)、使用能力(capability)、家族病史(family history)、潛在缺陷/事故(potential defect/failure)、外部因素、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和負(fù)載信息等。
自2010年，英國(guó)行業(yè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)天然氣電力市場(chǎng)辦公室(OFGEM)已將健康指數(shù)(health index，HI)作為監(jiān)管指標(biāo)之一，與風(fēng)險(xiǎn)管理掛鉤，即用健康指數(shù)替代設(shè)備故障率，進(jìn)而計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)，每個(gè)配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商(DNO)必須依據(jù)HI上報(bào)年度資產(chǎn)計(jì)劃。現(xiàn)在10kV及以上電壓等級(jí)每一臺(tái)設(shè)備均有相應(yīng)的健康指數(shù)，但高壓設(shè)備HI相對(duì)準(zhǔn)確，配電設(shè)備HI基本以經(jīng)驗(yàn)為主，比較粗放，且單個(gè)設(shè)備HI尚不能與檢修計(jì)劃掛鉤。電力設(shè)備健康指數(shù)，基于狀態(tài)、風(fēng)險(xiǎn)和全壽命資產(chǎn)管理的配電資產(chǎn)管理體系已為英國(guó)電力行業(yè)采納和推廣，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)PAS 55和2014年1月頒布的國(guó)際資產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)ISO 55000也采納了以上研究成果。
綜上所述，設(shè)備健康指數(shù)是衡量和表征被研究對(duì)象(單個(gè)設(shè)備)健康狀態(tài)的一個(gè)數(shù)值，可基于對(duì)象的特征參量經(jīng)過(guò)復(fù)雜的邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得。健康指數(shù)具有邏輯性強(qiáng)、時(shí)間上連續(xù)的特點(diǎn);可用于判定被研究對(duì)象是否需要干預(yù)(維修);可估算被研究對(duì)象的剩余壽命(remaining life)。設(shè)備健康指數(shù)概念隨后逐步發(fā)展為一種理念并被應(yīng)用于供電可靠性、資產(chǎn)管理等多個(gè)領(lǐng)域。
1.2 配電網(wǎng)健康指數(shù)
復(fù)雜配電網(wǎng)是一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡、離散和連續(xù)量相結(jié)合的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)中某一設(shè)備或子系統(tǒng)故障征兆會(huì)反映到其他設(shè)備或子系統(tǒng)，有眾多關(guān)聯(lián)信息可供利用。它的運(yùn)行狀況與人體健康有許多相似之處，單個(gè)設(shè)備健康指數(shù)的概念已經(jīng)使用，而且積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，特別是在高壓設(shè)備方面。這為提出適用于群體配電設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的健康指數(shù)理論，深入開(kāi)展配電網(wǎng)健康指數(shù)的定義、內(nèi)涵、模型及方法的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。
目前，國(guó)內(nèi)外在配電網(wǎng)健康指數(shù)理論方面的研究都處于空白狀態(tài)。2004年鞠平教授等首次提出了電力系統(tǒng)健康診斷的概念與框架以及可診斷性的概念，同時(shí)提出了健康診斷的思想方法，即建立“健康檔案”、實(shí)施動(dòng)態(tài)跟蹤，根據(jù)其特征量的變化診斷其“健康”程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)“病灶”并報(bào)警。他提出，電力系統(tǒng)健康診斷是通過(guò)對(duì)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行掃描，建立其健康檔案、實(shí)施動(dòng)態(tài)跟蹤，根據(jù)其特征量的變化，診斷其健康程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病灶并報(bào)警，必要時(shí)加以消除。顯然，健康診斷涵蓋了故障診斷、故障預(yù)測(cè)的概念，但在內(nèi)容和時(shí)間上都有了進(jìn)一步的延伸;在內(nèi)容上，相當(dāng)于從“大病”延伸到“小病”;在時(shí)間上，則從故障時(shí)延伸到平時(shí)。健康診斷可以掌握電力系統(tǒng)的“健康”狀況，做到防患于未然，消除電力系統(tǒng)的潛伏性故障，防止突發(fā)性事故發(fā)生，減少事故損失。健康診斷概念與狀態(tài)監(jiān)測(cè)概念相近，但適合的范圍更廣，比較形象、直觀。
文獻(xiàn)[2]指出在電力系統(tǒng)中，有故障診斷、故障預(yù)報(bào)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等幾個(gè)在內(nèi)容上相關(guān)、方法上相近但又存在差別的概念，并對(duì)它們進(jìn)行了區(qū)分：故障診斷是根據(jù)故障特征，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行定位和對(duì)故障發(fā)展程度進(jìn)行判斷;故障預(yù)報(bào)是根據(jù)故障征兆，對(duì)可能發(fā)生故障的時(shí)間、位置和程度進(jìn)行預(yù)測(cè);狀態(tài)監(jiān)測(cè)是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄、分類(lèi)和評(píng)估，為設(shè)備維護(hù)、維修提供監(jiān)測(cè)。故障診斷、故障預(yù)報(bào)要到電力設(shè)備已經(jīng)發(fā)生或即將發(fā)生故障時(shí)才能夠判斷出來(lái)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的概念對(duì)于電力設(shè)備比較合適，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)則不太合適，而且容易與狀態(tài)估計(jì)等概念相混淆。在文獻(xiàn)[3]中，孫宏斌等提出利用“分診”和“會(huì)診”的思想給出電網(wǎng)安全預(yù)警報(bào)告，設(shè)計(jì)了電網(wǎng)實(shí)時(shí)安全預(yù)警系統(tǒng)的功能框架和體系結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[4]給出基于潮流指紋特征的電網(wǎng)健康狀態(tài)診斷與安全預(yù)警思路。文獻(xiàn)[5-6]采用數(shù)字建模與統(tǒng)計(jì)診斷技術(shù)對(duì)地下配電系統(tǒng)的早期檢測(cè)進(jìn)行了研究。
綜上所述，雖然已有參考文獻(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)健康診斷的概念進(jìn)行了探討，但尚未明確提出配電網(wǎng)健康指數(shù)的概念。配電網(wǎng)健康指數(shù)是衡量和表征被研究對(duì)象(單個(gè)設(shè)備、群體設(shè)備或網(wǎng)絡(luò))健康狀態(tài)的一個(gè)數(shù)值，可綜合衡量配電網(wǎng)設(shè)備(尤其是群體設(shè)備)和配電網(wǎng)絡(luò)的能力、性能表現(xiàn)(績(jī)效)、潛在風(fēng)險(xiǎn)等，可基于對(duì)象的特征參量經(jīng)過(guò)復(fù)雜的邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得，可用于判定被研究對(duì)象是否需要干預(yù)(維修)，可為配電網(wǎng)資產(chǎn)管理、規(guī)劃、檢修和運(yùn)行以及分布式能源接入提供一個(gè)新視角和新維度。
2.國(guó)外健康指數(shù)理論研究現(xiàn)狀
2.1 歐洲
自1990年，歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)電力設(shè)備資產(chǎn)管理相繼開(kāi)展了大量研究，但主要是管理體系方面，如1996年IEC 公布了IEC 60300-3-3;2004年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)的B3/C2-14工作組提出了資產(chǎn)管理的決策流程;同年，英國(guó)資產(chǎn)管理協(xié)會(huì)(Instituteof Asset Management，IAM)和英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(BritishStandards Institution，BSI)頒布了PAS 55，旨在指導(dǎo)有形實(shí)物資產(chǎn)的管理優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展，2008年重新修訂并再次發(fā)布;2014年第一部國(guó)際資產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)ISO 55000正式頒布。
在設(shè)備健康指數(shù)評(píng)價(jià)方面，目前的主流技術(shù)是英國(guó)EA公司提出的“基于狀態(tài)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)管理體系(condition based risk management，CBRM)”?，F(xiàn)在該體系已廣泛應(yīng)用于英國(guó)的所有電力公司以及加拿大、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家。目前EA公司還與許多國(guó)家的電力部門(mén)、研究機(jī)構(gòu)等進(jìn)行合作，不斷修正該體系。CBRM是一套針對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行管理和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的體系，它總結(jié)和使用工程知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以此量化資產(chǎn)/設(shè)備的信息，以確定和定義當(dāng)前和未來(lái)的資產(chǎn)/設(shè)備的狀況、性能，以及在有干預(yù)(維修)及無(wú)干預(yù)條件下的風(fēng)險(xiǎn)。CBRM形成了一整套適合于各種電力設(shè)備(如線(xiàn)路、變壓器等)狀態(tài)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的科學(xué)體系，在評(píng)估過(guò)程中涉及健康指數(shù)HI、故障發(fā)生概率(probabilityof failure，POF)、剩余使用壽命(remaining service life)等幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)，用于協(xié)助電力企業(yè)應(yīng)對(duì)在當(dāng)前管理體制下電網(wǎng)運(yùn)行管理方面日益增多的挑戰(zhàn)。
CBRM是基于對(duì)電力設(shè)備技術(shù)參數(shù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、負(fù)載、環(huán)境、外觀、故障、缺陷等信息的分析，按照預(yù)定的量化標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種信息進(jìn)行數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換，以設(shè)備技術(shù)參數(shù)、環(huán)境、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、負(fù)載等信息計(jì)算出設(shè)備健康指數(shù)，并以外觀、故障、缺陷等信息進(jìn)行修正，同時(shí)運(yùn)用設(shè)備、材料老化后，其設(shè)計(jì)使用壽命會(huì)隨著投運(yùn)年限的增長(zhǎng)而有所減少的工程學(xué)原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況的了解，綜合分析各種可能影響設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的因素，最終得出一個(gè)單一量化的數(shù)值來(lái)表征每臺(tái)設(shè)備當(dāng)前和未來(lái)的健康狀況，繼而得到設(shè)備剩余使用壽命和故障發(fā)生概率。另一方面，CBRM對(duì)設(shè)備在電網(wǎng)運(yùn)行中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類(lèi)，定義風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)別及風(fēng)險(xiǎn)的平均后果、量化發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性、利用設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的量化標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險(xiǎn)平均后果、發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性，結(jié)合設(shè)備重要等級(jí)，最終得到以貨幣形式量化的設(shè)備單一的風(fēng)險(xiǎn)值及總風(fēng)險(xiǎn)值。得到設(shè)備未來(lái)年限風(fēng)險(xiǎn)值的變化趨勢(shì)。
2.2 美國(guó)等其他國(guó)家
在美國(guó)，1999年6月美國(guó)總統(tǒng)克林頓簽署了政府命令，各州政府所需的裝備及工程項(xiàng)目要求必須有全壽命周期成本(life cycle cost，LCC)報(bào)告;美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)從1998年開(kāi)始核電廠(chǎng)生命周期管理實(shí)施指南研究;2005年總結(jié)出“三級(jí)評(píng)估法”，并制定了較完整的“綜合壽命管理程序”作為美國(guó)電力企業(yè)設(shè)備壽命管理工作的通用導(dǎo)則;2008年研究電力系統(tǒng)資產(chǎn)管理架構(gòu)，并開(kāi)展一系列案例分析，如地下電纜的資產(chǎn)管理策略等。此外，美國(guó)EPRI 提出了智能資產(chǎn)管理(smart asset management，SAM)理念。2013年，埃森哲提出新一代企業(yè)資產(chǎn)管理(enterprise asset management，EAM)，運(yùn)用先進(jìn)的輸配電資產(chǎn)分析方法，改進(jìn)決策，建立并整合數(shù)據(jù)庫(kù)，形成匯總數(shù)據(jù)的強(qiáng)大分析功能與易于理解的圖形顯示，最終實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)投資和運(yùn)維的決策支持。
澳大利亞越網(wǎng)公司采用的是一種半定量分析的擴(kuò)展風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖法。
3.國(guó)內(nèi)健康指數(shù)理論研究現(xiàn)狀
3.1 研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)在健康診斷相關(guān)方面的研究起步比較晚，在電力系統(tǒng)中，針對(duì)高壓設(shè)備的狀態(tài)診斷研究較多，如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器等重要一次設(shè)備，而針對(duì)中、低壓設(shè)備和電網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)的健康診斷研究較少。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)引入了健康指數(shù)理念，并已開(kāi)展了與資產(chǎn)管理相關(guān)的研究，但還只是停留于名詞概念，針對(duì)單一設(shè)備，大多研究局限于電力變壓器的剩余壽命，對(duì)健康指數(shù)的定義、內(nèi)涵外延都沒(méi)有開(kāi)展深入研究，尚未形成一套變配電設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)健康指數(shù)理論的評(píng)價(jià)方法。
自2008年，國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司相繼開(kāi)展了資產(chǎn)全壽命周期管理體系工作，但未進(jìn)行健康指數(shù)理論的相關(guān)研究。自2011年7月，國(guó)家電網(wǎng)公司頒布了一系列狀態(tài)檢修文件，開(kāi)展配電網(wǎng)狀態(tài)檢修試點(diǎn)工作，狀態(tài)檢修逐步從超高壓和高壓向配電領(lǐng)域擴(kuò)展。2013年，上海、福建和青海開(kāi)展資產(chǎn)全壽命周期體系試點(diǎn)，管理水平均達(dá)到成熟級(jí)水平;2014年全壽命周期管理體系在國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)全面展開(kāi)。自2009年開(kāi)始，中國(guó)南方電網(wǎng)公司積極推進(jìn)輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修工作。2014年，南方電網(wǎng)公司以全面推進(jìn)資產(chǎn)全生命周期管理為主線(xiàn)，通過(guò)“3+1計(jì)劃”，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)利用效率、健康水平及供電可靠率全面提升。
從已有研究來(lái)看，文獻(xiàn)[12]分析了電力系統(tǒng)規(guī)劃和資產(chǎn)管理的主要內(nèi)容和研究方法，提出了電網(wǎng)資產(chǎn)老化評(píng)估模型;文獻(xiàn)[13-15]針對(duì)固定資產(chǎn)管理現(xiàn)狀中存在的不足，提出了改進(jìn)管理方式的對(duì)策，但對(duì)指導(dǎo)實(shí)際工作意義不明顯。文獻(xiàn)[16-17]提出信息化對(duì)企業(yè)資產(chǎn)管理的重要支撐作用，討論了資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、資產(chǎn)分類(lèi)與編碼設(shè)計(jì)的信息建模;文獻(xiàn)[18-20]根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)管理的特點(diǎn)，就電網(wǎng)資產(chǎn)管理方法及如何提高資產(chǎn)管理的質(zhì)量和效率開(kāi)展了一定的探討;其中借鑒了在生物系統(tǒng)中較為全面的應(yīng)用[21]。
綜上所述，現(xiàn)有研究主要針對(duì)輸電網(wǎng)，而配電網(wǎng)不需要考慮暫態(tài)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和安全供電能力的檢驗(yàn)也不同，在網(wǎng)絡(luò)級(jí)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行健康指數(shù)的研究目前幾乎是空白。由于復(fù)雜配電網(wǎng)具有其自身的特色，因此，從配電網(wǎng)健康診斷的角度，系統(tǒng)地研究和發(fā)現(xiàn)復(fù)雜配電網(wǎng)的“病灶”，對(duì)監(jiān)測(cè)評(píng)估復(fù)雜配電網(wǎng)健康程度并及時(shí)預(yù)警有著重要的理論和實(shí)用價(jià)值。
3.2 應(yīng)用現(xiàn)狀
目前，國(guó)內(nèi)正在積極推進(jìn)資產(chǎn)全壽命周期管理，制定了資產(chǎn)全壽命周期管理框架體系，在確保電網(wǎng)安全可靠的同時(shí)，提高電網(wǎng)資產(chǎn)的使用效率，降低全壽命周期成本，以期實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資產(chǎn)精益化、全過(guò)程、全方位管理，目前在輸電網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)取得了可喜的成績(jī)。然而在配電領(lǐng)域，雖經(jīng)過(guò)近年來(lái)城網(wǎng)改造、新型城鎮(zhèn)化配網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)，取得了可喜的成績(jī)，但因?yàn)榕潆娋W(wǎng)基礎(chǔ)薄弱，加之迅速發(fā)展的分布式可再生能源、儲(chǔ)能和不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷，如電動(dòng)汽車(chē)、熱泵等直接接入配電網(wǎng)，導(dǎo)致配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的技術(shù)與管理方式已不再適應(yīng)新形勢(shì)的發(fā)展需要。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、配電自動(dòng)化和智能化水平等方面均存在較大差距;與輸電網(wǎng)相比，配電設(shè)備量大面廣、品種繁雜、制造門(mén)檻低且制造廠(chǎng)家眾多，存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累不足，信息化程度與精益化管理程度不高以及自動(dòng)化程度低等問(wèn)題。因此，配電網(wǎng)無(wú)論是在基礎(chǔ)理論研究、新技術(shù)應(yīng)用與資產(chǎn)管理方面，還是在人員技術(shù)素質(zhì)方面都相對(duì)落后，主要瓶頸表現(xiàn)在：
1)配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)不完整、數(shù)據(jù)積累和挖掘不足，信息化手段難以全面支撐科學(xué)化決策。配電資產(chǎn)的設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)行維護(hù)、預(yù)試、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、管理數(shù)據(jù)等信息不全、歷史不長(zhǎng)，因此缺乏底層數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)挖掘。資產(chǎn)管理系統(tǒng)多為分散開(kāi)發(fā)，與業(yè)務(wù)結(jié)合不夠緊密，不同部門(mén)、不同業(yè)務(wù)流程間的信息資源共享不足，難以全面有效支撐電網(wǎng)公司資產(chǎn)的科學(xué)決策。
2)健康狀況評(píng)價(jià)方面，僅限于設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)健康狀況的研究幾乎是空白。由于配電設(shè)備量大面廣、個(gè)體造價(jià)相對(duì)較低，輸電網(wǎng)采用的設(shè)備監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)、狀態(tài)檢修標(biāo)準(zhǔn)和決策方法不適用于配電網(wǎng);目前配電網(wǎng)的設(shè)備評(píng)價(jià)和狀態(tài)檢修標(biāo)準(zhǔn)缺乏理論指導(dǎo)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與缺陷不統(tǒng)一，扣分量無(wú)法一一對(duì)應(yīng)，未考慮歷史數(shù)據(jù)，不能發(fā)現(xiàn)隱藏的缺陷，評(píng)價(jià)結(jié)果不能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際情況，評(píng)價(jià)與檢修不能緊密結(jié)合。
3)關(guān)鍵業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)缺乏科學(xué)量化的決策方法。配電網(wǎng)的規(guī)劃方案、工程方案設(shè)計(jì)、檢修策略?xún)?yōu)化、技術(shù)改造方案優(yōu)選、設(shè)備退役等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，缺乏綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保等方面，缺少覆蓋資產(chǎn)壽命全過(guò)程的定量決策方法，不能為配電網(wǎng)智能化和可再生能源接入提供有效技術(shù)支撐。
4.結(jié)語(yǔ)
國(guó)內(nèi)外的研究實(shí)踐表明，應(yīng)用并擴(kuò)展健康指數(shù)理論已成為未來(lái)配電資產(chǎn)管理的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)進(jìn)一步提升配電網(wǎng)規(guī)劃與檢修水平將起到指導(dǎo)和支撐作用。雖然健康指數(shù)概念已提出十幾年并在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用，例如英國(guó)現(xiàn)在10kV及以上電壓等級(jí)的每一設(shè)備均有相應(yīng)的HI，但健康指數(shù)理論研究仍存在以下主要問(wèn)題或亟待改進(jìn)的方面：
1)健康指數(shù)仍停留在概念和單個(gè)設(shè)備元件階段，關(guān)注重點(diǎn)在超期服役的設(shè)備、自身故障模型、單個(gè)層次的故障診斷方法。
2)健康指數(shù)評(píng)價(jià)還只是用簡(jiǎn)單量化的分析方法和簡(jiǎn)單的健康指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。
3)高壓設(shè)備因?yàn)榘惭b有必要的在線(xiàn)或離線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，故其健康指數(shù)準(zhǔn)確度相對(duì)高;對(duì)于量大面廣的配電設(shè)備，基本上是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用專(zhuān)家系統(tǒng)定性評(píng)估，相對(duì)粗放。
4)健康指數(shù)理論還沒(méi)有擴(kuò)展至對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的健康診斷和深入地信息挖掘，尚未建立起一套能系統(tǒng)地統(tǒng)領(lǐng)這些工作的健康指數(shù)理論體系，因而不能直接用于狀態(tài)檢修等應(yīng)用，配電資產(chǎn)管理很難真正實(shí)現(xiàn)從定性到定量、從粗放到精益的升華。
5)電網(wǎng)設(shè)備故障不僅與自身健康狀態(tài)有關(guān)，還與其工作環(huán)境及工作條件有關(guān)。然而，在以往的研究中，通常以歷史統(tǒng)計(jì)信息作為設(shè)備的健康程度診斷的參數(shù)，忽略了實(shí)際的工作環(huán)境影響，電網(wǎng)健康狀態(tài)診斷也是單一的反應(yīng)設(shè)備自身故障、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)影響、外界環(huán)境影響、運(yùn)維和管理等要素中的一個(gè)側(cè)面，缺乏整體性和多元化。
6)電力系統(tǒng)涉及設(shè)備種類(lèi)、數(shù)量繁多，如何有效地收集整理各類(lèi)設(shè)備與運(yùn)行條件相依的健康指標(biāo)，構(gòu)建電網(wǎng)健康狀態(tài)診斷的模型，區(qū)分健康分級(jí)和病癥程度，并通過(guò)盡量少的健康狀態(tài)指標(biāo)體系，多維度、多層面科學(xué)、客觀、完整的展現(xiàn)電網(wǎng)健康狀況，及時(shí)對(duì)已造成或可能發(fā)生的病癥異常及早響應(yīng)有待進(jìn)一步研究。
