摘要：發電廠電氣主接線系統的安全性、可靠性是電力系統運行及維護的重要內容，其可靠性將直接關系到系統供電任務的完成情況。隨著國內發電廠機組容量的不斷升級，主接線的連接形式也在不斷變化，系統運行的可靠性問題已經成為發電廠遠行與維護中至關重要的環節。

　　關鍵詞：電廠；電氣主接線；可靠性

　　安全性、可靠性以及經濟型是電力系統運行及維護的基本要求，作為發電廠以及配電設備中系統中最為重要的電能樞紐單元，發電廠電氣主接線的可靠性評估是電力系統研究的重要課題。作為系統電源，發電廠的主要任務是持續穩定地向系統中輸送電能。在這一任務中，發電廠的電氣主接線單元主要負責集中將發電機組發出的電能傳輸或分配到輸電系統中，其可靠性將直接關系到系統供電任務的完成情況。

　　現階段，隨著國內經濟的新一輪增長，居民以及工業用電急劇膨脹，對電力系統的規模以及可靠性要求也越來越高。發電廠機組容量的不斷升級，使得其主接線的連接形式也在不斷變化，其結構日趨復雜，所聯接電氣設備不斷增多，其可靠性問題也日益成為制約現階段系統發展的重要因素。

　　一、發電廠電氣主接線可靠性研究概要

　　(一)發電廠電氣主接線故障的常見問題
　　發電廠主接線的可靠性研究主要以系統故障為中心，因此，在本研究伊始，需要對發電廠主接線系統的常見故障內容及其對系統的影響進行介紹。作為發電廠中聯系系統與電源間的中間環節，主接線系統的運行并不獨立。發電廠主接線的故障及其對系統影響主要有以下幾種形式，如圖1所示。不難看出，一旦電廠主接線出現故障，即會影響到供電系統的連續性、充裕度以及系統安全。因而，對發電廠主接線可靠性的評估可以圍繞以上三個指標展開。 

　　
　　(二)發電廠主接線可靠性的關鍵因素

　　1、斷路器
　　在整個主接線系統中，斷路器屬于操作元件中最為重要的部分，斷路器的操作結果可以改變電廠主接線的拓撲結構。由于斷路器自身結構的復雜性，由其操作不當或突發性故障所造成的主接線系統的故障形式多樣。尤其以斷路器引起系統惡性連鎖反應事故最為嚴重，作為主接線系統的關鍵性操作元件，斷路器的安裝與操作值得引起工作人員的注意。

　　2、輸電線路和變壓器
　　輸電線路以及變壓器屬于系統靜態元件，作為系統的重要連接節點，由其引起的系統故障大多為擴大性故障。由于他們二者的故障所導致的系統狀態的改變，將引起相鄰斷路器的動作，對系統的修復必須在其關聯斷路器動作并切除故障后進行。因而，輸電線路及變壓器的狀態是決定主接線可靠性的關鍵性因素之一。

　　(三)電廠主接線可靠性計算的一般方法和步驟

　　1、基于故障擴散的評估方法及步驟
　　基于故障擴散的評估計算方法利用前向搜索算法確定主接線系統中斷路器動作的影響范圍，在運用故障擴散的方式獲得故障范圍后，確定系統節點的故障類型。該算法以故障擴散算法為基礎，在確定系統故障類型及影響范圍后，獲取系統可靠性指標，其評價的步驟得到簡化，但計算量卻偏大。

　　2、故障模式與后果分析法(FMEA)
　　故障模式與后果分析的方法是一種傳統的可靠評估計算方法，該方法首先會針對系統結構確定各關鍵元件的各種可能狀態，在此基礎上對各種狀態組合進行系統分析，確定系統的故障模式集合，并計算出該狀態集合的可靠性指標數據。與其他分析計算方法相比，故障模式與后果分析方法的原理相對簡單，結構比較明晰，但由于該方法大量采用了歸納法，因而計算冗余度將與計量元件數目的指數成正比。

　　3、頻率和平均持續時間法(FD)
　　頻率和平均持續時間法是一種基于Markov過程的方法，其評價的步驟包括通過運用Markov過程理論將系統自電源到負荷端口的狀態空間圖進行求解計算。在計算中，要將元件故障擴大的因素納入考慮范圍，并最終形成系統累積的狀態空間圖，并以此計算各部分以及系統的可靠性指標。由于在計算中引入了累計狀態的概念，非常有利于建立子系統以及組合系統的計算模型。

　　4、最小割集法
　　最小割集方法是根據系統故障可能出現的范圍，將計算所涉及到的系統空間限制在盡可能小的范圍內，從而是評估計算量得到減少。隨著發電廠規模及單機容量的增長，系統主接線的復雜性也在不斷上升，最小割集的分析計算方法尤其值得引起重視。

　　5、邏輯表格法
　　邏輯表格法是電氣主接線的定量評估分析最常用的方法。在詳細分析主接線系統的結構以及可能出現的雙重故障后，將故障發生的概率參數整理歸納成表格。在確定系統的可靠性指標后，利用上述表格的結構，計算得出主接線系統的可靠性指標參數。目前，由于電廠主接線復雜性日益提升，考慮到邏輯表格方法的計算效率，該方法已經開始逐步為上述各種方法所取代。  

　　
　　二、發電廠電氣主接線故障狀態的矩陣描述

　　發電廠電氣主接線系統的故障矩陣描述借助于網絡結構的特征矩陣方法，通過狀態矩陣的建立，描述了主接線系統中各部分關聯關系，確定故障狀態的構成及其影響，以及系統元件或結構性故障發生時，準確描述主接線系統故障狀態的演變。

　　(一)元件鄰接矩陣
　　元件鄰接矩陣A依據主接線系統中各元件的相互鏈接關系而構建，能夠描述主接線系統中部件之間的組合狀況以及網絡的系統結構。其矩陣的表達式如式1所述，各元件的鄰接矩陣元素用(0.1)代碼分別表示關聯元件的運行或停運狀態。在該矩陣中，Xi未示元件的編號，aij的值分別取1或0，代表元件i與j的相互連接處于聯通狀態或斷開狀態。

　　(二)替代元件矩陣(N)
　　發電廠的主接線系統中，當元件發生故障時或檢修時，需要通過開關相應的設備來隔離故障并替代部分障礙元件的功能，替代元件矩陣就是用來確定其替代元件的方法。式2即為替代原矩陣的一般形式，其中m與n分別表示系統中常開元件數與常開元件外的元件數，Xi與NOi分別作為系統的運行元件與常開元件。

　　(三)結構矩陣(G)
　　當系統為確定發電廠主接線的所有電力傳輸通道及其受電廠主接線元件狀態的影響情況時，需要建立結構矩陣來進行判斷。如式3所示，Xi與Li分別代表由元件構成的行向量以及電力通道列向量，n與1分別代表系統元件數量以及網絡系統中電力通道的數量，gij為描述元件與該通道關系的矩陣元素。

　　(四)受累停運矩陣(D)
　　受累停運矩陣主要用于描述系統中的元件故障的影響，確定系統中受故障影響的范圍。一般情況下，當系統元件出現故障時，與其相關聯的斷路器動作，并將故障部分隔離。但是，當離故障點最近的斷路器拒動或發生故障時，系統故障將進一步在系統中蔓延，即故障的擴散。受累停矩陣的作用即在于此，他能夠過對元件受累停運狀態的描述，迅速確立元件擴大型故障對主接線系統的影響及其范圍。如式4所示，i、j分別為主接線系統中的故障元件與受累元件，dij為停運因子。

　　三、發電廠電氣主接線可靠性分析的算法和實現

　　發電廠主接線可靠性的分析算法實現建立于電廠電氣主接線可靠性分析以及系統元件狀態空間的最小割集分析方法之上。在對發電廠主接線系統進行可靠性分析計算時，首先需要了解系統元件的運行狀態，并對電廠主接線的網絡結構進行分析。依據上文中所列舉的受累停運矩陣，結合主接線網絡最小路集，確認當系統發生故障時。其對電廠的主接線網絡造成影響的最小路集的故障影響矩陣。在此基礎上，在獲得確定的主接線系統可靠性指標后，可得到元件個狀態的概率值。一般系統可靠性的指標依照上文所述的供電連續性、運行安全性以及供電充裕性三個方面要求來選取。

　　四、結束語

　　作為電力系統中的重要組成部分，發電廠電氣主接線的可靠性分析是維持電力系統穩定運行的重要方面。發電廠電氣主接線可靠性評估計算是建立在對主接線系統的功能元件以及系統網絡結構的可靠性參數指標已知的情況下，按照系統評估規程借助矩陣計算方法，對整個系統滿足供電連續性、運行安全性以及供電充裕性能力的量度。需要注意的是，在建立系統各部分的可靠性數學模型后，需要根據主接線系統的邏輯關系確定最小割集，并對其進行等效處理。