输变电设备的风险评估将有效提高和加强设备运行安全及管理水平，能保证电力系统整体可靠运行的基础上，降低设备的运行和维护费用，从而提高资产的投资回报率。介绍了输变电设备风险评估的基本理论和常用方法，对各种方法的适用范围及优缺点作了详细说明；回顾了近几年国内外输变电设备风险评估技术的研究成果和应用情况，着重分析了国家电网公司颁发的《输变电设备风险评价导则》的主要框架、模型以及方法，主要包括：输变电设备风险评估中资产损失程度、设备故障概率的计算，并就导则实施过程中亟待解决的技术问题提出了一些认识和看法，旨在为我国电网企业风险评估的研究提供有益的启发。

　  0 引言

　　过去，我国电力企业为保证电力系统运行的高可靠性，多采用提高个体设备质垃以确保各级子系统，乃至电力系统的整体可靠性，而较少考虑投资回报率。随着我国电力的市场化发展，电力企业的管理方法必须围绕企业经营日标而制定。在电网企业的设备管理中引入风险分析技术，开展以风险评估为基础的设备资产管理战略，能够在保证电力系统整体可靠性的基础上，降低运行和维护费用，提高投资回报率。

　　近年来，我国电网企业广泛引入多种设备管理理念，开展了多方面的设备资产管理策略研究。本文通过介绍输变电设备风险评估的核心技术、国内外发展和最新应用情况，为目前国网公司正在开展的状态检修下作提供借鉴。

　　1 风险评估技术

　　1.1 风险的概念

　　风险(Risk)概念最早出现在19世纪末的西方经济领域中，日前广泛地应用于财务、保险、工程和职业安全健康等众多领域。风险按其性质分为可控风险和不可控风险。

　　目前人们对风险的定义不尽相同，学术界和工程界普遍采用风险的不确定性与不利后果这2个方面来综合表达风险。在于程设备管理领域普遍应用IEEE标准100-1992的定义，即将风险定义为“对不期望发生结果的概率和严重性的度量，通常采川概率和结果乘积的表达形式”。为：

　　R=P·C

　　式中：R只为风险；P为事故小现的概率；C为事故产生的后果(或损失)。

　　在进行风险分析时，首先要明确被研究对象风险事件的不确定性与不利后果的定义和模型，这2个变量均可分别确定为定性或定量变量。

　　风险事件的不确定性采用定性描述方式时，通常分为“很罕见”、“不太可能”、“有可能”、“很可能”、“基本肯定”等多个级别；而定量分析通常采用统计学的概率，取0%-100%。

　　风险事件的不利后果通常根据被研究对象分解为多种因素的损失，如直接财产损失、人员安全及健康损失、环境污染和社会声誉损失等多方面，并利用一定的函数关系构建出一个综合损失值。定性描述通常分为“很小损失”、“较小损失”、“中度损失”、“较大损失”、“灾难性损失”等多个级别；而定量分析可采用货币形式，将各类因素的损失最终折算到经济损失的大小。

　　1.2 常用技术方法

　　用多种数学方法描述被研究对象各种风险事件的不确定性和不利后果之间的关系，根据这种表达方法，风险评估的常用方法有风险坐标图法、蒙特卡罗方法、失效模式与影响分析、事件树分析等。应根据被评估体系情况和风险控制日标，采用不同的技术方法。设备资产管理中应用较多的方法是风险坐标图法和蒙特卡罗法。

　　1.2.1 风险坐标图法

　　风险坐标图是把风险发生可能性的高低、风险发生后对目标的影响程度，作为2个维度绘制在同一个平面上(直角坐标系)，为：风险值=f(影响程度，可能性)。图1、2分别给出了定性分析、定量分析风险坐标图的示例。

　　绘制风险坐标图的目的在于对多项风险进行直观比较，从而确定各风险管理的优先顺序和策略。为降低风险分析的研究成本，同时提高可操作性，目前国内很多发电公司采用半定量的风险坐标图法进行发电厂设备风险分析，即损失定量、可能性定性。

　　1.2.2 蒙特卡罗法

　　蒙特卡罗法是一种随机模拟数学方法，属于定量分析方法。该方法用来分析风险发生可能性、风险成因、风险造成的损失或带来的机会等变量在未来变化的概率分布。该方法明确指出了风险事件概率和损失是时间的函数，对历史数据的统计和分析，得到概率和损失的预计模型。

　　由于此方法依赖于模型的选择，对计算结果的精度影响甚大。输变电设备存在电气、热、机械等多因素老化过程，其健康状态随运行时间的增加而变化，故障发生的概率也随之变化。多年的研究经验表明，输变电设备故障概率与设备状态之间有负指数关系，为：

　　式中：K为比例系数；η为曲率系数；I为设备状态评价分值。

　　可见，蒙特卡罗方法适用于输变电设备的风险评估。由于各类设备本身的复杂性，该模型和系数均需要细化。

　　2 国际输变电设备风险评估

　　目前欧美发达国家在输变电设备风险评估技术方面已取得初步成果，并已逐步开始应用于电网企业的资产管理中。

　　2.1 澳大利亚越网公司

　　该公司采用的是一种半定量分析的扩展风险坐标图法。

　　2.1.1 可能性模型

　　该模型认为设备的状态与设备风险事件发生的可能性之间存在明确、固定的对应关系，如表1所示。因此对可能性的确定研究转换为对设备状态的确定研究，而设备状态又取决于设备各关键指标的评分。

　　2.1.2 不利影响模型

　　将风险分解为社会声誉、安全、成本、运行、可用率(可靠性)、环保等方面，分别建立这些要素的风险矩阵。表2给出了其中某个因素的风险矩阵，每个因素的不利影响是由专家组根据输变电设备的状态来决定的。

　　从分析过程看，这种风险分析方法主要依赖于专家确定的设备状态与不利影响，最终得到的风险值是一个加权求得的具体数值，是一种定性分析，可是在风险预测及对应措施方面缺乏针对性。

　　2.2 英国EA Techonlogy公司

　　英国EA Technolosy公司20世纪末提出了《基于电网设备状态评估的风险防范管理体系》(CBRM)，该系统综合考虑了输变电设备老化机制，是一种基于蒙特卡罗法的完全量化的风险评估技术。

　　2.2.1 可能性模型

　　该模型中最基本的公式为：

    式中：H1(H10)为设备最终(初始)的健康水平指数；B为老化系数；T1为全新设备H10对应的年份，一般为设备投运年份；T2为所要计算的H1对应的年份，可为当前年份。也可为未来年份。可见，该模型的核心是如何得到式(3)中的B及式(4)中的K和η。

　　2.2.2 风险值计算

　　在CBRM体系中，设备风险的大小不仅与设备故障的可能性和故障所造成的后果有关，而且还考虑了设备在电网中的位置和重要程度，利用设备的相对重要等级对风险值进行了修正，其具体计算方法如式(5)。

　　式中：COF为P对应的平均故障后果；COA为设备所在单元的相对重要等级。

　　2.2.3 CBRM应用

　　CBRM可以从局部角度分析单台设备的当前和未来风险值，更重要的是可以从全局分析设备组当前健康水平分布情况和总风险值。以及采取不同更换措施后的未来健康水平分布情况和总风险值，为全局的设备维护策略提供量化依据。

　　2.3 国际大电网会议

　　国际大电网会议(CIGRE)的B3／C2-14工作组提出了资产管理的决策流程，流程包含3个层次：部件级、系统级和综合级。其中以可靠性为中心的维修主要解决部件级、系统级的维修决策，综合级层次的资产管理主要是利用风险分析方法，指导高压设备的检修和更换。报告以高压断路器为例，给出了高压设备的风险分析过程，主要从停机成本、设备状态和全寿命周期费用等角度综合考虑，形成“系统性能指标”，寻求系统性能和财务费用之间的平衡，以满足全局最优。进而制定出设备维修或替换等维修策略。其设备的风险评估过程如图3所示。

　　3 国内输变电设备风险评估

　　3.1 研究状况

　　2004—2005年，山东电力集团公司与澳大利亚越网公司在“输变电设备风险评估体系研究”开展合作，实现了山东电网110kV及以上主变压器类设备的风险评估和排序。

　　2007年9月，国家电网公司向各区域电网公司、省电力公司下发了《输变电设备风险评价导则》(征求意见稿)，并于2008年3月正式颁发了试行标准，其中规定了输变电设备风险评价的模型、流程和方法。日前，各大电网公司正在进行这方面的研究工作。

　　3.2 国网公司输变电设备风险评价

　　《输变电设备风险评价导则》综合考虑设备资产、资产损失程度及设备故障发生概率三方面建立了设备风险模型，并以量化形式给出输变电设备故障时可能导致的风险。

　　(1)模型。

　　式中：A为资产；F为资产损失度(设备损坏、人身安全、供电可靠性和社会影响的损失程度)。该式与CBRM一致。

　　(2)资产。

　　资产A由设备价值A1、用户等级A2和设备地位A3加权所得，取值为O—10。

　　(3)资产损失度。

　　计算F需要引入要素损失值(IOF，Index of Failure)和要素损失概率(POF，Probability of Failure)。IOF是根据设备事故划分标准人为定义的，例如将特大电网损失事故的IOF定义为9等；而POF指当某类设备发生故障时将带来的在成本、环境、人身和电网安全方面损失的概率，是根据故障历史数据统计得到。资产损失程度F由成本、环境、人身和电网安全的损失度加权所得，对某类输变电设备而言，F是根据故障历史数据得到的。

　　(4)故障概率。

　　设备故障的发生具有不确定性，不同设备发生故障的概率不同，即使是同类型的设备，由于制造工艺和运行环境等差异，设备故障发生的概率也不完全相同，因此需要通过对历史数据收集、分析，然后利用概率公式得出概率值。文献[3]指出设备平均故障率按式(2)进行计算，根据各网省公司所辖电网的设备状态和平均故障率进行统计分析，求得适合于本区域电网的比例系数尺和曲率系数刀。

　　4 亟待研究的内容

　　输变电设备风险评估技术是一门基于实践的应用技术，因此需要从实践中完善理论。文献为风险评估提供了总体框架，但因缺乏具体的指导性，使得各电网公司很难直接应用于实践，尚有以下问题有待进一步研究。

　　(1)损失模型的完善和参数的确定。目前，文献中的资产和资产损失度计算均是以归一化的数值来表示，这种概念可以用于群体设备的风险排序，无法有效指导单台的技改、检修策略，不利于风险成本控制管理的全局计划和实施；另外，在各因素权重的确定方面有较大的随意性。定量分析的结果可能与实际风险值存在较大偏差。

　　(2)要素损失度。要素损失度的概念体现了某类设备故障时的统计损失，表现一个总体的情况。同一设备不同故障类型引起的损失差异很大，这种分析方法不利于对单台设备的维护策略进行风险评估。

　　(3)要素损失概率。文献在附录中给出的要素损失等级划分是参照国网安监[2005])145标准进行的分为成本、环境、人身和电网安全三大类，成本损失义分为特大、重大、一般3类。在输变电设备管理中，绝大多数单体设备事故引起的损失都是一般成本损失，按文献的方法可以给出全局的总体损失情况，可对某单台设备的维护策略缺乏有效分析。

　　(4)输电线路风险评估。输电线路与变电设备故障机理和损失模型有很大差异，其风险评估与系统网络结构密切相关，直接套用文献尚有待研究具体参数的确定方法。

　　随着我国法律法规的日益健全、完善，损失模型还应采用目前国际使用的货币化损失模型，技术人员可以用更直接、更有依据的方法确定各类设备不同故障损失的具体参数。

　　5 结语

　　对电网的输变电设备进行定量的风险评估和预测，可以协助管理层和决策层做出科学、有效的中长期维护检修策略和具体实施方案。随着电网构架和设备的发展、变化，输变电设备风险评估研究和应用是个不断修正、完善的实施过程，相信随着各研究单位不断的探索和大量、长期的实践，该技术会在我国电力企业中得到很好的发展和充分的应用。（来源：《中国电力》2009年第10期 作者：华北电力科学研究院有限责任公司 白恺 罗日成）