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基于事故樹分析法的城市電網(wǎng)安全性評價研究

文檔作者：王瑜1 雷軍偉2 文檔來源： 1. 河南博慧方舟咨詢發(fā)展有限公司 2. 國網(wǎng)河南省電力公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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技術(shù)與應(yīng)用
104 2018年第4期
基于事故樹分析法的
城市電網(wǎng)安全性評價研究
王 瑜1 雷軍偉2
（1. 河南博慧方舟咨詢發(fā)展有限公司，鄭州 450000；
2. 國網(wǎng)河南省電力公司，鄭州 450000）
摘要 本文通過城市電網(wǎng)安全性評價工作的開展，提出運(yùn)用事故樹分析法，梳理總結(jié)了可能
導(dǎo)致城市電網(wǎng)大面積停電的原因，并給出預(yù)防電網(wǎng)大面積停電事故的措施。這對提高城市電網(wǎng)的
整體安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。
關(guān)鍵詞：城市電網(wǎng)；事故樹；安全性評價
Research on city power grid safety based on fault tree analysis method
Wang Yu1 Lei Junwei2
(1. He’nan Bo Hui Fang Zhou Consulting Co., Ltd, Zhengzhou 450052;
2. State Grid Henan Electric Power Company, Zhengzhou 450052)
Abstract The safety evaluation of city power grid work, put forward using the fault tree analysis,
summarizes the possible causes of city power blackouts, and gives the prevention of large area blackout
accidents. This is of great significance to improve the overall security, stability and reliable operation of
urban power grid.
Keywords：city power grid; fault tree analysis; safety evaluation
電力行業(yè)是關(guān)系著國計民生的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)
業(yè)。隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，裝機(jī)規(guī)模的不斷增大，
主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，影響城市電網(wǎng)安全的諸多
問題逐漸凸顯。特別是近年來，城市電網(wǎng)遭受著自
然災(zāi)害、人為因素、外力破壞等多重因素的影響，
隨著電力負(fù)荷的快速增長，城市電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱，配
電設(shè)備陳舊，局部電源點(diǎn)建設(shè)滯后等一系列問題日
益顯現(xiàn)出來。電網(wǎng)受到外力破壞造成停電事件的風(fēng)
險也在急劇增大，一旦發(fā)生外力破壞造成電網(wǎng)受損，
將造成極其嚴(yán)重的后果。國內(nèi)外學(xué)者對城市電網(wǎng)大
面積停電事故進(jìn)行了大量的研究，從不同方面提出
了解決城市電網(wǎng)大面積停電的措施。如文獻(xiàn)[1]基于
歷史上發(fā)生過的城市大停電事件，從電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計
和運(yùn)行控制上提出降低電網(wǎng)大停電風(fēng)險的對策和措
施。文獻(xiàn)[2]分析了智能電網(wǎng)對大電網(wǎng)可靠性的影
響，以及新電網(wǎng)技術(shù)在接入電網(wǎng)時應(yīng)注意的問題。
文獻(xiàn)[3-13]從不同角度分析了導(dǎo)致電網(wǎng)事故的各種
原因。
本文根據(jù)城市電網(wǎng)安全性評價工作的進(jìn)行，對
影響著城市電網(wǎng)安全供電的各類危險有害因素進(jìn)行
認(rèn)真的梳理，應(yīng)用事故樹分析法，對各類危險有害
因素的危害程度進(jìn)行分析，提出避免這些事故發(fā)生
的措施。這對提高各級電力運(yùn)行人員處理電力事故
的能力，減少事故帶來的損失，避免事故擴(kuò)大化，
控制事故發(fā)生影響范圍將會起到積極的作用，對城
市電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。
1 城市電網(wǎng)事故樹模型分析
1.1 事故樹的數(shù)學(xué)模型
設(shè)在任何時間、系統(tǒng)，取正常和故障兩種狀態(tài)
為變量，分別用X 表示單元，Y 表示系統(tǒng)函數(shù)，則
有以下關(guān)系：
1
0
X
?
=??
發(fā)生
不發(fā)生
,
1
0
Y
?
=??
發(fā)生
不發(fā)生
（1）
將 y 寫成 x 的函數(shù)，即 y =φ (x) ，稱為系統(tǒng)的結(jié)
技術(shù)與應(yīng)用
2018年第4期 1 05
構(gòu)函數(shù)，與門的結(jié)構(gòu)函數(shù)為
1 2 3
1
n
i n
i
Y X X X X X
=
=∩ = ∩ ∩ …∩ （2）
1 2 1 2
1
( ) min( , , , )
n
i n n
i
Φ X X X X X X X X
=
=Π = ? ???? = ??
（3）
或門的結(jié)構(gòu)函數(shù)為
1 2
1
n
i n
i
Y X X X X
=
=∪ = ∪ ∪??∪ （4）
1 2
1 1
( ) 1 (1 ) max( , , , )
n n
i i n
i i
Φ X X X Z X X
= =
= ?Π ? =∪ = ??
（5）
1.2 頂上事件確立
頂上事件是所要分析的對象事件，針對城市電
網(wǎng)事故確定的頂上事件為大面積停電事故。
1.3 分析造成頂上事件的各種原因
造成頂上事件的中間原因事件包括自然災(zāi)害性
天氣、人的因素、設(shè)備因素、管理因素、其他因
素[14-15]。經(jīng)過調(diào)查分析近幾年電網(wǎng)停電事故的原因，
各類導(dǎo)致電網(wǎng)停電的因素見表1。
表1 基本事件表
中間事件 基本事件 編號
冰災(zāi) X1
雷擊 X2
颶風(fēng) X3
洪水 X4
冰雹 X5
自然災(zāi)害
地震 X6
誤操作 X7
指揮錯誤 X8
違章操作 X9
走錯間隔 X10
人的因素
監(jiān)護(hù)不到位 X21
變壓器超負(fù)荷運(yùn)行 X11
主變壓器損壞 X12
繼電保護(hù)誤動作 X13
信息系統(tǒng)癱瘓 X14
倒桿斷線 X15
電網(wǎng)嚴(yán)重超載運(yùn)行 X16
設(shè)備故障
缺乏及時有效的信息交換 X17
未及時處理 X20
管理因素
調(diào)度運(yùn)行管理失控 X22
小動物（如蛇、鳥害） X18
其他因素
其他 X19
1.4 構(gòu)建事故樹
根據(jù)表1 構(gòu)建事故樹，如圖1 所示。A1 表示中
間事件“自然災(zāi)害”與“未及時處理”的或門；A2
表示中間事件“人的因素”與“監(jiān)護(hù)不到位”的或
門；A3 表示中間事件“設(shè)備故障”與“調(diào)度運(yùn)行管
理失控”的或門；A4 表示中間事件“其他因素”與
“未及時處理”的或門。
圖1 事故樹架構(gòu)圖
圖2 事故樹架構(gòu)圖
圖3 事故樹架構(gòu)圖
1.5 定性定量分析
由圖1 至圖3 事故樹架構(gòu)圖得出結(jié)構(gòu)函數(shù)為
T = A1 ? A2 ? A3 ? A4 （6）
其中：
A1 = X1X2X3X4X5X6 + X20 （7）
A2 = X7 X8X9X10 + X21 （8）
A3 = X11X12X13X14X15X16X17 + X22 （9）
A4 = X18X19 + X20 10）
化簡式（6），為方便計算，以補(bǔ)事件代替原事
件，將與門換成或門，或門換為與門，這樣可以直
觀反映出系統(tǒng)安全的邏輯關(guān)系，且便于分析，如
下式：
技術(shù)與應(yīng)用
106 2018年第4期
T = A1 ? A2 ? A3 ? A4 （11）
( ) A1 = X1 + X2 + X3 + X4 + X5 + X6 X20 （12）
A2 = (X7 + X8 + X9 + X10 )X21 （13）
A3 = (X11 + X12 + X13 + X14 + X15 + X16 + X17 )X21
（14）
A4 = (X18 + X19 )X20 （15）
對式（11）—式（15）進(jìn)行化簡后得最小徑集：
T = (X1 + X2 + X3 + X4 + X5 + X6 + X18 + X19 )X20 +
(X7 + X8 + X9 + X10 )X21 +
(X11 + X12 + X13 + X14 + X15 + X16 + X17 )X22
（16）
由式（16）可得出19 個最小徑集，其基本事件
結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)?
Iφ (20)＞Iφ (22)＞Iφ (21)＞Iφ (1)
= Iφ (2) = Iφ (3) = Iφ (4) = Iφ (5) = Iφ (6) = Iφ (7)
= Iφ (8) = Iφ (9) = Iφ (10) = Iφ (11) = Iφ (12)
= Iφ (13) = Iφ (14) = Iφ (15) = Iφ (16) = Iφ (17)
= Iφ (18) = Iφ (19) （17）
2 事件風(fēng)險分析
根據(jù)城市電網(wǎng)大面積停電事故樹分析評價結(jié)果
可以看出：
1）大面積停電事故樹最小徑集有19 個，大面
積停電事故中“未及時處理”這一條件結(jié)構(gòu)重要度
最大，其次是調(diào)度運(yùn)行管理失控和監(jiān)護(hù)不到位。因
此，為防止該事故發(fā)生，首先必須做到在有可能導(dǎo)
致城市電網(wǎng)大面積停電事故發(fā)生的其他事故發(fā)生
后，能夠做出迅速及時處理，避免事故擴(kuò)大化。
2）最小徑集數(shù)目表示了系統(tǒng)的安全性，見表2，
最小徑集有19 個，即在電網(wǎng)安全運(yùn)行和電網(wǎng)防范措
施方面，運(yùn)用事故樹分析有19 種預(yù)防事故途徑。因
此，通過事故樹得出的最小割集和最小徑集，能夠
清楚地表示出系統(tǒng)中存在的危險因素，以及處理這
些危險有害因素的方法。
表2 事故樹分析評價結(jié)果匯總
項(xiàng)目 最小割集 最小徑集 重要基本事件
大面積停電16 19 3
3 防范措施
1）加強(qiáng)電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和設(shè)備的技術(shù)改造，提高
城市電網(wǎng)抗風(fēng)險能力
隨著城市用電負(fù)荷不斷攀升，加快110～220kV
電網(wǎng)建設(shè)，提高系統(tǒng)容載比，加強(qiáng)電網(wǎng)遠(yuǎn)期規(guī)劃和
近中期規(guī)劃滾動修正和年度計劃的實(shí)施，加強(qiáng)負(fù)荷
中心的電源建設(shè)，大力提高中壓電網(wǎng)、低壓電網(wǎng)及
配電網(wǎng)的供電能力，增加城市電網(wǎng)中心區(qū)域和附近
縣區(qū)220kV、110kV 變電站布點(diǎn)，改善電網(wǎng)過負(fù)荷
設(shè)備等薄弱環(huán)節(jié)，完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
加快城市電網(wǎng)老舊設(shè)備改造和升級工作，對于
有些老舊線路等設(shè)備，不能及時改造的要加強(qiáng)監(jiān)控
和維護(hù)管理工作，做好可能的事故預(yù)測，加強(qiáng)防范
措施。認(rèn)真梳理和分析城市電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害方面
所存在的風(fēng)險、重大隱患等問題。采取有針對性的
防范措施，安排部署專項(xiàng)治理經(jīng)費(fèi)，提高城市電網(wǎng)
抵御各種潛在安全事故的抗風(fēng)險能力。
2）實(shí)現(xiàn)隱患排查治理經(jīng)?；?、制度化
各供電公司要以國家有關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
為依據(jù)，建立健全城市電網(wǎng)安全生產(chǎn)隱患排查治理
長效機(jī)制和城市電網(wǎng)電力安全生產(chǎn)風(fēng)險管控體系，
實(shí)現(xiàn)城市電網(wǎng)電力安全生產(chǎn)的隱患排查、有效治理
和持續(xù)改進(jìn)的全過程管理機(jī)制，提高隱患和缺陷處
理率。不斷提高城市電網(wǎng)設(shè)備健康程度和本質(zhì)安全
水平。
3）堅持城市電網(wǎng)安全健康發(fā)展，進(jìn)一步加強(qiáng)城
市電網(wǎng)安全基礎(chǔ)管理工作
堅持城市電網(wǎng)的“科學(xué)發(fā)展、安全發(fā)展”和“安
全第一，預(yù)防為主，綜合治理”是國家在新時期安
全生產(chǎn)發(fā)展的科學(xué)理念和方針。我國城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
已經(jīng)有了較好的發(fā)展基礎(chǔ)。但是，城市電網(wǎng)安全生
產(chǎn)還有很多工作需要更深入，更精細(xì)的開展。
4 結(jié)論
根據(jù)城市電網(wǎng)大面積停電事故樹分析評價結(jié)
果，最小割集數(shù)目表示了系統(tǒng)的危險性，16 個最小
割集表明了有16 個危險性存在；最小徑集有19 個，
即預(yù)防城市電網(wǎng)大面積停電事故有19 條途徑。在
“自然災(zāi)害”因素上，做好應(yīng)急預(yù)案演練，做到及
技術(shù)與應(yīng)用
2018年第4期 1 07
早、準(zhǔn)確預(yù)防，一旦事故發(fā)生，及時處理；在“人
的因素”上，提高作業(yè)人員的安全素質(zhì)和責(zé)任心，
不斷提高專業(yè)水平，按照電力行業(yè)的規(guī)定和要求，
進(jìn)行安全培訓(xùn)、考核，并持證上崗，做到精心操作，
認(rèn)真監(jiān)護(hù)；在“設(shè)備故障”因素上，必須對設(shè)備做
好定期檢驗(yàn)、檢測，對線路設(shè)備設(shè)施做好定期巡檢，
及時發(fā)現(xiàn)缺陷并及時消除缺陷，確保安全運(yùn)行。
通過城市電網(wǎng)安全性評價工作，對城市電網(wǎng)存
在的安全事故隱患和薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)地梳理，以
便于各個供電公司有計劃地落實(shí)規(guī)劃發(fā)展、調(diào)度運(yùn)
行、生產(chǎn)維護(hù)、建設(shè)改造等預(yù)防預(yù)警和整改措施，
實(shí)現(xiàn)超前防范大面積停電、重大設(shè)備損壞等事故風(fēng)
險。通過各方面措施的有力實(shí)施，大面積停電事故
是可以預(yù)防的。
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收稿日期：2017-10-16
作者簡介
王 瑜（1982-），男，河南鄭州人，碩士研究生，工程師，從事電
力安全方面的研究工作。
（上接第103 頁）
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31-35.
收稿日期：2017-09-18
作者簡介
鄭榮生（1983-），男，廣東省梅州市人，碩士，主要從事高壓設(shè)備
運(yùn)維管理工作。

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