故障率表述的是设备自身健康程度及外界偶然因素的共同作用,是一种外部表象。而健康指数是用来刻画电力设备当前运行状态的性能指标,是仅与设备自身状况直接相关的,即如图3描述的设备状态随时间推移的劣化示意。
图3设备状态劣化图
2003年D.Hughes首先在电力系统中提出健康指数的概念,由于当时英国的大量电气设备进入老化期,急需制定更换方案,故该模型的提出,是旨在估测设备剩余寿命,指导更换设备的。接下来的几年内在健康指数理论基础上,又逐渐扩展成为基于电网资产状态评估的风险防范管理体系(conditionbasedriskmanagement,CBRM)。其中,健康指数与风险评估的公式可以被量化表示,并且可以作为决策层进行设备资产管理决策的依据。总体来讲,设备的健康指数按时间尺度是服从指数分布的,其初始健康指数计算公式如下:
(2)
式中:HIt为当前年或未来某年的健康指数;HI0为设备初始健康指数,由设备原始信息确定,包括原始技术规格、生产厂家、运行经验等;B为老化系数;T为当前或未来年份;T0为设备投运年份。
3、基于役龄分析的配电设备健康指数模型
3.1役龄回退理论
式(2)合理地描述了电气设备在随着时间年限增长健康性能的变化特征,其不仅适用于高压设备,对低压设备也同样适用。
当前在高压设备中通常通过相关电气量与非电量的量测与分析来对以上公式进行修正。然而对于造价相对较低,分布更为广泛的配电网中低压设备来讲,无论是现场安装在线监测传感器,还是采用离线便携式测试仪表逐一测量都是不经济的。因此,需要从历史统计数据中挖掘有用信息,构建适合于配电设备及配电网络的健康指数模型。配电设备在运行过程中会经历不同程度的故障停运,及相应的维修与预防性检修过程。检修活动对可修复系统的影响即可从侧面反映配电设备的状态。
1979年Malik首次提出了改善因子的概念,以此描述修理活动对系统失效率的影响。1998年,L.T.Dedopoulos和Y.Smeers在Malik的基础上提出了役龄回退因子的概念,把修理活动对系统故障率的影响定位在系统服役年龄,并得到了广泛的应用。目前,大部分学者主要采用固定的役龄回退因子对可修复系统的役龄进行描述,并以此开展对可修复系统的保障工作研究。等效役龄计算公式如式(3)所示:
(3)
式中:Teq为等效役龄时间;T为检修间隔时间;c为役龄回退系数。