摘要：电力系统运行状态的转换直接关系到系统安全性能分析及调度操作策略。为准确评估架空输电线路的运行状态及其可靠性，基于变压器的故障评估方法，文中提出了一种适用于电网输电线路运行可靠性评估的故障树分析法。该方法使用下行法计算电网输电线路的最小割集，形成故障树。利用故障树分析法的计算原理，建立输电线路运行状态的安全评估系统。
关键词：输电线路；运行状态；故障树分析法；最小割集理论
电力系统的安全问题主要研究各种扰动如何影响电力系统，扰动的发生是随机的，属于一种风险，如何预防和削弱这种不利的影响以及如何提高电力系统承受各种扰动的能力等都是电力系统安全性评估需要研究的主要内容，其方法有确定性评估方法、和风险评估方法。
一、风险评估
1.风险。风险是一种客观存在的状态，其损失的发生具有不确定性。这说明风险具有客观性、损失性和不确定性。因为风险的概念具有相当广泛性，所以我们认为只有当事件、活动或项目具备以下三条特点时方称之为风险。（1）有损失或收益与之相联系;（2）涉及到某种或然性或不确定性;（3）涉及到某种选择;
虽然如此，但是不同行业的人在对待各自面临的具体风险时，往往由于所关心
的侧重点不同，而对风险有各自的认识。下面介绍几种对风险的不同看法，以便加深对风险的理解。
2.风险是一种不确定性。这种观点认为风险既是机会又是威胁。它比较符合客观实际，符合辨证唯物主义认识论。机会和威胁就如同一对孪生子，是决策人员必须正确处理的一对矛盾。承认某种活动有风险，就是承认它既蕴含机会又蕴含威胁。上海交通大学硕士学位论文
3.风险是损失或损害。说风险是损失或损害，一方面是因为人们从事各种活动的确有可能蒙受损失或损害，告诫人们提高誉惕。另一方面，这种观点强调人类活动的不利后果，关心的重点是如何处理不利后果。因此保险业人士多采纳风险的这种定义。
二、评估方法
基于运行可靠性的制约因素和评估标准的分析，本文引入了故障树分析法，对输电线路运行状态的可靠性进行评估。
1.评估模型。在具体评估过程中，本文使用最小割集理论将所有指标归纳为28个最小割集，每个割集都具有3种状态，即良好、注意和不良状态。同时，这些割集也可称为底事件，而杆塔、绝缘子和金具等设备因素就是二级事件，被评估输电线路运行状态的可靠性是顶事件。本文建立了相应的数学模型，制约因素中的杆塔设备、绝缘子串、金具、导线和接地装置因素分别用X、Y、Z、R和S表示，其底事件分别用xi(1≤i≤10)、yi(1≤i≤4)、zi(1≤i≤4)、ri(1≤i≤5)和si(1≤i≤5)表示。
2.计算方法。为了定量计算输电线路运行状态可靠性的概率，本文首先计算底事件发生的概率，通过最小割集法，增加按照经验手册得到的权重系数，对底事件概率的计算结果进行一系列的组合计算，即可计算得到顶事件的概率。设故障树是T，其故障事件由x1,x2,?,xn等事件组成。令V={xi1,xi2,?,xim}表示故障事件的集合，在这个集合中，只有所有的故障事件同时发生，则顶事件才可能发生；否则，顶事件不可能发生。此时，集合V就是故障数T的一个割集。如果去掉任何一个事件，集合V不再是割集，则集合V就是故障树的最小割集。
用Φ(x)表示顶事件的结构函数，则Φ(x)=Φ×(x1,x2,?,xn)
其中，如果故障树的底事件之间只存在或运算或者与运算，则顶事件的结构函数Φ(x)是单调结构的函数。
设C1,C2,?,Cn是故障树T的所有最小割集
3.这里使用下行法求解故障树的最小割集，其基本原理是使用不同的逻辑符号，表示顶事件以下的所有事件，即如果顶事件向下是或运算，则将这些事件放置到不同行中；如果是与运算，则放置到同一行，不断进行这样的运算，直至计算到底事件停止。这样就可以计算得到模型的最小割集C。
4.当故障树模型的状态类型增加时，系统状态概率的计算过程就变得非常困难，所以在具体计算过程中，对于可靠性较好的线路部件，通常直接被用作模型的状态概率，这样不仅符合施工的设计要求，而且减小了模型计算的复杂度，节省施工人员的计算资源，而这种计算方法叫做最小割集上界算法。
三、软件实现
故障树模型是一种检验输电线路可靠性的预测算法，该方法通过预测输电线路的多种制约因素发生的可能性，从而计算输电线路的可靠性，形成输电线路运行状态的评估系统。为了完整地实现该系统，本文使用FTA（Fault Tree Analysis）软件构建其底事件到顶事件的逻辑关系，从而建立评估输电线路可靠性的故障树模型。
1.软件功能。FTA软件是一种与Windows兼容的分析系统可靠性的软件，主要用于故障树模型的建立与求解，其功能主要包括马尔可夫分析、共因失效分析和灵敏度分析等等。（1）马尔可夫分析功能主要通过数字积分方法获取输电线路的变化情况，从而得到故障树中多个事件的联系，最终分别计算输电线路所有状
态的发生概率；（2）共因失效分析主要负责处理在故障树中无法判断的导致线路故障制约因素的情况，即计算多项底事件之间的相关性，进而得到线路故障的根本原因，最终得出线路故障发生的概率；（3）灵敏度分析主要是指FTA通过分析软件数据库、故障树和后果表等部件，得到事件后果的最小割集，从而计算线路故障概率。
2.软件特点。FTA软件使用标准Window软件界面，提供简单易用的访问和编辑等功能。在编辑过程中，故障树的模型规模没有限制，可使用剪切、复制和粘贴等功能进行编辑；完成编辑后，软件将自动进行排版和美化，便于用户查看；此外，该软件可以自动求解和排列顶事件发生的概率、不可靠度、最小割集、bimbaum和fussell-vesely重要度等指标，可以兼容位图图像文件，分析和计算结果可以直接保存为多种类型的文件，并且可以与Access和Excel等软件通信，生成详细的各种科学图表。总体而言，FTA软件具有工作原理简单、操作方便和运算效果良好的特点，适用于系统化的可靠性评估。
3.软件设计。通过使用面对对象的编程思想，本文基于Visual C++设计和开发了具有交互作用的FTA软件。基于CScroll View视图类，本文使用VC++软件中的应用程序向导设计了处理单个文档的FaultTree项目，为便于用户查看，本软件添加了缩放功能。首先，建立CZoom View类；其次，使用CScroll View类实现放大和缩小等函数和相关变量，设定视图大小和缩放模式，实现载入光标等功能；最后，把CFaultTree View类修改为CZoom View类。在实现过程中，本文使用Class Wizard向CScroll View类中添加控制类的指针pCmd，同时添加ON_WM_LBUTTONUP和ON_WM_MOUSEMOVE等各种消息的处理函数。（2）文档类设计。文档类设计面临着如何保存图形元素的问题。如何解决这个问题：即使用coblist类中的Serialize函数完成图形文档的存储与读取。
本文通过引入故障树分析法，利用最小割集理论建立了故障树模型，并给出了相应的模型计算方法，形成了一个输电线路运行状态可靠性的评估系统。
参考文献：
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