设备或元件的可靠性统计是按照国际通用的方法，把各种电力设施的各种不同运行行为划分成若干互斥的工作状态，按照任一设施在任一时刻必须且只能处于一种状态的原则，记录其在统计时域（一般为日历年）内的状态变化和处在各种状态的时间，计算各种可靠性指标。电力系统可靠性分析所需要的基本数据按其性质可分为确定性和随机性两类。确定性数据包括线路阻抗和导纳、载流容量、发电机组参数、系统矫正措施、负荷重要性等；随机性数据包括各种装置的故障和维修参数等。

由于系统是由元件（设备或设施）组成的，在系统规划中分析可靠性时，需要用到设备和设施的基本可靠性数据，其中确定性数据是已知的，可由设计或运行实测求得，而随机性数据则必须对运行中的设备进行专门的、系统的统计分析才能收集到。因此，很多国家都建立了自己的设备停运统计分析和报告制度。

按照系统的构成，电力系统可靠性统计分为发电机组可靠性统计和输变电设备可靠性统计。中国也对电力设施的可靠性进行统计。

发电机组的状态数据可归纳为机组状态、容量水平、时间含义、能量值和性能指标等。

机组的运行准备状态。机组状态的划分见图1。

图1　发电机组状态划分图

①可用状态，机组在运行中并在电气上与系统连接，或是在备用停机状态。②不可用状态，机组因各种原因停运而不能运行的状态，不论其是由于什么原因造成的。③运行，机组电气连接于电力系统的工作状态。④备用停机，机组处于可用但不在运行的状态。⑤计划停运，机组事先有计划地从系统切除进行试验、维护或进行检修而处于不可用状态。计划停运应该是事先安排好进度，并有既定期限。如：大修停运指机组按检修规程规定的大修间隔和工期并经年度计划批准的检修停运；小修停运指机组按检修规程规定的小修间隔和工期并经月度计划批准的检修停运。⑥非计划停运，机组处于不可用，但又不是计划停运的状态。中国的统计分类包含：第一类非计划停运（立即停运）；第二类非计划停运（可短暂延迟的停运）指不需要从可用状态立即退出，但需在6小时以内停运者；第三类非计划停运（可延至6小时以后停运）；第四类非计划停运（可延至较长时间后的停运）指机组可延迟至72小时以后，但需在下一次计划停运前从可用状态退出的一种停运。⑦强迫停运，机组处在第一、第二、第三类非计划停运状态皆作为机组的强迫停运状态。⑧维修停运，机组处在第四类非计划停运状态作为维修停运状态。

运行机组能发出铭牌容量的程度。容量水平可分为机组的最大容量、可靠容量、季节性减少出力、可用容量和机组降低出力等五类。机组的最大容量指在规定（设计）的环境温度条件下的容量。可靠容量指在某一特定时期中受环境条件限制（如夏季循环水温升高，出力下降）而修正后的最大容量。季节性减少出力为最大容量与可靠容量之差。可用容量指任何时候受设备条件限制修正后的可靠出力。机组降低出力指可靠容量与可用容量之差，或称部分停运或限制出力，可分为计划和非计划降低出力，非计划降低出力又可进一步分为强迫降低出力和维修降低出力。

各种运行状态和各种容量水平所持续的时间，包括运行状态时间和容量水平时间，其时间单位一般以小时（h）表示。

可用总值或净值表示。最重要的两个值为：①在给定时段内测得的机组发电量，即实际发电量。②在给定时间内，机组连续运行在最大容量时可能发出的电量，即最大发电量。

根据各种机组状态、容量水平、能量值和时间含义可以求出机组的可用度、生产性、可靠性等重要性能指标，包括强迫停运率、计划停运率、等值降低出力系数、等值可用率、等值不可用率、季节性降低出力系数、容量系数、平均无故障运行时间、启动失效率等。

主要有北美电力可靠性委员会发电设备可用率数据系统^[注]（NERC GADS），加拿大电力协会设备可靠性信息系统^[注]（CEA ERIS）和欧洲数据系统。欧洲数据系统主要包括国际原子能机构的动力堆信息系统^[注]（IAEA PRIS），国际发供电联盟的火电厂数据库和有关核电厂的重大事件报告系统^[注]（USERS）和欧洲共同体经济委员会^[注]（EEC）的有关核反应堆的可靠性数据系统^[注]（ERDS）。

北美电力可靠性委员会代表所有该协会的美国电力公司和加拿大电力公司建立和保持的发电设备可用率数据系统。1997年，参加该系统的发电设备容量约占美国和加拿大装机容量的92%。NERC GADS数据每年以发电设备可用率报告^[注]（GAR）的形式发表。

NERC GADS使用三类数据：①机组系谱，标志其主要系统和部件。②机组事件，记录机组经受的每次运行状态和能力变化，以编写其运行史。③机组运行性能记录，记录机组的实际运行情况数据。根据这些数据即可对某台机组和各类机组及其主要系统和部件分析其运行性能的趋势。

NERC GADS编写的报告须知规定了报道的程序及格式，报告中所有的定义和要求见美国标准学会和电气电子工程师学会制定的标准762（报道发电机组可靠性、可用率和生产率所用的定义）。NERC GADS中所用的定义与USERS的定义不完全一致。

加拿大电力协会为加拿大电力工业部门编制的记录发电和输电设备运行情况和集中数据处理的统一格式。发电设备的报告系统从1977年开始实行，包括：①水电和抽水蓄能机组，最大连续铭牌出力为24兆瓦及以上。②火电机组，最大连续铭牌出力为60兆瓦及以上。③燃气轮机发电机组，最大连续铭牌出力达到兆瓦级。④核电机组，最大连续铭牌出力为200兆瓦及以上。

CEA ERIS记录的主要内容如下：①每台机组在整个统计期间状态的记录。②每台机组降低出力，包括重复降低出力的记录。③每台机组的每次状态改变的原因。④某些选定部件停运的记录（即使未造成机组状态的改变）。

CEA ERIS发电设备数据系统中使用了11种状态模型，包括6种可用状态（运行、强迫降低出力运行、计划降低出力运行、可用但未运行、强迫降低出力下可用但未运行、计划降低出力可用但未运行）和5种不可用状态（强迫停运、强迫延长维修停运、强迫延长计划停运、维修停运和计划停运）。

输变电设备的状态数据包括设备分类、故障模式、母体和统计（或暴露）时间、恢复过程等。

输变电设备按其故障和恢复过程的不同，其基本数据的收集可按架空线路及电缆、静止设备、开关和保护设备3类分别收集。

①架空线路（图2）及电缆。这类设备的故障率为长度的函数，如不考虑其终端设施的影响，则在大多数实际应用中可以假定其故障率与其长度成正比并且按每年每单位长度故障次数表示。实际上其终端设备的影响为一常数，可以在故障率中增加一常数来计及终端设备的影响。

图2　紧凑型输电线路（中国电力科学研究院提供）

②静止设备。除开关设备以外的变电设备，包括变压器、电抗器、互感器及避雷器（图3）等。这些设备的故障率可以按每年出现故障的台次数表示。

图3　穿刺型带间隙避雷器（中国电力科学研究院提供）

③开关和保护设备。断路器、隔离开关及其相应的保护和控制系统。这类设备仅在接到命令时动作（分断或关合）。在某些情况下需要专门研究保护本身问题时则需将保护与开关设备分开。通常在研究系统行为时，开关设备及其相应的保护设备作为一个整体来看待。

不同的故障模式对系统的影响程度不同，因此故障数据需按故障模式分类。故障模式有短路故障、开路故障、操作故障、计划停运、多重故障5种。

①短路故障是最常见的故障，并造成系统中大部分地区的停运。所有输变电设备都可能发生短路故障。它将造成相应的保护装置动作和断路器跳闸。按故障的恢复过程，短路故障又可分为永久性、暂时性和瞬时性等三种。永久性故障指造成停运的部件已损坏，需修理或更换。暂时性故障指造成停运的部件未损坏，由人工恢复运行。瞬时性故障指造成停运的部件未损坏，由自动装置恢复运行。

②开路故障是较稀有的故障。主要包括：导线断线，只有架空线路及电缆和静止设备发生这类故障；断路器误跳闸（包括人为原因），只有断路器和保护设备会发生这种故障；除故障外的所有造成保护系统误动作的情况。

③操作故障。对断路器和保护设备除短路和开路故障外，由于它们具有操作功能，还可能发生操作故障，包括拒分和拒合故障：拒分，对正常关合的断路器及其相应的保护，当系统发生故障时应动作跳闸，但由于断路器或保护系统本身的原因却拒绝跳闸，这类故障会导致系统事故扩大，在需要分别分析保护和断路器动作情况时也可将二者分开研究；拒合，对正常断开的断路器和在系统故障时跳开又自动重合的断路器，应合闸而拒绝合闸。

④计划停运。指因进行大修、维修、施工或改进等工程而预先计划安排的停运。

⑤多重故障。指由于某一原因造成多个元件同时停运，如共用线路杆塔而造成共模停运，或由于变电站相关原因以及连锁性故障等而造成的多个元件停运。

由于气候对输配电系统故障影响很大，在收集数据时应当充分考虑气候的影响。

在用随机数据进行指标统计时还需要收集下列参数：①各种类型的运行部件数，以求得暴露于故障的件数。②线路及电缆长度，包括双回路和位于共同走廊的线路。③母体暴露时间，即事件可能发生的持续时间。④暴露次数，指故障可能发生的次数（仅对断路器和保护设备）。

包括恢复方式和恢复方法。

恢复方式。有恢复对用户供电和恢复故障部件至工作状态两种。这两者的恢复时间不完全一致。①部件在原地修理，修复过程结束即可恢复供电。在这种情况下恢复对用户供电和恢复故障部件至工作状态的恢复时间是一致的。②部件发生短路故障，断路器跳闸的同时可能使健康部件被断开。在将故障部件隔离后，断路器重合使全部或部分负荷点恢复供电。因此负荷的恢复供电时间与恢复故障部件至工作状态的恢复时间不同。③故障部件由备用部件替换。对用户恢复供电时间与部件修复时间不同，甚至故障部件可能报废。

恢复方法。它与故障事件的类型有关，恢复方法有修理、更换、人工操作或自动重合等。对永久性故障通常是进行修理或更换，被更换的部件若可以修复则修复后再使用或做备用，如损坏严重不能修复则报废。对这些不同情况均应加以区分。对暂时性故障通常用人工操作来恢复或是切换至其他电源，同时对故障部件进行修理或更换。对瞬时性故障通常采用自动重合的方法来恢复。

国际上很多电力管理机构或电力公司都有数据统计系统。例如：①北美电力可靠性委员会输电设备可用率数据系统^[注]（TADS）。②加拿大电力协会设备可靠性信息系统（CEA ERIS）。③原英国中央发电局^[注]（CEGB）输变电故障统计报告系统^[注]。④联邦爱迪生公司^[注]（CE）故障报告系统。它们的主要内容为基本概念、故障模式、停运时间、统计指标等。

包括统计对象和停运分类。①统计对象，通常以元件为基本统计对象。②停运分类，一般需考虑独立强迫停运和共模停运，部分公司还考虑相关停运。在强迫停运分类上，有些公司根据停运持续时间区分为持续故障和瞬时故障。

CEA ERIS将故障分为10种：单相接地、相间短路、两相对地短路、三相短路、一相或二相开路、断路器拒分、断路器拒合、断路器误动、人为和原因不明。

CEA ERIS对维修时间定义为部件修理所用时间；CEGB OR 9A则定义为该回路恢复供电的时间并分别记录该部件修理所用时间。

它们都计算和统计基本的可靠性指标和输电系统的运行性能指标。指标有3类：①事件发生的频次和故障率。②某一状态的平均持续时间。③指令失效的概率。

中国电力可靠性管理中心负责中国大中型电力设施可靠性特性以及电力系统供电可靠性的统计。自20世纪80年代起，中国开始对发电、输变电设备的强迫停运率等指标进行统计，每年都会发布统计报告。

列入全国性可靠性统计的电力设施范围为：100兆瓦及以上容量的火力发电机组；40兆瓦及以上容量的水力发电机组；核电机组；直流输电系统；200兆瓦及以上容量火力发电机组的主要辅机；220千伏及以上电压的主要输变电设施；城市用户供电；农村用户供电。以上范围外的电力设施，由各电力企业按照统一的方法自行统计。

包括可用系数、等效可用系数、非计划停用次数、强迫停运率和等效强迫停运率。

①可用系数和等效可用系数。计算公式为：

…（1）

…（2）

式中为标计及发电机组降低出力运行；为各次降低出力额度与该次降低出力持续时间之乘积在统计期间内的累计值除以该机组额定容量，即以电量为基准将降低出力折算成全额停运的小时数。

②非计划停运次数（）。计算公式为：

…（3）

式中非计划停运指事先未列入停运计划，而又不能延迟到下一次计划停运的停运事件。③强迫停运率和等效强迫停运率。计算公式为：

…（4）

式中强迫停运指不能延迟到72小时以后停运的非计划停运。

若计及强迫出力状态，则需把突发性强迫降出力份额折算成全额强迫停运后计入计算公式，得等效强迫停运率的计算公式：

…（5）

式中为强迫停运小时；为运行小时；为第一、第二、第三类非计划降低出力等效停运小时之和；为第一、第二、第三类非计划降低出力等效备用停运小时之和。

表1列出了2012年几种典型火力发电机组的主要可靠性指标，表2列出了2011年按地区统计的100兆瓦及以上容量火力发电机组的运行可靠性指标。

包括可用系数和强迫停运率等。①可用系数。计算公式与发电设备可靠性指标计算式（1）相同。

②强迫停运率。计算公式与发电设备可靠性指标计算式（4）相同。当设备按台计时，统计量为100台，以次/（100台·a）表示；当设施按长度计时（如输电线路），统计量为100千米，以次/（100km·a）表示。

中国自1990年以来进行了输变电设施的可靠性统计。表3列出了2010年和2011年220千伏及以上电压等级架空线路、变压器等13类输变电设施的主要指标。