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  山东大学学报(工学版)  2017, Vol. 47 Issue (6): 13-19  DOI: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.225
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引用本文 

郑茂然, 余江, 陈宏山, 张时雨, 程浩原, 高宏慧, 张静伟. 基于KPI的继电保护运行评价指标体系构建[J]. 山东大学学报(工学版), 2017, 47(6): 13-19. DOI: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.225.
ZHENG Maoran, YU Jiang, CHEN Hongshan, ZHANG Shiyu, CHENG Haoyuan, GAO Honghui, ZHANG Jingwei. Construction of index system for relay protection operation evaluation based on KPI[J]. Journal of Shandong University (Engineering Science), 2017, 47(6): 13-19. DOI: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.225.

作者简介

郑茂然(1981—),男,山东济宁人,高级工程师,硕士,主要研究方向为电力系统继电保护运行管理. E-mail:ranran_zheng@126.com

通讯作者

张时雨(1992—),女,天津人,硕士研究生,主要研究方向为电力系统运行与控制. E-mail:2442720775@qq.com

文章历史

收稿日期:2017-05-04
网络出版时间:2017-11-09 14:18:48
基于KPI的继电保护运行评价指标体系构建
郑茂然1, 余江1, 陈宏山1, 张时雨2, 程浩原2, 高宏慧1, 张静伟1     
1. 中国南方电网有限责任公司电力调度控制中心,广东 广州 510623;
2. 山东大学电气工程学院,山东 济南 250061
摘要:基于绩效管理中的关键绩效指标(key performance indicators, KPI)思想提出一种继电保护运行评价指标体系的构建方法;根据KPI理论中的二八原理和平衡计分卡方法,分析继电保护业务与电网其他相关业务的关联关系,明确战略指标的组成并建立战略指标集;利用鱼骨图建立战略指标分解方法,并通过维度划分、分类设计与指标整合形成战术子指标,组成战术指标集。战略指标集与战术指标集以指标链形式紧密结合,最终建成多层、多级、多维的继电保护运行评价指标体系。
关键词继电保护    KPI    运行评价    指标体系    
Construction of index system for relay protection operation evaluation based on KPI
ZHENG Maoran1, YU Jiang1, CHEN Hongshan1, ZHANG Shiyu2, CHENG Haoyuan2, GAO Honghui1, ZHANG Jingwei1     
1. Power Dispatching Control Center, China Southern Power Grid, Guangzhou 510623, Guangdong, China;
2. School of Electrical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
Abstract: A method to construct the evaluation index system of relay protection operation based on KPI was proposed and the index system from three layers was illustrated. According to 20-80 rules and the balanced score card method in KPI theory, the composition of the strategic indicators was clarified and the strategic index set was established after analyzing the relationship between the relay protection business and other related business of power grid. The strategic index decomposition method based on the fishbone map was established and tactical sub-indicators was formed through the dimension division, classification design and index integration constructing tactical indicators set. Strategic indicators set and tactical indicators set were closely integrated in the form of index chain. The relay protection operation evaluation index system consist of multi-layer, multi-level and multi-dimension was finished.
Key words: relay protection    KPI    operation evaluation    index system    
0 引言

建立一套科学的评价指标体系,全面准确地反映继电保护运行的绩效水平,为查明缺陷或异常原因、制定反事故措施、消除继电保护引起的安全隐患提供依据,是进一步完善继电保护系统运行管理、促进电力系统运行水平提高的重要工作。目前,关于继电保护运行评价的研究大多针对继电保护装置自身的运行状况展开。文献[1]为评估继电保护装置的状态,从装置自身质量、预防性试验、运行工况和历史数据几方面,建立继电保护装置状态评价指标体系。在多个国际著名的电网调度评估指标体系,如能源咨询公司KEMA Consulting创立的TSO指标体系、美国的EPRI指标体系、英国的National Grid指标体系中,虽然涉及继电保护运行可靠性的评价,但指标数量少之又少。我国的多个继电保护相关的规程[2-5]中,主要是明确了分层次评价的原则,如文献[2-3]规定出了综合评价、责任部门评价和运行分析评价3个层次,文献[5]则规定了动作行为评价、责任部门评价和运行管理评价3个层次。对高压直流输电系统继电保护、智能变电站继电保护等新兴保护形式的运行也提出了针对性要求[4-5]

在电网评价指标体系方面开展的大量研究工作[6-16],对建立继电保护运行评价体系具有借鉴意义。文献[6]从安全性、经济性、优质性以及清洁性4个角度,构造一套评价电网运行状态的关键指标体系,并提出相应算法,实现了指标的计算及评价结果的量化;文献[7]分战略指标集和过程指标集2个层次构建智能电网评估指标体系;文献[8]基于全生命周期的分析理念,从不同的关注范围出发,设计了低碳电网综合评价指标体系及核心评价指标体系;文献[9]提出一种构建电网运行绩效指标体系的系统化方法,基于可拓理论和相关性分析,并利用可拓理论的发散分析、关联分析、蕴含分析等手段拓展形成关键绩效指标(key performance indicators, KPI)体系;文献[10]依据层次分析法建立了调度评价体系,包含目标层、准则层和因素层等三层级体系架构,以及运行绩效、内部运营、保障支撑、创新发展四维度的涵盖范围;文献[11]提出坚强智能电网的多因子综合评估指标体系的初步框架, 包括智能电网的规模发展水平、技术支撑能力和发展效果三方面一级指标, 并细化了二级指标和三级指标。

总体而言,现有的研究和规程中虽然考虑了继电保护运行情况评价,但指标数量少,过于分散,维度单一,涵盖范围小,考虑不全面,没有形成健全的继电保护运行评价指标体系,不能实现对继电保护运行全方位、系统性的评价。因此本研究在参考电网评价指标体系构建方法的基础上,构建了基于KPI的继电保护运行评价指标体系,以实现对继电保护运行的全面评估与指导。

1 体系架构

考查对象不同,建立指标体系的指导思想随之不同。基于监测数据和历史数据,文献[17]应用层次分析法构建了反映电力电缆运行状态的评估指标体系;文献[18]将物元可拓法的思想应用于构建黄河水质评价体系中;文献[19]从行业层面上建立炼油工业科学合理的清洁生产评价指标体系。

继电保护伴随电力系统的发展而发展,是电力系统安全稳定运行的第一防线,将继电保护运行放入电力系统运行的大环境下进行评价是必然的要求。继电保护的动作指令改变一次设备的运行状态,而一次设备的运行情况直接影响到电力系统的运行,所以继电保护系统的运行情况不仅与自身相关,且与一次设备的运行情况及其在电网中的位置相关。考虑到继电保护系统运行与一次设备运行之间的关联关系,本研究以绩效管理中的关键绩效指标思想为基础,构建包含继电保护及其相关设备运行评价的广义继电保护运行评价体系。

1.1 KPI

KPI[9]是一种系统的绩效考核方法,它将企业宏观战略目标决策层层分解,产生可操作性的战术量化目标,强调对企业有重要影响的因素,反映最能有效驱动企业价值创造的关键因素,以此为基础明确企业部门及人员的业绩衡量指标。定义和衡量企业目标的过程,就是KPI产生的过程。任何企业都可以在3个层次上阐述其组织目标:愿景、战略和战术。

KPI指标法在电力企业管理和电网运行评价中已有应用,在企业的网络营销绩效、变电运检工区绩效管理、电力变压器多层次状态评估、电力信息安全态势评价等方面取得研究进展[20-23]

1.2 整体结构设计

根据关键绩效指标法的思想,本研究将继电保护运行评价体系设计分为3个层次:目标(愿景)层、战略层和战术层。作为电力系统第一道防线的继电保护,其最根本目标就是保障电力系统持续、安全、可靠地发电和供电,从而确保社会生活和经济生产正常运转,保证社会稳定以及人民生命财产安全。基于此总目标,需要站在战略高度制定策略,促进总目标的实现。再进一步将战略层落脚到实际战术层,通过战术实施,达成战略的实现。战略指标反映的是结果(滞后指标),是战术指标的宏观表现;战术指标反映的是原因或者是手段(领先指标),是战略指标的影响因素,每个战术指标集中的不同的战术指标共同作用于该战略指标。目标层、战略层和战术层三者之间的关系如图 1所示。

图 1 3个层次之间的关系 Figure 1 The relationship between three layers
2 战略层及其指标集

KPI理论的核心在于要在一个混沌系统中找出关键流程、关键要素、关键数据以及关键角色。无论以何种标准对指标进行筛选,如何保证KPI指标评估能够切合实际继电保护运行评估的需求,做到不遗漏、不重复,是KPI体系战略指标集设计中最关键的工作,也是保证KPI指标可用性、实用性的关键。因此本研究结合二八原理和平衡记分卡理论筛选关键要素,构建战略指标集。

2.1 基本方法

KPI的理论基础是二八原理,是由意大利经济学家帕累托提出的一个经济学原理,即一个企业在价值创造过程中,每个部门和每一位员工80%的工作任务是由20%的关键行为完成,抓住20%的关键,就抓住了主体。KPI战略指标集是对指标体系的提炼和简化,要求以尽可能少的关键指标展示继电保护运行的绩效。二八原理,为确定KPI指标集的指标数量提供科学参考依据。在KPI战略指标筛选中运用二八原理,可有效保证KPI战略指标集的简练性。

平衡计分卡理论(balanced score card, BSC)是1990年美国的复兴全球战略集团学术顾问卡普兰教授推广发展起来的[24],该理论的中心思想是以公司战略为核心,通过财务、客户、企业内部流程和企业的学习与成长4个方面指标之间相互驱动的因果关系,实现战略—考核—改进3个层面的实施和修正。

2.2 战略指标的建立

战略层的指标设计以二八原理为基础,对传统平衡计分卡4个维度进行适应性调整。继电保护运行绩效没有直接与财务层面产生联系,在财务层面取得更高回报不是继电保护运行的根本目标,但保障电网安全稳定运行间接促进了财务增收,因此将电网安全等效替代财务维度。继电保护各个利益相关方,如设备生产厂家、电网调度部门、运维部门等,是继电保护广义的客户。客户价值主张的实现依赖于设备的可靠运行,因此将传统平衡计分卡的客户层面定义为设备可靠运行维度。在内部运营层面,管理者要确认关键流程和活动,对继电保护来说,其内部运营就是保障电力系统安全稳定的运行,运行维护是有效提高继电保护可靠性的措施和防止电力系统故障发生与扩大的重要途径,为电力系统运行的安全稳定提供可靠保障,因此将传统的内部运营层次替换成运维效率维度;最后在传统平衡计分卡学习与成长方面,突出管理、人员、组织、技术模式等方面的持续创新水平,以考察能否在内外部环境变化中保证对继电保护及相关设备实现有序规范管理,形成规范管理维度。基于KPI的继电保护运行评价体系的战略指标集如图 2所示。

图 2 战略指标集 Figure 2 Strategic indicators set

4个战略指标之间存在因果逻辑关系。继电保护是保障电网安全稳定运行的第一道防线,是整个电力系统的重要组成部分,为电网安全服务。继电保护的目标是能保证电网安全可靠运行,而电网安全运行的基础是设备的可靠运行,只有一次设备与二次设备都能够可靠运行,防止电网事故扩大和连锁反应的发生才能实现。提高运维效率和加强管理的规范化,又是保障设备可靠运行的必要措施,同时提高运维效率也对加强管理的规范化提出了要求。因此,在指标体系的战略层次上,应从关系电网安全稳定、衡量设备可靠运行、体现运维智能高效和反映管理规范有序四个方面展开,建立起基于KPI的继电保护运行评价体系的战略指标集,它们之间的因果逻辑关系如图 3所示。

图 3 战略指标之间的关系 Figure 3 The relationship between strategic indicators
3 战术层指标集

采用鱼骨图分解法对战略指标集从微观层面上进行分解,最终形成战术指标集。

3.1 鱼骨图分解法

鱼骨图分解法又称因果分解法[10],是通过因果图,逐层深入排查、分解目标问题的可能原因,进行有的放矢的处置和管理。使用因果分解法要分清因果地位, 注意因果对应,然后循因导果, 执果索因。主要步骤如下:(1)确定战略性工作任务,即确定哪些因素与该战略指标有关;(2)确定业务标准,定义关键影响因素,满足实现战略指标的必要条件;(3)确定关键战术指标。

根据鱼骨图分解法,分别对四个战略指标进行分解,查找其关键影响因素,以查找影响电网安全战略指标的因素为例,分解结果如图 4所示。

图 4 鱼骨图分解 Figure 4 Fishbone diagram decomposition

根据鱼骨图分解出的电网安全战略指标影响因素,筛选出其对应的指标,构成战术指标集,如表 1所示。

表 1 电网安全指标集 Table 1 Grid safety indicators set
3.2 战术子指标集

每个战术指标根据指标关联的不同特征设定维度进行分层形成战术子指标集,战术指标的多维分解按照如下三步骤进行:

(1) 维度划分。维度设定,实际上是为指标体系构建设计不同的分类视角、确定不同的分类标准。维度的设定,一方面要充分依据指标的内容含义,另一方面要符合继电保护运行实际,应在充分调研的基础上,分析维度设定的需求。本研究设定了对象、电压、运维单位、时间、故障或缺陷原因、缺陷部位6个维度,电压维度和运维单位维度是通用维度,其余4个维度是某些指标特有的维度。6个维度相互协调,共同形成完整的多维度战术子指标集。

(2) 分类设计。在不同的维度上,根据电网结构、技术状况与运行管理体制进行深入细化,科学地进行维度类别划分。分类设计按照完整性、适度性、协调性、实用性、对应原则进行。例如在电压维度中,按照实际电网电压等级,可以划分为≥500 kV,220~500 kV,110 kV,35~66 kV,≤35 kV五类;运维维度划分根据运维范围不同可以划分为多个类;时间维度按照继电保护的管理需要划分为月度和年度2类。

(3) 指标整合。在维度划分、分类设计基础上,形成了各个相对独立的“容器”,指标整合过程实际上就是从庞大的可用评价指标集中,按照不同的标准,将指标“放入对应的容器”。

4 继电保护运行评价体系的形成

按如下步骤进行构建,即可形成基于KPI的继电保护运行评价指标体系。

(1) 将继电保护运行评价指标体系基于KPI思想进行分层,形成目标层—战略层—战术层三层体系结构。

(2) 在目标层的基础上,构建指标体系的战略指标集。

(3) 对每一个战略指标集,通过分解得到相应的战术指标集合。

(4) 对每个战术指标按照不同维度分解成不同的子指标。基于KPI的继电保护运行评价体系框架如图 5所示。

图 5 基于KPI的继电保护运行评价体系框架 Figure 5 Evaluation system framework of relay protection operation based on KPI
5 结论

以KPI思想为指导,通过二八原理和平衡计分卡方法建立了具有全面性、多层次、多维度的继电保护运行评价体系。通过对继电保护系统的设备配置水平、检修维护水平和专业管理水平等方面的系统性审视,可有效实现对继电保护整体运行水平的掌控,及时揭示隐患并促进完善,使继电保护系统在保障电力系统稳定运行方面发挥更大的作用。

指标的计算离不开数据。为保证评价体系发挥有效的指导作用,体系中每个指标的数据可信度有待探讨。后续将对其量化计算展开研究,从而准确评估指标的数据成熟情况,为运行评价和运行管理工作提供科学依据。

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