基于狀態(tài)檢修的電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)和方法

杜 平 劉 浩 張 華

（陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，西安 710061）

在“西電東送，南北互供，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的重大國(guó)家戰(zhàn)略基礎(chǔ)上，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為我國(guó)電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的重點(diǎn)，將形成全國(guó)性的區(qū)域聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，因此電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本保證，也是保證社會(huì)健康快速發(fā)展的動(dòng)力，任何原因引起的電網(wǎng)解列和電壓頻率崩潰而導(dǎo)致的大面積停電事故，都將引起很大的社會(huì)動(dòng)蕩[1-3]。因此，構(gòu)架堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

電力變壓器是電力系統(tǒng)運(yùn)行、轉(zhuǎn)換能量和傳輸能量過(guò)程中最重要和最關(guān)鍵的設(shè)備，在電力系統(tǒng)中處于樞紐地位。隨著我國(guó)一特四大，智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展大量的高電壓，大容量變壓器投入運(yùn)行，電力變壓器的運(yùn)行安全水平對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行安全具有重要的作用。同時(shí)由于這些電力變壓器具有價(jià)格高、檢修難度大和檢修時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，一旦因?yàn)檫\(yùn)輸、安裝、運(yùn)行等原因造成的變壓器故障不僅會(huì)影響電力系統(tǒng)輸電能力，造成變壓器本身的不可修復(fù)性損傷，甚至?xí)斐纱笠?guī)模停電，這對(duì)于電力系統(tǒng)本身和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，都是巨大的損失[2-5]。

因此，為了保證電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，電力公司和制造廠家紛紛提出對(duì)變壓器進(jìn)行周期檢修的概念，然而由于這種周期性的非科學(xué)性，可能導(dǎo)致設(shè)備不健康工作，影響設(shè)備的正常使用壽命，造成設(shè)備的絕緣破壞等狀況，在當(dāng)前對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備運(yùn)行的高可靠性和高安全性的背景下，周期性的檢修方式已經(jīng)不再適合智能電網(wǎng)框架下的電網(wǎng)發(fā)展需要[6-10]。在此基礎(chǔ)上，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了電力變壓器的狀態(tài)檢修，而變壓器狀態(tài)檢修中的關(guān)鍵一環(huán)是開(kāi)展電力變壓器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作的研究[3-7]。

本文首先提出了一套包含氣試驗(yàn)、運(yùn)行歷史、油中溶解氣體、環(huán)境因素、絕緣油特性、檢修記錄和附件等電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，針對(duì)電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的量化需求，提出了一套電力變壓器基于模糊三角數(shù)學(xué)的模糊層次評(píng)估方法。在此基礎(chǔ)上，給出該評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法在電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用的步驟和可行性進(jìn)行了探討，可為電力人員對(duì)電力變壓器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作提供指導(dǎo)和借鑒作用。

1 電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)體系

電力變壓器是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，對(duì)多年來(lái)電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的歷史資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，將電力變壓器分為器身、郵箱、絕緣油套管、測(cè)試、冷卻系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和分接開(kāi)關(guān)7個(gè)部分，如圖1所示[3-6]。

為了對(duì)電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，同時(shí)全面的真實(shí)的從各個(gè)角度反映電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。本文分別從7個(gè)大的方向即一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)電力變壓器的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，主要包括電氣試驗(yàn)、運(yùn)行歷史、油中溶解氣體、環(huán)境因素、絕緣油特性、檢修記錄和附件。

圖1 變壓器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

同時(shí)每一個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)又包含若干個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo),如運(yùn)行歷史一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括運(yùn)行溫度,負(fù)載情況，異常噪聲，近區(qū)短路和保護(hù)動(dòng)作共5個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。建立層次型的變壓器狀態(tài)評(píng)判指標(biāo)體系如下所示[4-10]。

1）絕緣性能。一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)絕緣性能主要包括如下4個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別是絕緣電阻，吸收比，泄露電流和介質(zhì)值。

2）電氣性能。一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)電氣性能主要有：繞組直流電阻和貼心接地電流兩個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3）環(huán)境因素。一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包含環(huán)境溫度，濕度，腐蝕性氣體和塵埃和海拔等共5個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4）絕緣油特性。一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)絕緣油特性主要包含油中微水，油介質(zhì)和擊穿電壓共3個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

5）運(yùn)行歷史。一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)運(yùn)行歷史包含5個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為運(yùn)行溫度,負(fù)載情況，異常噪聲，近區(qū)短路和保護(hù)動(dòng)作。

6）檢修記錄。一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)檢修記錄包含同類變壓器檢修記錄和該變壓器檢修記錄2個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為。

7）附件歷史。一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)附件歷史包3個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為套管，分接開(kāi)關(guān)盒冷卻開(kāi)關(guān)。

2 基于三角模糊數(shù)的模糊層次分析法

傳統(tǒng)的層次分析法被用于電力系統(tǒng)評(píng)估研究中，其本質(zhì)是通過(guò)專家對(duì)事物進(jìn)行主觀比較和判斷給出某些定性問(wèn)題進(jìn)行定量化。由于這些量化的結(jié)論具有模糊性，因此一些專家學(xué)者考慮將模糊數(shù)學(xué)的思想引入層次分析法，即模糊層次分析法。模糊層次分析法是有機(jī)地將專家經(jīng)驗(yàn)、客觀判斷、數(shù)學(xué)模型定量分析統(tǒng)一起來(lái)的決策方法，降低專家對(duì)決策問(wèn)題的主觀影響。

2.1 三角模糊數(shù)的基本概念及運(yùn)算[11]

設(shè)A為實(shí)數(shù)論域R上的一個(gè)模糊集，若λ?∈[0,1]，A是R中有限閉區(qū)間，則稱A為R上的一個(gè)模糊數(shù)。設(shè)A∈F(R)，F(xiàn)(R)為R上的全體模糊集，則A為模糊數(shù)當(dāng)且僅當(dāng)存在R中有限閉區(qū)間[a,b]使得[11]

1）在[a,b]上，μA(x)=1；

2）在[?∞,a]中，μA(x)為右連續(xù)的增函數(shù)，且0≤μA(x)＜1；

3）在[b,+∞]中，μA(x)為左連續(xù)的減函數(shù)，且0≤μA(x)＜1。

那么，若A的隸屬函數(shù)0≤μA(x)＜1：可表示R→[0,1]

式中，l≤m＜u且l,m,u∈R，即可稱A為三角模糊數(shù)，可記為（l,m,u）。l和u分別為A的下限和上限，m為A的中值也就是最可能值。

2.2 三角模糊數(shù)的判斷矩陣[7-11]

當(dāng)因素之間兩兩比較的結(jié)果用模糊數(shù)來(lái)表示，這個(gè)比較判斷矩陣就是模糊判斷矩陣。如若該矩陣對(duì)角線對(duì)稱元素之積為1，這是就稱為模糊互反判斷矩陣。假設(shè)A=(aij)n×n為模糊互反判斷矩陣，若aij為三角模糊數(shù)，則稱M為三角模糊互反判斷矩陣。

2.3 模糊互反矩陣的一致性檢驗(yàn)與單準(zhǔn)則排序

那么對(duì)于三角模糊判斷矩陣的權(quán)重向量求解公式如下。此處，權(quán)重系數(shù)為αk。

3 基于三角模糊數(shù)的模糊層次分析法步驟

電力變壓器的狀態(tài)評(píng)估時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行與檢修工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，由于很多的因素具有不確定，致使電力變壓器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作具有很大的難度?；谀：龜?shù)學(xué)數(shù)的層次分析法，由于能將模糊的概念進(jìn)行模糊化處理，進(jìn)而得到一個(gè)確定的評(píng)估結(jié)果，因此基于三角模糊數(shù)的的電力變壓器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的層次分析法具有重要的應(yīng)用前景。

基于三角模糊數(shù)的電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的層次分析方法主要步驟如下所示：

1）確定層次結(jié)構(gòu)，最高層目標(biāo)為多臺(tái)電力變壓器狀態(tài)檢修最優(yōu)決策方案，中間因素層是針對(duì)最終目標(biāo)分析確定主要影響該目標(biāo)的因素，方案層就是針對(duì)最終目標(biāo)提出的解決辦法。

2）建立電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3）專家通過(guò)三角模糊數(shù)的形式進(jìn)行打分，確定因素模糊判斷矩陣和方案模糊判斷矩陣。

4）進(jìn)行單準(zhǔn)則下的模糊判斷矩陣一致性檢驗(yàn)并求出對(duì)應(yīng)矩陣的權(quán)重向量。

5）根據(jù)局部權(quán)重向量求出各方案對(duì)最終目標(biāo)的綜合權(quán)重，假設(shè)求得綜合權(quán)重向量，再利用改進(jìn)的可能度比較方法—平均優(yōu)勢(shì)度，求出綜合權(quán)重向量的三角模糊數(shù)兩兩比較得到的平均優(yōu)勢(shì)度，建立備選方案兩兩比較的可能度消息矩陣，就是模糊互補(bǔ)矩陣。最后對(duì)模糊互補(bǔ)矩陣進(jìn)行排序，排序值大小為決策次序。

4 結(jié)論

電力變壓器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的作用，本文首先提出了一套電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，針對(duì)電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的量化需求，提出了一套電力變壓器基于模糊三角數(shù)學(xué)的模糊層次評(píng)估方法。最后，給出該評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法在電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用的步驟，可為電力人員提供借鑒與參考作用。

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