配電變壓器可用度綜合評估理論的研究

摘要：配電變壓器作為電力系統(tǒng)非常重要的組成部分，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，其安全可靠運行直接影響到電力系統(tǒng)的安全水平。本文通過對配電變壓器通過數(shù)據(jù)的分析，進行可靠性和絕緣老化及經(jīng)濟性的綜合分析，判斷運行中的配電變壓器運行狀態(tài)和其本身的經(jīng)濟效益，完成對配電變壓器的綜合評估。

關鍵詞：配電變壓器可用度評估

1 配電變壓器可用度評估的重要意義

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，高科技產(chǎn)品和高度信息化設備的廣泛普及，用戶每度電的產(chǎn)值日益上升，單位停供電量給用戶和社會造成的經(jīng)濟損失越來越大。因此用戶對電力系統(tǒng)供電可靠性的要求越來越高。配電變壓器可用度是電力系統(tǒng)可用度的一個有機組成部分，所以越來越為人們所關注。

配電變壓器可用度評估在保證供電質量、提高經(jīng)濟效益和社會效益、進行電網(wǎng)網(wǎng)絡建設和改造起著重要的作用。建立以經(jīng)濟性為基礎的可用度評估程序，研究配電變壓器可用度評估的各種手段已成為當前形勢所需。通過配電變壓器可用度評估，一方面可以了解電力設施可靠性，找到其薄弱處，對其進行檢修或者更換，保證系統(tǒng)的可靠運行；另一方面，可以通過定量計算得出不同措施所帶來的經(jīng)濟效益，從而可以把有限的資金最大限度地增加設施的可靠性。

2 配電變壓器可用度評估指標體系的構建

配電變壓器的可用度就是分別對其進行可靠性、絕緣老化和經(jīng)濟壽命的評估分析，將三者有機結合起來，完成對配電變壓器的可用度評估。

可靠性是指一個元件設備或系統(tǒng)在預定時間內(nèi)在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。它綜合反映了一種設備的耐久性、可靠性、維修性、有效性和使用經(jīng)濟性等，可用各種定量指標表示?？煽啃怨こ淌且婚T新興的邊緣學科涉及元件失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、元件可靠性的定量評估，可靠性與經(jīng)濟性協(xié)調(diào)等方面的內(nèi)容。把可靠性的一般原理和方法與電力系統(tǒng)中的工程問題相結合，便形成了電力系統(tǒng)的可靠性這門新興的學科。目前，已經(jīng)滲透到電力系統(tǒng)的規(guī)劃運行設計和管理等各個方面。

3 配電變壓器可用度的綜合評估方法

隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提高，網(wǎng)絡的日益復雜，作為電力系統(tǒng)中變換電壓、交換功率的樞紐，變壓器的作用日顯重要，其安全可靠、有效地運行直接影響到電力系統(tǒng)的安全水平。因此，對以變壓器為代表的電力系統(tǒng)重要元器件進行可用度評估，對提高整個電力系統(tǒng)的可靠性水平和經(jīng)濟價值有著十分重要的意義。

3.1 配電變壓器可靠性評估的評估方法

采用定時截尾的壽命試驗方法，選擇一定年代內(nèi)的變壓器作為統(tǒng)計分析的樣本，按年代求出失效模型和可靠性水平。一般感興趣的是偶然失效期，為此綜合統(tǒng)計壽命為一年以上的不同制造廠的實效變壓器臺數(shù)，所有壽命試驗均終止于同一年。運用威布爾概率紙盒柯爾莫哥洛夫-斯米爾諾夫檢驗確定失效的數(shù)學模型。

分別對每個安裝年進行統(tǒng)計分析，記錄本安裝年的變壓器的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。根據(jù)失效累積頻率和壽命區(qū)間可在威布爾概率紙上進行檢驗并得到相應的分布參數(shù)m和t0，由此可獲得壽命的理論分布函數(shù)F(t):

F(t)=1-exp[(-t)m/t0]

累積頻率為F'(ti)，理論分布函數(shù)值為F(ti):

ΔF(ti)=|F'(ti)-F(ti)|

Dn=ΔF(t)max

根據(jù)顯著性水平α為5%時

Dnα=1.36/■

式中n為樣本數(shù)，即變壓器的安裝臺數(shù)，令Dnα>ΔF(ti)=|F'(ti)-F(ti)|通過柯斯檢驗，式中的參數(shù)成立。通過檢驗可證明配電變壓器的壽命分布函數(shù)絕大多數(shù)均遵從威布爾分布。由于配電變壓器的壽命分布函數(shù)遵從威布爾分布，則相應的失效率函數(shù)為：

H(t)=(m/t0)tm-1

所以，同樣也可計算出其他安裝年的失效率函數(shù)，為便于比較，計算了平均失效率Fr：

Fr=■■H(t)dt=Tm-1/t0

在電力系統(tǒng)里，較流行采用下式進行失效率的計算：

Fr1=■

式中mf為失效元件總數(shù)，ti為失效元件的壽命時間（年），n為元件總數(shù)。通過失效率函數(shù)，我們可以很輕松地估算出配電變壓器的可靠性。

H(t)=■

可得可靠性函數(shù)為：

R(t)=e-■(m/t0)tm-1dt

畫出配電變壓器的可靠性的分布曲線，進行配電變壓器可靠性的評估，當可靠性R<50%時，變壓器將無法可靠運行，需要進行變壓器的更新或更換。

3.2 配電變壓器的絕緣老化評估

提高電力變壓器的經(jīng)濟效益越來越依賴于有效的老化狀況監(jiān)測、壽命評估和壽命延長技術。從國內(nèi)變壓器運行歷史來看，各個階段均有不少變壓器由于各種原因提前淘汰，而因壽命終止、正常退役的變壓器數(shù)量并不多。運行人員通常從安全性和經(jīng)濟性方面考慮：一方面不應僅從變壓器的投運年限來確定是否退役，以免將尚可運行的變壓器退役；另一方面不能因對其老化程度不明而盲目使用，導致將已嚴重老化的變壓器以事故方式“謝世”。近年來，國內(nèi)外專家對變壓器絕緣老化、壽命評估這類問題作了大量的調(diào)查和研究，紛紛開發(fā)和推廣新技術通過全面的診斷分析，綜合考慮這類問題對整體經(jīng)濟效益的影響，并提高到戰(zhàn)略高度來定位。

3.3 配電變壓器的經(jīng)濟性分析

在工礦企業(yè)，使用的變壓器很大一部分是舊型號的老式變壓器，它們的空載損耗和短路損耗都比較大，效率低，調(diào)節(jié)性能差。用損耗低、性能好的新型變壓器來更新這些老舊變壓器，在技術上、經(jīng)濟上都是有益的。

有功損耗的計算公式：ΔP=P0+β2×PK

無功損耗的計算公式：ΔQ=Q0+β2×QK

空載無功損耗的計算公式：Q0=I0％×Se

滿載無功損耗的計算公式：QK=UK％×Se

年損耗有功電量的計算公式：ΔWP=P0×t+β2×Pk×t1

變壓器年運行時間t，變壓器年負荷時間t1?？傻媚険p耗無功電量的計算公式：

ΔWQ=Q0×t+β2×Qk×t1

在考慮配電變壓器的更新問題上，需要考慮設備更新費用Ds：

Ds=Db+Dc-E

Db：新變壓器出廠價格；Dc：其他費用；E：舊變壓器殘值，按變壓器處理中標價計算。

由于新型變壓器損耗小，如全年節(jié)電量為ΔW的計算公式：

ΔW=ΔWP+K×ΔWQ

K為無功經(jīng)濟當量，K=0.1(kW/kVAR)。

若綜合電價為Z，則年節(jié)約電費為G：

G=ΔW×Z

銀行的貸款利率：設銀行的貸款利率為r，不考慮通貨膨脹的因素，則n年的現(xiàn)值系數(shù)c為：

C=■-■

運行n年的節(jié)約電費為Y的計算公式：

Y=G×C

當Y大于或等于設備更新費用的時候，說明在n年期間，企業(yè)已經(jīng)將貸款更新配電變壓器的費用全部還清，在其以后的運行時間里，都是企業(yè)的收益所得。

通過對配電變壓器的更新效益的計算，可以為企業(yè)的設備節(jié)能和最大效益帶來最直接的詮釋，為企業(yè)帶來最合適的效益，通過對配電變壓器的可靠性和絕緣老化，經(jīng)濟價值的評價，進行三者的綜合分析，完成對配電變壓器的可用度的綜合評估。為變壓器的經(jīng)濟有效運行，提供保障。

4 結論

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，高科技產(chǎn)品和高度信息化設備的廣泛普及，用戶每度電的產(chǎn)值日益上升，單位停供電量給用戶和社會造成的經(jīng)濟損失越來越大。因此用戶對電力系統(tǒng)可靠性的要求越來越高。配電變壓器是處于電力系統(tǒng)的末端，把電源系統(tǒng)或輸變電系統(tǒng)與用戶設施連接起來，向用戶分配電能和供應電能的重要環(huán)節(jié)。

本文論述了運行中的配電變壓器的可靠性評估，通過對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析，得到配電變壓器的壽命理論分布函數(shù)遵從威布爾分布，通過對其參數(shù)的確定，得到配電變壓器的可靠性函數(shù)；絕緣老化評估，通過實驗數(shù)據(jù)的處理，得到絕緣紙聚合度的老化函數(shù)；經(jīng)濟評估，通過對配電變壓器的技術參數(shù)的分析和比較，得出更新變壓器的節(jié)省電能，根據(jù)當時的電價和銀行利率，得到配電變壓器的回收年限。

參考文獻：

[1]彭東.城市配電網(wǎng)可靠性評估的研究.華北電力大學.2003.

[2]張黎.電氣設備壽命分布分析.山東大學.2005.