變壓器狀態(tài)量的優(yōu)化分析

孫 翔，何文林，胡文堂，劉浩軍

(浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014)

0 概述

電力變壓器作為電力系統(tǒng)的重要資產(chǎn)，承擔(dān)著電力的變送、傳輸?shù)热蝿?wù)，安全運(yùn)行非常重要，任何意外都可能造成重大停電事故。如何避免意外停電、最大限度地縮短停電時(shí)間、減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、實(shí)現(xiàn)設(shè)備使用的最優(yōu)化，已成為電力行業(yè)當(dāng)前的重要課題，蘊(yùn)含著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

電力變壓器的狀態(tài)檢修是以狀態(tài)為基礎(chǔ)，以預(yù)測(cè)狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)為依據(jù)，通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)科學(xué)化、精細(xì)化的評(píng)價(jià)，及時(shí)、有針對(duì)性地提出檢修策略并安排檢修計(jì)劃，設(shè)備評(píng)價(jià)是狀態(tài)檢修工作的核心。但目前評(píng)價(jià)工作正處于起步階段，評(píng)價(jià)工作量大而缺少針對(duì)性，需要篩選或補(bǔ)充的狀態(tài)評(píng)價(jià)量包括試驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、巡視數(shù)據(jù)，優(yōu)化和完善檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)設(shè)備。以變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則為基礎(chǔ)，對(duì)評(píng)價(jià)狀態(tài)量的檢出有效性進(jìn)行了分析，同時(shí)結(jié)合帶電和在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了非停電檢修策略的優(yōu)化方向。

1 狀態(tài)信息收集

變壓器狀態(tài)信息主要來(lái)源于巡檢、運(yùn)行和試驗(yàn)等手段發(fā)現(xiàn)的與設(shè)備性能密切相關(guān)的缺陷或故障，收集時(shí)對(duì)缺陷和故障應(yīng)區(qū)別對(duì)待。缺陷是指利用目前的檢測(cè)項(xiàng)目可發(fā)現(xiàn)的設(shè)備異常，屬于可檢信息，故障是指利用目前的檢測(cè)項(xiàng)目未能檢出的設(shè)備異常，異常進(jìn)一步劣化后引發(fā)的設(shè)備停運(yùn)和損壞事件，屬于盲檢信息。收集時(shí)由于下述2類原因引起的故障不應(yīng)列入設(shè)備故障信息：通過(guò)目前的檢測(cè)手段可發(fā)現(xiàn)，但限于運(yùn)行檢修人員素質(zhì)，未能在故障前發(fā)現(xiàn)的情況；發(fā)現(xiàn)了缺陷，但由于某種原因不能進(jìn)行處理而導(dǎo)致異常進(jìn)一步劣化的情況。巡檢、運(yùn)行和試驗(yàn)手段可發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的缺陷和故障：

（1）巡檢主要可發(fā)現(xiàn)外觀、溫度、油位、冷卻系統(tǒng)、聲響及振動(dòng)等方面的缺陷。

（2）運(yùn)行主要可發(fā)現(xiàn)不良運(yùn)行工況、安全保護(hù)裝置、冷卻系統(tǒng)控制、油保護(hù)裝置、油溫測(cè)量裝置、跳閘信號(hào)、差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等方面缺陷和故障。但如異常是由于繼電保護(hù)系統(tǒng)引起的，不應(yīng)列入。

（3）試驗(yàn)可分為停電試驗(yàn)和帶電試驗(yàn)（包括帶電檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)），統(tǒng)計(jì)時(shí)均應(yīng)記錄在內(nèi)。記錄帶電試驗(yàn)獲取的缺陷和故障時(shí)，不應(yīng)將檢測(cè)設(shè)備的缺陷和故障記錄在內(nèi)。

2 檢出有效性的優(yōu)化

2.1 檢出的有效性

根據(jù)狀態(tài)信息收集要求，對(duì)浙江電網(wǎng)2004—2010年的變壓器異常情況進(jìn)行了收集統(tǒng)計(jì)，總計(jì)獲取狀態(tài)信息783臺(tái)次，即統(tǒng)計(jì)樣本為783臺(tái)次。按信息的獲取方式可分為：巡檢缺陷、電氣試驗(yàn)缺陷、油試驗(yàn)缺陷和故障4類。運(yùn)行方式發(fā)現(xiàn)的缺陷因需結(jié)合電氣試驗(yàn)綜合判斷，不單獨(dú)分列，將其列入電氣試驗(yàn)缺陷內(nèi)，同時(shí)將試驗(yàn)缺陷按照電氣試驗(yàn)和油試驗(yàn)進(jìn)一步細(xì)化分類。依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，檢出有效性可按式（1）計(jì)算。

各類狀態(tài)量獲取方式的有效性如圖1所示。從圖中可以看出，783臺(tái)次變壓器狀態(tài)信息中，巡檢方式檢出變壓器缺陷675臺(tái)次，檢出有效性為86.2%；電氣試驗(yàn)方式檢出48臺(tái)次，有效性為6.1%；油試驗(yàn)方式檢出47臺(tái)次，有效性為6.0%；故障13臺(tái)次，未能有效檢出，為1.7%。

圖1 各類狀態(tài)量的檢出有效性

2.2 巡檢狀態(tài)量

巡檢方式檢出的675臺(tái)次變壓器缺陷中，各巡檢狀態(tài)量的有效性排序如圖2所示。設(shè)備評(píng)價(jià)時(shí)，可選用硅膠變色、滲漏油、冷卻系統(tǒng)異常、油位異常、油溫異常、附件進(jìn)水、紅外測(cè)溫異常、銹蝕和振動(dòng)異常9類狀態(tài)量參與設(shè)備評(píng)價(jià)。減少參與評(píng)價(jià)的巡檢狀態(tài)量3個(gè)，為套管外絕緣抗污水平，分接開關(guān)操作次數(shù)和繞組溫度。

圖2 巡檢狀態(tài)量的檢出有效性

2.3 電氣試驗(yàn)狀態(tài)量

電氣試驗(yàn)方式檢出的48臺(tái)次變壓器缺陷中，各巡檢狀態(tài)量的有效性排序如圖3所示。則設(shè)備評(píng)價(jià)時(shí)，可選用繞組變形、套管介損、直流電阻、鐵芯絕緣和繞組介損5類狀態(tài)量參與設(shè)備評(píng)價(jià)。減少電氣試驗(yàn)狀態(tài)量7個(gè)，為繞組直流泄漏電流、繞組絕緣電阻、紙絕緣聚合度和二次回路絕緣電阻等。

圖3 電氣試驗(yàn)狀態(tài)量的檢出有效性

2.4 油試驗(yàn)狀態(tài)量

油試驗(yàn)方式檢出的47臺(tái)次變壓器缺陷中，各巡檢狀態(tài)量的有效性排序如圖4所示。設(shè)備評(píng)價(jià)時(shí)，可選用乙炔、總烴、氫氣和油耐壓4類狀態(tài)量參與設(shè)備評(píng)價(jià)。減少參與評(píng)價(jià)的油試驗(yàn)狀態(tài)量5個(gè)，為絕緣油介質(zhì)損耗因數(shù)、油微水、含氣量、油中糠醛含量和油簡(jiǎn)化試驗(yàn)。

3 故障信息分析

未能有效檢出的13臺(tái)次變壓器故障信息可按套管受潮爆炸、套管頭部燒損和二次引線絕緣失效引發(fā)設(shè)備停運(yùn)分類，數(shù)量分別為4臺(tái)次、1臺(tái)次和8臺(tái)次。其中第1類故障的主要原因?yàn)楦墒教坠艿捻敳枯S封或工藝螺絲進(jìn)水受潮，屬結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)和制造工藝問(wèn)題，目前同類套管已經(jīng)進(jìn)行了更換，且制造廠調(diào)整了相關(guān)工藝，故障不會(huì)重復(fù)發(fā)生，盲檢統(tǒng)計(jì)時(shí)可不考慮；第2類和第3類故障未能通過(guò)各種檢測(cè)項(xiàng)目檢出，進(jìn)一步劣化致使變壓器損壞，屬于盲檢。因此按目前的檢修策略，變壓器盲檢率為1.2%，盲檢率按式（2）計(jì)算。

圖4 油試驗(yàn)狀態(tài)量的檢出有效性

綜上所述，利用上述9類巡檢、5類電氣試驗(yàn)和4類油試驗(yàn)狀態(tài)量即可保證變壓器的盲檢率為1.2%，即在保證評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下，通過(guò)24個(gè)狀態(tài)量可完成導(dǎo)則[1]39個(gè)狀態(tài)量的評(píng)價(jià)工作。同時(shí)，狀態(tài)量?jī)?yōu)化工作需全面考慮變壓器缺陷和故障時(shí)域和地域性特征，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備制造質(zhì)量和檢修策略不同，會(huì)帶來(lái)狀態(tài)信息的差異，狀態(tài)量篩選時(shí)需結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行考慮。

4 檢修策略優(yōu)化

策略優(yōu)化的主要目的：根據(jù)目前檢測(cè)技術(shù)水平和狀態(tài)信息樣本，分析以非停電檢測(cè)技術(shù)代替停電試驗(yàn)手段的可行性和安全性，提出非停電檢測(cè)技術(shù)的研究方向。上述3類狀態(tài)量獲取方式中，巡檢狀態(tài)量可直接帶電獲得，不需進(jìn)行策略優(yōu)化，油試驗(yàn)狀態(tài)量部分通過(guò)帶電獲得，部分停電獲得，需優(yōu)化；電氣試驗(yàn)狀態(tài)量多通過(guò)停電試驗(yàn)獲得，需優(yōu)化。策略優(yōu)化主要對(duì)象為油試驗(yàn)和電氣試驗(yàn)狀態(tài)量。

4.1 油試驗(yàn)狀態(tài)量

油試驗(yàn)手段獲取的狀態(tài)信息主要來(lái)源于本體油試驗(yàn)和套管油試驗(yàn)。本體油試驗(yàn)?zāi)壳熬蓭щ娙?，即樣本信息中涉及本體油試驗(yàn)的39臺(tái)次狀態(tài)信息均可帶電獲??；套管油試驗(yàn)?zāi)壳斑€沒(méi)有可行的帶電檢測(cè)技術(shù)或替代技術(shù)，即樣本信息中涉及套管油試驗(yàn)的8臺(tái)次狀態(tài)信息目前只能利用停電試驗(yàn)手段獲取，如采用非停電檢修策略，屬于盲檢。

4.2 電氣試驗(yàn)狀態(tài)量

電氣試驗(yàn)方式獲取的狀態(tài)信息主要來(lái)源于繞組變形測(cè)試、套管介損測(cè)試、直流電阻測(cè)試、鐵心夾件絕緣電阻測(cè)試和繞組介損測(cè)試等項(xiàng)目。

（1）與繞組變形測(cè)試相關(guān)的狀態(tài)信息均與變壓器近區(qū)短路的不良工況相關(guān)，據(jù)相關(guān)管理要求，近區(qū)短路工況后需停電進(jìn)行繞組變形測(cè)試[2]。因此樣本中相關(guān)的16臺(tái)次狀態(tài)信息在檢修策略優(yōu)化時(shí)不需考慮。

（2）與鐵心絕緣電阻相關(guān)的狀態(tài)信息可利用鐵心接地電流監(jiān)測(cè)檢出，可帶電進(jìn)行。因此樣本中相關(guān)的5臺(tái)次狀態(tài)信息在策略優(yōu)化時(shí)可利用鐵心接地電流帶電試驗(yàn)獲取，不屬于盲檢。

（3）與繞組介損相關(guān)的1臺(tái)次狀態(tài)信息，通過(guò)換油的方式解決了本體介損較大的問(wèn)題。因此如采用非停電檢修策略可利用油介損檢出，帶電進(jìn)行，不屬于盲檢。

（4）套管介損的帶電和在線監(jiān)測(cè)技術(shù)尚不成熟，需解決數(shù)據(jù)受環(huán)境影響而波動(dòng)的問(wèn)題，樣本中相關(guān)的15臺(tái)次狀態(tài)信息在目前技術(shù)水平下如執(zhí)行非停電檢修策略，屬于盲檢。如技術(shù)水平進(jìn)一步發(fā)展，解決數(shù)據(jù)受干擾的波動(dòng)問(wèn)題，則不屬于盲檢。

（5）直流電阻測(cè)試無(wú)對(duì)應(yīng)的帶電或在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，與其相關(guān)的狀態(tài)量信息，總計(jì)11臺(tái)次，需明確缺陷原因，確定漏檢是否帶來(lái)不良后果，同時(shí)確定是否可利用其他帶電或在線方式檢出，具體分析如下：2臺(tái)次狀態(tài)信息與套管頂部封蓋與線圈引線接觸處銹蝕有關(guān)，不屬于盲檢；3臺(tái)次狀態(tài)信息與導(dǎo)電接頭松動(dòng)有關(guān)，可利用巡檢項(xiàng)目中的紅外測(cè)溫檢出，不屬于盲檢；5臺(tái)次狀態(tài)信息與有載開關(guān)觸頭表面氧化有關(guān)，可利用有載開關(guān)性能帶電檢測(cè)裝置檢出，但該技術(shù)需通過(guò)進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，驗(yàn)證其技術(shù)性能，在目前技術(shù)水平下如采用非停電檢修策略，屬于盲檢；1臺(tái)次狀態(tài)信息與變壓器線圈有關(guān)，如采用非停電檢修策略，屬于盲檢。

4.3 結(jié)果分析

綜上所述，按目前非停電檢測(cè)方式及檢測(cè)水平，執(zhí)行非停電檢修策略，變壓器的盲檢信息為38臺(tái)次，盲檢率為4.9%，高于停電檢修策略下的設(shè)備盲檢率，在目前狀態(tài)下執(zhí)行非停電檢修策略，設(shè)備安全性風(fēng)險(xiǎn)和可靠性風(fēng)險(xiǎn)均較大。需盡快研究新的非停電檢測(cè)技術(shù)，并投入實(shí)用化應(yīng)用。

套管介損、有載分接開關(guān)性能等帶電檢測(cè)技術(shù)成熟后，執(zhí)行非停電檢修策略，可消除盲檢信息20臺(tái)次，盲檢率可降至為2.3%，基本與原檢修策略下的盲檢率持平。如進(jìn)一步研發(fā)套管絕緣油色譜帶電取樣技術(shù)，可降低變壓器盲檢率，提高變壓器運(yùn)行的安全性和可靠性。檢修策略的優(yōu)化結(jié)果綜合分析見圖5。

圖5 檢修策略的優(yōu)化結(jié)果分析

5 結(jié)論

（1）變壓器缺陷和故障具有時(shí)域性和地域性特征，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備制造質(zhì)量和檢修策略不同，會(huì)帶來(lái)狀態(tài)信息收集結(jié)果的差異，狀態(tài)量篩選時(shí)需結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行考慮。

（2）通過(guò)狀態(tài)量檢出有效性優(yōu)化工作，在保證變壓器盲檢率不變的前提下，可將評(píng)價(jià)的狀態(tài)量從39個(gè)減少至24個(gè)。

（3）在目前技術(shù)水平下，執(zhí)行非停電檢修策略，變壓器的盲檢率高于停電檢修策略下的盲檢率；套管介損和有載分接開關(guān)性能等帶電試驗(yàn)技術(shù)成熟后，變壓器盲檢率將與原檢修策略持平。

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