10kV配電變壓器狀態(tài)評(píng)估模型研究

羅永潤(rùn)

（廣東電網(wǎng)公司佛山順德供電局，廣東佛山 528300）

1 引言

10kV配電變壓器數(shù)量大、分布廣，是配電系統(tǒng)最重要的電氣設(shè)備之一，配電變壓器的故障會(huì)造成大量電力用戶的停電，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來重大損失。檢修體制是否合理完善直接影響配電變壓器可靠性水平。電力系統(tǒng)檢修體制經(jīng)歷了“事后檢修”、“計(jì)劃?rùn)z修”和“狀態(tài)檢修”三個(gè)階段。其中，狀態(tài)檢修的特征是有極強(qiáng)的針對(duì)性和時(shí)效性。所謂狀態(tài)檢修，就是以當(dāng)前設(shè)備狀況為依據(jù)，通過監(jiān)測(cè)手段及其他方法，對(duì)設(shè)備進(jìn)行橫向（歷史和現(xiàn)狀）、縱向（同類設(shè)備運(yùn)行狀況）的分析，以確定最佳維修時(shí)機(jī)。

設(shè)備狀態(tài)評(píng)估是設(shè)備狀態(tài)檢修的依據(jù)，因此，建立配電變壓器狀態(tài)評(píng)估模型，是當(dāng)前實(shí)施狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)電力變壓器綜合狀態(tài)評(píng)估的研究剛起步，基本集中在35kV及以上變壓器的研究，且文獻(xiàn)較少。對(duì)變壓器的狀態(tài)評(píng)估主要依靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)、部分在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，以及主觀的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，缺乏依據(jù)和通用性，雖有一定效果，但難以全面推廣應(yīng)用。對(duì)于配電變壓器，目前沒有一套有效的評(píng)價(jià)方法。因此，我們將對(duì)配電變壓器狀態(tài)評(píng)估進(jìn)行深入研究，嘗試提出一種基于風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算的狀態(tài)評(píng)估模型。

2 配電變壓器狀態(tài)評(píng)估

2.1 配電變壓器狀態(tài)評(píng)級(jí)

目前國(guó)內(nèi)主要由試驗(yàn)數(shù)據(jù)開展評(píng)估，采取“是非制”，即“合格”和“不合格”，不利于細(xì)化評(píng)價(jià)設(shè)備優(yōu)劣程度；在波蘭，根據(jù)變壓器基本數(shù)據(jù)對(duì)變壓器狀態(tài)進(jìn)行排序，大致分為較好、一般、較差和較壞四種，主要依據(jù)運(yùn)行時(shí)間與油中溶解氣體含量劃分。在日本則依據(jù)溶解氣體含量分為較好、一般和較差三種。蘇聯(lián)則依據(jù)變壓器的工作效率劃分為狀態(tài)良好、狀態(tài)尚可、狀態(tài)不好。由于判別的指標(biāo)過于單一，容易受測(cè)量誤差的影響，難以進(jìn)行全面的綜合評(píng)估。

本文嘗試按照風(fēng)險(xiǎn)度將配電變壓器狀態(tài)分為：高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)和可接受四個(gè)級(jí)別，簡(jiǎn)單描述為：危險(xiǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)、注意狀態(tài)、健康狀態(tài)。風(fēng)險(xiǎn)值的取值區(qū)間規(guī)定為[0，1]，0表示風(fēng)險(xiǎn)值極低，1表示風(fēng)險(xiǎn)值極高，四個(gè)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如(表1）：將會(huì)十分復(fù)雜。出于搜集到樣本和數(shù)據(jù)的限制，本文選取一些關(guān)鍵性指標(biāo)作為主要參量進(jìn)行評(píng)估。

表1

2.2 狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系的建立

配電變壓器的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估是一個(gè)多指標(biāo)評(píng)估問題。以預(yù)防性試驗(yàn)、在線檢測(cè)試驗(yàn)為基礎(chǔ),綜合考慮檢修歷史、運(yùn)行工況、附件狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境、外觀檢查、設(shè)計(jì)和技術(shù)數(shù)據(jù)、家族缺陷數(shù)據(jù)等因素選取關(guān)鍵特征評(píng)估指標(biāo)以建立配電變壓器狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系。（表 2）

變壓器的狀態(tài)類型信息很多，這些信息又從不同側(cè)面、不同程度和不同層次上反映了變壓器運(yùn)行的好壞，如果綜合考慮運(yùn)行數(shù)據(jù)、同類型變壓器故障統(tǒng)計(jì)以及在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，狀態(tài)評(píng)估模型

2.3 狀態(tài)評(píng)估模型的建立

（1）狀態(tài)評(píng)估是綜合考慮各類指標(biāo)嚴(yán)重度和可能性所反映出來的風(fēng)險(xiǎn)度，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)評(píng)估的過程。

單個(gè)指標(biāo)偏離正常值越大，反映出設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)度越大。但單個(gè)指標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)可能受到測(cè)量條件、測(cè)量誤差的影響，并不能完全準(zhǔn)確反映設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

多個(gè)指標(biāo)同時(shí)偏離正常值，可以佐證設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)了偏離，可以減少測(cè)量誤差的影響，相對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)能更加準(zhǔn)確反映設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

表2

因此，為充分考慮各個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的影響，我們提出將多個(gè)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行累加數(shù)作為設(shè)備的總體風(fēng)險(xiǎn)值，當(dāng)多個(gè)指標(biāo)均出現(xiàn)偏差，累加值越大，設(shè)備總體風(fēng)險(xiǎn)值則越大；單個(gè)指標(biāo)偏差不大，則對(duì)累加值影響不大。

Ri：第i個(gè)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)度

Pi：第i個(gè)指標(biāo)可能性

Ci：第i個(gè)指標(biāo)嚴(yán)重度

n：所考慮的指標(biāo)個(gè)數(shù)

（2）根據(jù)指標(biāo)所代表風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重性，可以將嚴(yán)重度C分為五大類：

各類關(guān)鍵指標(biāo)嚴(yán)重度對(duì)照表及說明（表3）

故障頻次、滲漏情況、檢修缺陷、雷擊次數(shù)、銹蝕程度、污穢程度、酸堿度、傾斜度、穩(wěn)固度等指標(biāo)用于佐證對(duì)應(yīng)指標(biāo)的可信度。

（3）對(duì)于不同的指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)具體情況、具體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行可能性分析，確定可能性P的計(jì)算模型。

1）油中溶解氣體可能性模型

對(duì)于油中溶解氣體百分比含量，對(duì)照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有一定的參考值范圍，可以根據(jù)指標(biāo)偏離參考值的多少確定其可能性P值。假設(shè)油中溶解氣體百分比含量ρ，最大值為ρmax，最少值為ρmin，假如ρ測(cè)≥ρmax，則指標(biāo)可能性為最高，取1；若ρ測(cè)≤ρmin，則可能性為最低，取0；若ρmax≥ρ測(cè)≥ρmin，則可能性參數(shù)根據(jù)偏差值計(jì)算求得：

2）配變負(fù)載率可能性模型

配變負(fù)載率有一定運(yùn)行要求，一般不允許超載120%，負(fù)載率偏離額定值越大，故障發(fā)生的可能性越大。假設(shè)負(fù)載率η，最大

表3

允許值為ηmax，最少值為ηmin，假如η測(cè)≥ηmax，則指標(biāo)可能性為最高，取1；若η測(cè)≤ηmin，則可能性為最低，取0；若ηmax≥η測(cè)≥ηmin，則可能性參數(shù)根據(jù)偏差值的二次方求得：

3）油溫可能性模型

油溫直接反映配變的運(yùn)行狀況，溫升越大，指標(biāo)的可能性越大。假設(shè)T為油溫度，T戶外為室外溫度，Tmax為最高允許溫升，則當(dāng)T測(cè)≥Tmax時(shí)，可能性為最大，取值為1；當(dāng)T測(cè)=T戶外時(shí)，可能性為最低，取值為0；當(dāng)Tmax≥T測(cè)≥T戶外時(shí)，則可能性參數(shù)根據(jù)偏差值的二次方求得：

4）運(yùn)行年限可能性模型

假設(shè)Y為配變的運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間超出設(shè)計(jì)壽命時(shí)，故障的可能性最高，取值為1，可能性參數(shù)根據(jù)偏差值的二次方求得

5）其他參數(shù)模型的建立

其他參數(shù)模型可以參照上述模型建立，但部分指標(biāo)需要根據(jù)具體情況具體分析，比如家族缺陷類，應(yīng)根據(jù)同批次產(chǎn)品發(fā)生故障的幾率確定。

2.4 狀態(tài)模型評(píng)估計(jì)算實(shí)例

假設(shè)配變的運(yùn)行參數(shù)如下：

H2含量ρ=0；

C2H2含量ρ=1ppm；ρmax=5ppm；ρmin=0；

C2H4含量ρ=0；

H2O含量ρ=0；

負(fù)載率η=96%；ηmax=120%，ηmin=80%；

油溫T=62°C，戶外溫度T戶外=36°C，允許最高溫度Tmax=85°C；

運(yùn)行年限Y=18年，設(shè)計(jì)壽命20年。

可以按照上述公式得出以下算表：

可見，該配變屬于“異常狀態(tài)”，從有關(guān)指標(biāo)分析可知：配變由于運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)（18年），造成絕緣老化，內(nèi)部發(fā)熱，導(dǎo)致油溫升高，內(nèi)部有放電痕跡，應(yīng)密切監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，適時(shí)安排計(jì)劃?rùn)z修。

3 狀態(tài)評(píng)估結(jié)果應(yīng)用前景

通過對(duì)配電變壓器狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，可以掌握配電變壓器的狀態(tài)信息。如結(jié)合配電網(wǎng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)支撐，可以對(duì)配電變壓器的總體運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)供電區(qū)域可靠性進(jìn)行評(píng)估，以制定有針對(duì)性的運(yùn)維策略，落實(shí)有效的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)控制措施，同時(shí)為規(guī)劃布點(diǎn)、項(xiàng)目改造提供可靠的依據(jù)。

4 結(jié)論

配電變壓器狀態(tài)評(píng)估是一個(gè)多指標(biāo)的評(píng)估問題，需要對(duì)每一個(gè)指標(biāo)制定計(jì)算模型，然后再綜合考慮各指標(biāo)，對(duì)配變狀態(tài)進(jìn)行總體評(píng)估。本文重點(diǎn)對(duì)幾個(gè)指標(biāo)建立了計(jì)算模型，只起一個(gè)拋磚引玉的目的。隨著研究的不斷深入，計(jì)算模型的不斷完善，綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性將會(huì)不斷提高，達(dá)到實(shí)用化的目的。

[1]王麗麗，戴迪，王成江，鄭華.電力變壓器狀態(tài)評(píng)估方法綜述.電氣開關(guān).2010，1004—289X(2010}02—0004—04.

[2]鄭朝暉，徐偉，呂鴻賓，張登.變壓器狀態(tài)評(píng)估技術(shù)現(xiàn)狀研究.四川電力技術(shù).2012，1003—6954(2012)05—0073—04.

[3]代文章.變壓器狀態(tài)綜合評(píng)估方法.電氣技術(shù).2011，第11期.