基于運(yùn)行狀態(tài)的電力變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的確定方法研究

毛振軍 王宇 齊致

【摘 要】傳統(tǒng)的反映變壓器運(yùn)行安全可靠性的強(qiáng)迫停運(yùn)率指標(biāo)是基于變壓器歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值，反映的是變壓器的總體安全特性。事實(shí)上，變壓器在不同時(shí)刻、不同運(yùn)行狀態(tài)下停運(yùn)的可能性不同，恒定的統(tǒng)計(jì)值無(wú)法精確表達(dá)變壓器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣也就無(wú)法應(yīng)用于具有短期性、實(shí)時(shí)性的電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。因此，變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的確定對(duì)掌握電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)有重要意義。本文在分析電力變壓器狀態(tài)量的基礎(chǔ)上，指出了采用n維曲面擬合方法確定變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的新思路。在三維曲面擬合的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了n維曲面擬合的方法，給出了利用n維曲面擬合方法確定電力變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的步驟，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題作了深入的分析。

【關(guān)鍵詞】變壓器；瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率；n維曲面擬合；安全運(yùn)行

電力變壓器在電力系統(tǒng)中的地位舉足輕重，是電力系統(tǒng)中最重要、最關(guān)鍵的電氣設(shè)備之一，其運(yùn)行安全可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。變壓器的瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的確定可以提高電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的水平，從而更準(zhǔn)確的掌握電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，為運(yùn)行人員的正確決策提供客觀依據(jù)。

然而，傳統(tǒng)的反映變壓器運(yùn)行安全可靠性的強(qiáng)迫停運(yùn)率指標(biāo)是基于變壓器歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值，反映的是變壓器的總體安全特性。事實(shí)上，變壓器在不同時(shí)刻、不同運(yùn)行狀態(tài)下（如不同負(fù)荷水平，運(yùn)行溫度，局部放電，泄漏電流等）停運(yùn)的可能性不同，恒定的統(tǒng)計(jì)值無(wú)法精確表達(dá)變壓器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣（瞬時(shí)停運(yùn)可能性的大?。簿蜔o(wú)法應(yīng)用于具有短期性、實(shí)時(shí)性的電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。因此，變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的確定對(duì)掌握電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)有重要意義。

本文首次提出了一種對(duì)變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率進(jìn)行量化評(píng)估的方法。該方法基于變壓器的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前變壓器所處的運(yùn)行狀態(tài)，采用N維曲面擬合的數(shù)值方法對(duì)變壓器的可靠性參數(shù)——瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率進(jìn)行量化分析和處理，并最終得到變壓器的瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率數(shù)值?；谠摲椒ㄟ€可以確定發(fā)電機(jī)、架空線(xiàn)路、電纜等其他電氣設(shè)備的瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率，這為電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的在線(xiàn)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

一、變壓器狀態(tài)量分析

通常情況下，設(shè)備由正常狀態(tài)演變至異常狀態(tài)或故障狀態(tài)的過(guò)程是一個(gè)積累的過(guò)程，設(shè)備的性能有一個(gè)由輕到重的劣化過(guò)程，這種處于正常狀態(tài)和異常狀態(tài)之間的中間狀態(tài)稱(chēng)為“劣化狀態(tài)”。設(shè)備的劣化狀態(tài)可用相對(duì)劣化度來(lái)衡量，定義為設(shè)備工作狀態(tài)偏離正常狀態(tài)，向故障狀態(tài)發(fā)展，用L表示。假設(shè)設(shè)備有一系列狀態(tài)參數(shù)X1，X2，……，Xn，第i個(gè)參數(shù)的相對(duì)劣化度為li，表示該參數(shù)偏離正常狀態(tài)的程度。相對(duì)劣化度可用下式計(jì)算：

式中，li為狀態(tài)參數(shù)的相對(duì)劣化度；A為該參數(shù)的允許值（良好值）；B為該參數(shù)極限值；C為該參數(shù)點(diǎn)檢實(shí)測(cè)值；k為指數(shù)，一般情況下可取0.5～1。引進(jìn)指數(shù)k主要考慮設(shè)備相對(duì)劣化度與狀態(tài)參數(shù)可能不滿(mǎn)足線(xiàn)形關(guān)系，k取值越小，表示參數(shù)實(shí)測(cè)值接近極限值時(shí)，劣化度變化越陡，因此通過(guò)狀態(tài)參數(shù)的相對(duì)劣化度可以反映出設(shè)備狀態(tài)的發(fā)展變化趨勢(shì)。

二、n維曲面擬合的數(shù)學(xué)方法

（一）三維曲面擬合方法

設(shè)在三維直角坐標(biāo)系Oxyu中給定（m+1）×（n+1）個(gè)點(diǎn)（即三維坐標(biāo)）

成立，則稱(chēng)相應(yīng)的曲面p*（x，y）為在曲面族（3）中按最小二乘原則確定的對(duì)于數(shù)據(jù)（2）的擬合曲面。

（二）N+1維曲面擬合方法

三、確定變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的方法

由第2節(jié)可知，表征電力變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的狀態(tài)量分別為：

確定變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的步驟如下：

1.據(jù)同類(lèi)型變壓器的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)（強(qiáng)迫停運(yùn)資料），提取出同類(lèi)型變壓器的強(qiáng)迫停運(yùn)樣本（設(shè)樣本數(shù)為N），記第i臺(tái)次強(qiáng)迫停運(yùn)事件Qi（x1，x2，…，xn，T）。xi為狀態(tài)量Xi對(duì)應(yīng)的相對(duì)劣化度，其值由式（1）確定；n為狀態(tài)量個(gè)數(shù)。T為停運(yùn)時(shí)間（單位，小時(shí)）。

3.按（8）式計(jì)算第Si狀態(tài)等級(jí)的強(qiáng)迫停運(yùn)率。

4.利用3.2中n+1維曲面擬合方法，對(duì)M個(gè)點(diǎn)（Ri1，Ri2，…，Rin，F(xiàn)ORSi）進(jìn)行曲面擬合。

5.得曲面擬合結(jié)果，即函數(shù)FOR=f（x1，x2，…，xn）后，變壓器任意狀態(tài)的瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率FOR可得。

需要注意的是，1）由于歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的不完整性，本方法中狀態(tài)量的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定，盡量選擇隸屬數(shù)據(jù)記錄完整的作為確定變壓器強(qiáng)迫停運(yùn)率的狀態(tài)量；2）狀態(tài)等級(jí)的多少，即M值得大小，直接影響結(jié)果的精確度：M值大，曲面擬合時(shí)取值點(diǎn)多，結(jié)果就更精確；但M值過(guò)大時(shí)，各狀態(tài)等級(jí)之間的差異就越不明顯，結(jié)果反而會(huì)遠(yuǎn)離真實(shí)值；當(dāng)M值過(guò)小時(shí)，結(jié)果也會(huì)遠(yuǎn)離真實(shí)值，如取極限1時(shí)，結(jié)果就是傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)值——恒定單一強(qiáng)迫停運(yùn)率值。

結(jié) 論

本文分析了電力系統(tǒng)表征設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)率的傳統(tǒng)方法——恒定單一強(qiáng)迫停運(yùn)率的缺點(diǎn)和不足，首次提出確定運(yùn)行中電氣設(shè)備某特定時(shí)刻瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的必要性。同時(shí)，在分析電力變壓器狀態(tài)量的基礎(chǔ)上，指出了采用n維曲面擬合方法確定變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的新思路。本文在三維曲面擬合的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了n維曲面擬合的方法，給出了利用n維曲面擬合方法確定電力變壓器瞬時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)率的步驟，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題作了深入的分析。

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