基于模糊層次分析法的電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估

趙紫東

（武漢大學(xué)珞珈學(xué)院，湖北 武漢 430000）

基于模糊層次分析法的電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估

趙紫東

（武漢大學(xué)珞珈學(xué)院，湖北 武漢 430000）

本文基于模糊層次分析法進(jìn)行電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估，詳述了技術(shù)壽命評(píng)估的流程以及實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)算例分析，證明模糊層次分析法在電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估中應(yīng)用的客觀性與合理性。

電力變壓器；模糊層次分析法；技術(shù)壽命；評(píng)估

作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，電力變壓器故障可能引發(fā)大面積停電或電網(wǎng)裂解，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，科學(xué)評(píng)估電力變壓器的健康狀態(tài)和技術(shù)壽命，延長(zhǎng)電力變壓器使用壽命一直是關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，關(guān)于電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估的研究，文獻(xiàn)[1]提出基于變權(quán)的狀態(tài)綜合模糊評(píng)判法，該方法彌補(bǔ)了常權(quán)方法不能客觀體現(xiàn)電力變壓器部分參數(shù)偏離正常值影響其整體評(píng)估；文獻(xiàn)[2]則基于模糊決策角度，提出了基于模糊多準(zhǔn)則決策的電力變壓器評(píng)估；文獻(xiàn)[3]則基于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，提出了基于現(xiàn)場(chǎng)的電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估模式等。但依據(jù)全壽命周期參數(shù)對(duì)電力變壓器評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行構(gòu)建所選擇的科學(xué)評(píng)估指標(biāo)和模式方面還存在很多缺陷。現(xiàn)以變壓器整體健康程度為基礎(chǔ)，構(gòu)建層次型綜合評(píng)估指標(biāo)體系，并利用模糊層次分析法進(jìn)行電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估。

1 模糊層次分析法

模糊層次分析法是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)，主要基于模糊數(shù)學(xué)的模糊矩陣進(jìn)行表述。譬如為比較論域U={a1,a2,…,an}中兩元素之間的重要程度，將重要程度指標(biāo)表述為模糊矩陣R=(rij)m×m形式。模糊層次分析法避免了判斷矩陣一致性檢驗(yàn)的繁瑣過(guò)程，計(jì)算簡(jiǎn)單。但在進(jìn)行元素相互重要性比較時(shí)，仍采用9段標(biāo)度描述方式，主觀性強(qiáng)；對(duì)各層次指標(biāo)元素矩陣權(quán)重向量求解過(guò)程，利用和行歸一和方根方式，這種求解過(guò)程僅僅體現(xiàn)了模糊矩陣中對(duì)應(yīng)一行矩陣元素的影響，精度低，且計(jì)算結(jié)果的精度不可控，因此，在具體應(yīng)用時(shí)，需要運(yùn)用多模糊層次分析方法。

（1）基于三標(biāo)度方法建立具有互補(bǔ)型的模糊一致判斷矩陣。三標(biāo)度方法形式簡(jiǎn)單，方便判斷矩陣建立，且有利于比較度量元素之間的重要性；三標(biāo)度方法的形式不存在度量的不準(zhǔn)確性，因此利用三標(biāo)度方法可以有效降低專家打分的主觀性。

（2）以和行歸一法或者是方根法為基礎(chǔ)，解析目標(biāo)權(quán)重向量，并將其作為特征值法的初始值進(jìn)行循環(huán)迭代。此種模式可以最大程度降低計(jì)算過(guò)程的迭代次數(shù)，且具有較快的收斂速度和較高的計(jì)算精度。

2 基于模糊層次分析法的電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估

2.1 評(píng)估指標(biāo)體系建立

以《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T536-1996）為基礎(chǔ)，分析整理電力變壓器產(chǎn)生故障的原因，并根據(jù)各組件的區(qū)別，建立電力變壓器技術(shù)壽命層次型綜合評(píng)估指標(biāo)，具體如圖1所示。

圖1 電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估指標(biāo)體系

2.2 評(píng)估方法及流程

模糊層次分析方法靈活、易于理解且操作簡(jiǎn)單，基于模糊層次分析法的電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估主要有以下幾個(gè)步驟。

（1）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度，并對(duì)各評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一量化處理。隸屬度確定方法如下所示：

設(shè)論域U 中含有某模糊矩陣A，對(duì)U中所有元素xi∈U ，均指定區(qū)間[0,1]中的一個(gè)數(shù)A(xi)∈[0,1]相對(duì)應(yīng)，則A(x)變?yōu)樵豿對(duì)A 的隸屬函數(shù)，當(dāng)A(xi)距離1越近，表明xi從屬于A程度高。在進(jìn)行電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估過(guò)程，要進(jìn)行不同量綱、數(shù)量級(jí)的評(píng)估指標(biāo)隸屬化處理，對(duì)于越接近1的隸屬度，指標(biāo)性能越好。針對(duì)定性指標(biāo)隸屬度的處理要遵循減分原則；而對(duì)于定量指標(biāo)的隸屬度求取，則依照梯形模糊分布獲得偏小型與偏大型隸屬度。即：

其中xi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值；a表示指標(biāo)的下限值；b表示評(píng)價(jià)指標(biāo)的上限值。具體大小依據(jù)《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》與《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行確定。

（2）利用模糊層次分析法對(duì)各層次的評(píng)估指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定。具體確定方法為：

將優(yōu)先關(guān)系矩陣變換為模糊一致矩陣R=(rij)m×m，首先對(duì)F=(fij)n×n依照行進(jìn)行求和，接著進(jìn)行行與行變換，生成元素rij。利用和行化一法獲得初始權(quán)重向量，即首先求R每行中各元素和，再求矩陣中不含對(duì)角線元素和，進(jìn)而得出指標(biāo)初始權(quán)重向量：

（3）利用評(píng)估指標(biāo)隸屬度和自身權(quán)重，結(jié)合歐式貼近度公式，求解子項(xiàng)目待評(píng)估變壓器各部件的健康狀態(tài)HIci，在此基礎(chǔ)上，得到待評(píng)估電力變壓器的最終健康狀態(tài)值HI 。歐式貼近度公式如下所示：

（4）依據(jù)健康狀態(tài)值，計(jì)算待評(píng)估電力變壓器的技術(shù)壽命。具體計(jì)算方法如下。

其中，HI0代表初始的健康狀態(tài)值，B則代表部件老化的系數(shù)，T則表示變壓器運(yùn)行時(shí)間。一般電力變壓器壽命為30a，其初始健康狀態(tài)值為0.95。如果電力變壓器部件老化嚴(yán)重，必須退役，這時(shí)其健康狀態(tài)值HItuiyi=0.2，則老化系數(shù)B可通過(guò)下式求得：

電力變壓器的技術(shù)壽命則是在額定運(yùn)行條件下，從健康狀態(tài)值到退役健康狀態(tài)值經(jīng)歷的時(shí)間。

3 算例分析

某電力變壓器，型號(hào)為SFPSZ1-120000/220，在1989年投入運(yùn)行，數(shù)據(jù)及資料是在2002年采集，通過(guò)整理分析，所得結(jié)果如下：鐵芯接地電流從C11，0.0374A；鐵芯物理故障C12，128.9%；繞組變形程度C21，5.488dB；油箱體變形度C31，1.12；糖醛含量C41，0.46mg/L；油中含水量C51，21mg/L；油介損C52，2.5%；氫氣含量C53，92.1μL/L；乙炔含量C54，3.2μL/L；總烴絕對(duì)產(chǎn)氣量C553.7mL/d；相對(duì)產(chǎn)氣量C566.2%/月；套管末屏對(duì)地介損C610.43%；套管電容變化C622.12%；絕緣電阻C711.73MΩ。調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行工況C72，儲(chǔ)油柜有輕微的滲透油出現(xiàn)；冷卻系統(tǒng)運(yùn)行工況C81，油泵工作正常，風(fēng)扇有少許噪聲產(chǎn)生；其余組件運(yùn)行工況C91，除了繞組熱點(diǎn)測(cè)溫計(jì)失效外，其他組件檢測(cè)均正常；外部環(huán)境，年平均氣溫15.3℃，氣候干燥，且有輕微污染；預(yù)計(jì)運(yùn)行負(fù)荷率，未來(lái)預(yù)計(jì)平均負(fù)荷率為0.9。

（1）依據(jù)上節(jié)的處理方式，對(duì)各評(píng)估指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1所示，取小數(shù)點(diǎn)后兩位。

表1 評(píng)估指標(biāo)隸屬度及權(quán)重值

（3）依照上節(jié)中的步驟，計(jì)算獲得各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重如表1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用三標(biāo)度法及和行歸一法方法優(yōu)化模糊層次分析方法，并將優(yōu)化的模糊層次分析法應(yīng)用到電力變壓器技術(shù)壽命評(píng)估當(dāng)中，并以變壓器整體健康程度作為基礎(chǔ)，建立層次型綜合評(píng)估指標(biāo)并進(jìn)行評(píng)估。詳述了具體評(píng)估方法和步驟，通過(guò)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)該評(píng)估模型的科學(xué)合理性。

[1]李翊，肖登明， 樂(lè)弘習(xí). 糠醛含量分析與變壓器剩余使用壽命的研究[J]. 華東電力，2011,39(5):770-772.

[2]張琳，李長(zhǎng)俊，蘇欣，等. 模糊層次分析法確定管線風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重[J]. 石油機(jī)械，2006,34(6):43-45.

[3]唐川，寧成千，張鵬，等. 基于蒙特卡洛的模糊層次分析法在埋地管線腐蝕影響因素分析中的應(yīng)用[J]. 全面腐蝕控制，2009,23(10):16-19.

[4]楊麗徙，包毅，張丹. 配電網(wǎng)綜合評(píng)估體系的研究[J]. 鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版，2005,26(3):106-108.

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