電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)探討

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243000）

變壓器是電力系統(tǒng)中的核心聯(lián)絡(luò)設(shè)備，影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，其中的異常運(yùn)行狀態(tài)可能引發(fā)大規(guī)模的停電事件，影響企業(yè)生產(chǎn)與居民的正常生活。而為了更好地應(yīng)對(duì)越來(lái)越常見(jiàn)的變壓器運(yùn)行狀態(tài)故障情況，需要借助各種先進(jìn)手段對(duì)變壓器的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，這也是本文研究的目的所在。

1 電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了更好地識(shí)別電力變壓器的運(yùn)行情況，科學(xué)的數(shù)據(jù)采集是整個(gè)工作的關(guān)鍵，而變壓器作為整個(gè)輸變電設(shè)備中最為復(fù)雜的一部分，在運(yùn)行期間需要評(píng)價(jià)的指標(biāo)數(shù)據(jù)很多，造成相關(guān)指標(biāo)的不確定性，所以，需要從多個(gè)角度對(duì)變壓器的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1 油中溶解氣體

從冷卻方式來(lái)看，變壓器主要分為油浸式、干式與氧化物式，其中油浸式變壓器最為常見(jiàn)，這種變壓器通過(guò)將線圈、鐵芯等浸泡在充滿絕緣油的波紋油箱中，通過(guò)管道實(shí)現(xiàn)了油枕與油箱的連接。在變壓器正常運(yùn)行條件下，油溶解的主要?dú)怏w包括氮?dú)狻⒀鯕獾?，但是隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的增加，因持續(xù)的受熱、放電等作用影響，油與固體絕緣體之間會(huì)出現(xiàn)分解、劣化，釋放少量的烴類與特征氣體（如甲烷、乙烯、一氧化碳等），氣體所形成的小氣泡會(huì)在絕緣油中形成擴(kuò)散、對(duì)流，最終在油內(nèi)溶解，增加了油的雜質(zhì)含量，引發(fā)故障[1]。

一般在故障評(píng)價(jià)中，主要根據(jù)特質(zhì)氣體以及濃度的差異來(lái)進(jìn)行判斷，而受異常狀態(tài)的影響，會(huì)發(fā)現(xiàn)低能量的潛在癥狀，若不能得到有效的處理，可能會(huì)引發(fā)非常嚴(yán)重的事故，所以需要重點(diǎn)考慮特征氣體的產(chǎn)氣速率等情況，其表達(dá)公式為：

式中，γ—絕對(duì)產(chǎn)氣速率；C1—第一次采樣結(jié)果中，油中相關(guān)氣體的濃度（μL/L）；C2—第二次的氣體采樣結(jié)果（μL/L）；△t—兩次采樣結(jié)果中設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間（d）；p—油密度（kg/m3）；M—變壓器油總質(zhì)量。

1.2 絕緣油特性

隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的增加，因?yàn)閮?nèi)部油溶解氣體反應(yīng)以及外部氧化反應(yīng)等因素影響，會(huì)形成更多的雜質(zhì)而降低了絕緣水平，引發(fā)故障。

以油擊穿電壓為例，在正常的交流電廠環(huán)境下，采樣絕緣油持續(xù)升壓直至擊穿，此時(shí)的點(diǎn)暗影等級(jí)為絕緣油擊穿電壓。而在變壓器運(yùn)行的條件下，受多種因素作用影響會(huì)在油中出現(xiàn)雜質(zhì)，并且當(dāng)絕緣油雜質(zhì)越多以及老化情況越嚴(yán)重，則電壓等級(jí)會(huì)進(jìn)一步下降，這也被認(rèn)為是重要的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)[2]；而在變壓器受潮之后，局部放電的初始電壓水平下降，會(huì)更容易發(fā)生放電等問(wèn)題；受長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的影響，受雜質(zhì)氣體以及水的共同作用，造成電場(chǎng)強(qiáng)度降低并引發(fā)局部放電。

2 基于動(dòng)態(tài)貝葉斯方法的電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)

2.1 動(dòng)態(tài)貝葉斯方法介紹

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)階段學(xué)術(shù)界針對(duì)不確定時(shí)間概率最有效的推理模型，滿足電力設(shè)備的狀態(tài)診斷要求。所以在電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)中，本文將結(jié)合貝葉斯建模方法來(lái)分析各種變壓器的運(yùn)行狀態(tài)情況，根據(jù)狀態(tài)運(yùn)行結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變壓器運(yùn)行的有效評(píng)價(jià)；在技術(shù)應(yīng)用階段，通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)計(jì)算變壓器的整體狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器運(yùn)行整體風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，這個(gè)處理方法能夠更有效地對(duì)任意一期的各種故障進(jìn)行識(shí)別，也能通過(guò)各種數(shù)據(jù)來(lái)解釋變壓器中的各種故障元素，亦可在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)框架的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，滿足運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)要求。

例如在故障處理階段，可以基于事件序列圖來(lái)細(xì)化變壓器的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，在該場(chǎng)景中，任何的因果因素都會(huì)被視為風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，因此，可以通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景的定性識(shí)別方法來(lái)計(jì)算出具體場(chǎng)景中存在的風(fēng)險(xiǎn)；或者為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理效果，通過(guò)與其他的事件序列圖向配合，用于完成復(fù)雜的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)及其安全因素分析等，具有良好效果。

2.2 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的建模方法

2.2.1 強(qiáng)物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)樽儔浩鳌盃顟B(tài)”

在本次研究中，本文將在結(jié)合候選風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上，對(duì)各類變壓器的運(yùn)行故障事件進(jìn)行評(píng)價(jià)，而實(shí)際上，這些風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生本身具有不確定性，因此在引入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以采用有限狀態(tài)集的方法，傳遞變壓器狀態(tài)的信息，如歷史取樣、臺(tái)賬、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，并結(jié)合在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將壓力、溫度等物理現(xiàn)象直接轉(zhuǎn)變?yōu)椤盃顟B(tài)”，形成變壓器設(shè)備的信息表達(dá)結(jié)果。

2.2.2 構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

本次研究中結(jié)合貝葉斯方法進(jìn)行組合，其中的關(guān)鍵步驟為：

（1）掌握各種影響系統(tǒng)狀態(tài)的變量。正常情況下這些變量指標(biāo)都是一些相對(duì)低級(jí)別的設(shè)備數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)失效風(fēng)險(xiǎn)會(huì)在各種子系統(tǒng)中進(jìn)行傳播，并最終引發(fā)各類風(fēng)險(xiǎn)事件。所以在建模期間，可以通過(guò)收集各種低級(jí)別組件的歷史數(shù)據(jù)，從中剖析各種可能完成的故障指標(biāo)，最終構(gòu)建完整的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。

（2）采用定義節(jié)點(diǎn)之間的邊界來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系，通過(guò)FT或者ET等系統(tǒng)邏輯圖確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并識(shí)別其中更詳細(xì)的邏輯關(guān)系。

（3）結(jié)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)變量、運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)等，通過(guò)條件概率表定義不同邊緣與節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。

2.2.3 在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中評(píng)估各個(gè)節(jié)點(diǎn)

為了進(jìn)一步增強(qiáng)其中的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，可以直接通過(guò)葉貝絲網(wǎng)絡(luò)值來(lái)監(jiān)控各項(xiàng)節(jié)點(diǎn)指標(biāo)，并通過(guò)將這些節(jié)點(diǎn)分解為不同的故障數(shù)據(jù)，從中獲得更加詳細(xì)的變壓器運(yùn)行信息。

在此基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算不同傳感器所反饋的變壓器數(shù)據(jù)，為不同場(chǎng)景分配數(shù)值，其中的信息度量被定義為衡量可靠信息量的尺度，其中實(shí)質(zhì)性的內(nèi)容就是在同一個(gè)變壓器中持續(xù)提取其中的關(guān)鍵指標(biāo)，并將指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒍攘亢瘮?shù)的方法進(jìn)行配置關(guān)聯(lián)。

2.2.4 動(dòng)態(tài)貝葉斯的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換

將上述的關(guān)聯(lián)指標(biāo)直接加入不同的片段時(shí)間，通過(guò)記錄各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定節(jié)點(diǎn)的值的擴(kuò)展跟蹤，這個(gè)過(guò)程就是將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)處理期間，通過(guò)將不同單位下的時(shí)間做離散，形成相應(yīng)的時(shí)間片段，不同的時(shí)間片段通過(guò)箭頭連接，通過(guò)箭頭連接的方法能夠演變其中的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，最終達(dá)到了實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的目的。

2.3 應(yīng)用實(shí)例分析

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)控制方法在變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控中的作用，本文以某變壓器為研究對(duì)象，通過(guò)提取3個(gè)時(shí)間片段的歷史故障信息，同時(shí)對(duì)信息做動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的模型分析，可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法所模擬仿真的結(jié)果故障信息與變壓器的實(shí)際故障情況基本相同，這一結(jié)果說(shuō)明動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法可以滿足變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

面向電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)能夠有效保障變壓器的運(yùn)行質(zhì)量，本文介紹了基于動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)估方法，從案例結(jié)果可知，本文所介紹的動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型滿足變壓器運(yùn)行狀態(tài)診斷要求，能夠?yàn)殡娏ψ儔浩鞯尼槍?duì)性管理提供足夠的數(shù)據(jù)支持，具有顯著優(yōu)勢(shì)，值得推廣。