基于狀態(tài)量檢測(cè)方式分析的變壓器檢修策略

陳 迪

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司物資分公司，江蘇南京 210036）

0 引言

變壓器作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵運(yùn)行設(shè)備，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確掌握其運(yùn)行狀態(tài)并開展必要的檢修對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為響應(yīng)國(guó)家發(fā)改委的電價(jià)降價(jià)政策，迫切需要電力企業(yè)降低運(yùn)行成本。因此，如何制定兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性的變壓器檢修策略，已成為亟需解決的問題。

隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)日漸成熟，停電例行試驗(yàn)檢出的設(shè)備缺陷大部分可通過相應(yīng)的帶電檢測(cè)（在線監(jiān)測(cè)）手段獲取，如文獻(xiàn)[1]通過分析不停電檢測(cè)狀態(tài)量對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的表征能力和故障模式的辨識(shí)能力，表明不停電檢測(cè)狀態(tài)量可較全面地反映變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。但大多數(shù)研究?jī)H從故障機(jī)理的角度指出變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以替代停電例行試驗(yàn)，未考慮分別采用帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)和停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的變壓器狀態(tài)評(píng)估結(jié)果和相應(yīng)維修策略存在差異，缺乏從電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)角度分析帶電檢測(cè)方式的可行性。因此，探索狀態(tài)量檢測(cè)方式對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的量化方法，從經(jīng)濟(jì)性和可靠性的角度實(shí)現(xiàn)變壓器狀態(tài)檢修策略的優(yōu)選，有利于有效減少設(shè)備停電次數(shù)，降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高供電可靠性，產(chǎn)生非?？捎^的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

本文首先在明確可替代停電試驗(yàn)狀態(tài)量的帶電檢測(cè)狀態(tài)量基礎(chǔ)上建立狀態(tài)量獲取風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)量化模型，以可靠性與經(jīng)濟(jì)性綜合最優(yōu)為決策變量，綜合判定基于帶電檢測(cè)方式的變壓器狀態(tài)檢修可行性。

1 計(jì)及經(jīng)濟(jì)性與可靠性的變壓器檢修策略優(yōu)選

1.1 變壓器檢修策略模型的構(gòu)建

為驗(yàn)證本文提出的以帶電檢測(cè)狀態(tài)量為主的優(yōu)化方案的有效性，將綜合對(duì)比因狀態(tài)量獲取方式差異所造成的電網(wǎng)運(yùn)行和故障風(fēng)險(xiǎn)。本文以狀態(tài)量獲取成本、狀態(tài)量獲取風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)之和為檢修策略量化評(píng)價(jià)目標(biāo)，構(gòu)建變壓器狀態(tài)檢修決策模型，如式（1）所示。

式中，F(xiàn) 為優(yōu)化策略有效性判定的函數(shù)表達(dá)式；Ri為在第i種狀態(tài)量獲取方式下的檢修策略綜合費(fèi)用，狀態(tài)量獲取方式分為帶電檢測(cè)（i=1）和停電試驗(yàn)（i=2）；LJi為狀態(tài)量獲取的成本費(fèi)用；CJi為狀態(tài)量獲取的風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)用；LWi為電網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)的綜合費(fèi)用。

1.2 檢修策略優(yōu)選流程

計(jì)及經(jīng)濟(jì)性和可靠性的變壓器檢修策略優(yōu)選流程具體如圖1 所示，關(guān)鍵步驟如下。

圖1 變壓器狀態(tài)檢修策略優(yōu)選流程

（1）確定并收集用于變壓器狀態(tài)評(píng)估的停電試驗(yàn)狀態(tài)參量組和帶電檢測(cè)參量組。

（2）構(gòu)建基于帶電檢測(cè)和停電試驗(yàn)的狀態(tài)量獲取的經(jīng)濟(jì)量化評(píng)估模型和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估量化模型，并提出各類評(píng)估指標(biāo)的量化方法。

（3）將兩種不同檢測(cè)方式獲取的狀態(tài)量代入國(guó)家電網(wǎng)公司《油浸式變壓器檢修策略導(dǎo)則》，制定針對(duì)性的維修方案，分析對(duì)應(yīng)維修方案下的修復(fù)費(fèi)用和故障風(fēng)險(xiǎn)。

（4）將計(jì)算得到的不同檢測(cè)方式下狀態(tài)量獲取經(jīng)濟(jì)成本、風(fēng)險(xiǎn)成本和維修風(fēng)險(xiǎn)成本代入變壓器檢修策略模型，決定檢修優(yōu)選方案。

2 檢測(cè)策略經(jīng)濟(jì)性量化評(píng)估模型

設(shè)備狀態(tài)量獲取時(shí)需要進(jìn)行相關(guān)的成本分析，進(jìn)而確保檢修策略的經(jīng)濟(jì)性，降低設(shè)備維護(hù)成本。設(shè)有m 類停電試驗(yàn)狀態(tài)量和n 類不停電檢測(cè)狀態(tài)量，則兩種檢測(cè)方式下的經(jīng)濟(jì)性量化評(píng)估模型如下。

式中，LJ1為帶電檢測(cè)下的狀態(tài)量獲取成本，f11（i）為第i 類狀態(tài)量的基本費(fèi)用，f12（i）為第i 類狀態(tài)量的在線或帶電檢測(cè)裝置費(fèi)用，f13（i）為檢測(cè)第i 類狀態(tài)量的人工費(fèi)用；LJ2為停電試驗(yàn)下的狀態(tài)量獲取成本，f21（j）第j 類狀態(tài)量的試驗(yàn)費(fèi)用，f22（j）為第j 類狀態(tài)量試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備或器材費(fèi)用，f23（j）為第j 類狀態(tài)量的試驗(yàn)人工費(fèi)用。

3 檢測(cè)策略可靠性量化評(píng)估模型

3.1 狀態(tài)量獲取風(fēng)險(xiǎn)的量化評(píng)估模型

不同檢測(cè)方式下狀態(tài)量獲取風(fēng)險(xiǎn)有一定區(qū)別，其中帶電檢測(cè)下設(shè)備狀態(tài)量獲取風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算主要包含因盲檢率的存在可能無法反映變壓器真實(shí)的故障狀態(tài)[2]，導(dǎo)致變壓器未能及時(shí)維修而引發(fā)突發(fā)性故障。停電試驗(yàn)下設(shè)備狀態(tài)量獲取風(fēng)險(xiǎn)除了盲檢率的存在，還包括待檢設(shè)備通過計(jì)劃停電進(jìn)行停電試驗(yàn)時(shí)，備用設(shè)備突發(fā)故障會(huì)使變電站運(yùn)行不滿足N-1 原則，造成的電網(wǎng)停電風(fēng)險(xiǎn)。兩類量化評(píng)估模型具體如下所示。

式中，CJ1和CJ2分別為帶電檢測(cè)和停電試驗(yàn)下的檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)值，tg為獲取狀態(tài)量時(shí)因盲檢而造成設(shè)備突發(fā)故障到緊急搶修后恢復(fù)供電的停電時(shí)間，Pg為設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)后引起的停電功率，c 為單位停電損失費(fèi)用，Cg為故障后設(shè)備修復(fù)費(fèi)用，H1和H2分別為變壓器在帶電檢測(cè)和停電試驗(yàn)方式下的盲檢率，t2t為停電試驗(yàn)獲取各類設(shè)備狀態(tài)量的所需時(shí)間，Pgk為備用變壓器k 發(fā)生強(qiáng)迫停運(yùn)的功率，βk為備用設(shè)備k 的故障率，可參考國(guó)家電網(wǎng)公司的輸變電一次設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估導(dǎo)則進(jìn)行確定。

3.2 電網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估模型

由于兩種檢測(cè)的方式和檢測(cè)的狀態(tài)量存在差別，故將兩種檢測(cè)方式得到的數(shù)據(jù)代入狀態(tài)評(píng)估模型中所得到的設(shè)備狀態(tài)會(huì)存在差異，因此對(duì)應(yīng)檢修方案也會(huì)存在差異。故需要計(jì)算不同維修方式下的維修費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，以便對(duì)比分析停電試驗(yàn)和不停電檢測(cè)對(duì)電網(wǎng)的最終影響。

式中，Lwi（k）為變壓器在k 類故障下對(duì)應(yīng)的維修風(fēng)險(xiǎn)量化值，Ploss為維修期間的平均損失負(fù)荷量，tr為平均修復(fù)時(shí)間，Cwi（k）為k 類故障的修復(fù)費(fèi)用。

4 實(shí)例分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2018 年11 月初，設(shè)備運(yùn)維檢修部門對(duì)型號(hào)為SFPSZ7-120000/220 的變壓器開展了日常巡檢工作，由于該變壓器未到大修時(shí)限，故采用上次獲得的停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)，兩種方案下的主要巡檢結(jié)果和對(duì)應(yīng)維修方案如表1 所示。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得帶電檢測(cè)和停電試驗(yàn)試驗(yàn)下變壓器的盲檢率分別為4.9%和2.3%，主變故障會(huì)導(dǎo)致電站失負(fù)荷60 MW。參考文獻(xiàn)得變壓器單次故障修復(fù)費(fèi)用為80 萬元，修復(fù)時(shí)間為175.2 h，單位停電損失為1.15 萬元/MW·h，備用設(shè)備正常狀態(tài)下的故障率按0.07%計(jì)算[3]。

表1 待檢設(shè)備異常狀態(tài)參量檢測(cè)情況

4.2 帶電檢測(cè)下檢修綜合風(fēng)險(xiǎn)分析

帶電檢測(cè)下變壓器狀態(tài)獲取成本為0.85 萬元，由于在該檢測(cè)手段下變壓器套管處于異常狀態(tài)，則需要盡快停電進(jìn)行B 類檢修，其中檢修費(fèi)用為10 萬元，檢修周期為10 天。為簡(jiǎn)化分析，這里假定維修后設(shè)備完全正常運(yùn)行，則不需要考慮因盲檢率而造成變壓器發(fā)生緊急故障所帶來的檢修損失。其綜合費(fèi)用計(jì)算結(jié)果：R1=LJ1+CJ1+LW1=0.85+0+（1.15×60×24×10×0.07%+10）=22.44 萬元。

4.3 停電試驗(yàn)下檢修綜合風(fēng)險(xiǎn)分析

傳統(tǒng)停電試驗(yàn)檢測(cè)下變壓器狀態(tài)量獲取成本為5.48 萬元，由于該檢測(cè)手段下變壓器套管處于注意狀態(tài)，變壓器不需要進(jìn)行檢修。但需要考慮盲檢率的影響，變壓器有可能在后續(xù)運(yùn)行中出現(xiàn)緊急故障。同時(shí)為簡(jiǎn)化分析，本文假定除主變的其他運(yùn)行設(shè)備故障概率均為0。其綜合費(fèi)用計(jì)算結(jié)果：R2=LJ2+CJ2+LW2=5.48+[（12×1.15×60+80）×2.3%+175.2×60×1.15×0.07%]+0=36.83 萬元。

4.4 檢修策略優(yōu)化分析

經(jīng)計(jì)算比較帶電檢測(cè)下的檢修費(fèi)用優(yōu)于基于停電試驗(yàn)的檢修費(fèi)用，各項(xiàng)費(fèi)用結(jié)果具體見表2。

表2 兩種檢測(cè)方式下各項(xiàng)費(fèi)用明細(xì)

分析表明，兩種檢測(cè)方式所得評(píng)估結(jié)果不同在于停電試驗(yàn)獲取狀態(tài)量的周期較長(zhǎng)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體中CO 和CO2有明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)。停電試驗(yàn)下的檢修策略盡管避免了維修的費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，但因盲檢而可能造成的故障損失巨大，使得電網(wǎng)無法可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而帶電檢測(cè)方式下的檢修策略雖然增加了維修的費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，但可消除因盲檢而造成的故障損失，保障了電網(wǎng)的安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。故選用以帶電檢測(cè)為主的檢修策略。

5 結(jié)論

本文建立了基于狀態(tài)量檢測(cè)方式的檢測(cè)策略經(jīng)濟(jì)性量化評(píng)估模型和風(fēng)險(xiǎn)量化模型以及計(jì)及檢測(cè)和檢修下的檢修策略優(yōu)化模型，實(shí)例分析驗(yàn)證了以帶電檢測(cè)為主的檢修策略的適用性，有利于保證變電站供電的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。