基于多特征量的配電變壓器運(yùn)行可靠性評(píng)估

陸志欣，梁自維，黃勝

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，佛山 528000）

引言

配電變壓器是配電網(wǎng)末端重要的電能轉(zhuǎn)化設(shè)備，其在配電網(wǎng)中分布廣泛、數(shù)量龐大，配電變壓器的運(yùn)行可靠性高低事關(guān)重大，保障配電變壓器的可靠運(yùn)行對(duì)配電網(wǎng)具有重要的意義[1-3]。傳統(tǒng)的配電變壓器維護(hù)采取定期巡檢的方式，而隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，配電網(wǎng)原有的人力資源逐漸難以保證配電變壓器的精細(xì)巡檢。在這種情況下，如何依靠不斷完善的配電變壓器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電變壓器運(yùn)行可靠性評(píng)估，是當(dāng)前配電網(wǎng)生產(chǎn)工作的重要難題之一[4-6]。

針對(duì)配電變壓器的運(yùn)行可靠性評(píng)估，許多專家學(xué)者開(kāi)展了研究并取得了一定的研究成果。文獻(xiàn)[7-9]對(duì)配電變壓器各組成元件進(jìn)行劃分，針對(duì)各個(gè)元件提出了評(píng)估指標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行配電變壓器的狀態(tài)評(píng)估，但主要以電氣監(jiān)測(cè)量為數(shù)據(jù)支撐。文獻(xiàn)[10]利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合信息熵理論，進(jìn)行配電變壓器的狀態(tài)評(píng)估，但未計(jì)及配電變壓器的運(yùn)行指標(biāo)。文獻(xiàn)[11]建立了基于信息遷移的配變故障診斷模型，主要關(guān)注配電變壓器的故障數(shù)據(jù)缺失和過(guò)期的處理。文獻(xiàn)[12-13]研究了短路強(qiáng)度、絕緣老化、電氣特性等基于電氣量指標(biāo)的配電變壓器的狀態(tài)評(píng)估方法。

以上研究都有著重的特性和優(yōu)點(diǎn)，但大多從配電變壓器運(yùn)行電氣量或者設(shè)備部件的監(jiān)測(cè)量出發(fā)，進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，較少地考慮環(huán)境量的因素。因此，本文提出一種多特征量的配電變壓器運(yùn)行可靠性評(píng)估方法，充分考慮配電變壓器運(yùn)行的電氣特點(diǎn)和環(huán)境因素，對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立評(píng)估指標(biāo)體系，采用數(shù)學(xué)評(píng)估方法結(jié)合多維數(shù)據(jù)的指標(biāo)進(jìn)行配變運(yùn)行可靠性評(píng)估。

1 配電變壓器運(yùn)行可靠性評(píng)估體系

配電變壓器的可靠運(yùn)行通常由電氣量、環(huán)境量、狀態(tài)量三大特征量來(lái)統(tǒng)籌概括，當(dāng)電氣量穩(wěn)定、環(huán)境量適宜、狀態(tài)量正常時(shí)，便可確定該配電變壓器的運(yùn)行可靠。為直觀評(píng)估配變的運(yùn)行可靠性能，本文通過(guò)將上述三大特征量所包含的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值化，建立一套完整的運(yùn)行可靠性評(píng)估體系，具體如圖1 所示。

圖1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 電氣量指標(biāo)

電氣量作為配變運(yùn)行的關(guān)鍵特征量，所包含的可靠性指標(biāo)能直接反映配變運(yùn)行好壞情況，具體獲取如圖2所示。式中：

圖2 電氣量可靠性指標(biāo)體系

SN—配變額定容量；

1.2 環(huán)境量指標(biāo)

環(huán)境量作為配變運(yùn)行狀態(tài)的重要特征量，所包含的評(píng)估指標(biāo)能反映配變的管理狀態(tài)，可靠性指標(biāo)獲取如圖3 所示。

圖3 環(huán)境量可靠性指標(biāo)體系

1.3 狀態(tài)量指標(biāo)

狀態(tài)量作為配變運(yùn)行的實(shí)時(shí)特征量，所包含的可靠性指標(biāo)反映配變的實(shí)時(shí)狀態(tài)，指標(biāo)的獲取如圖4 所示。

圖4 狀態(tài)量可靠性指標(biāo)體系

2 三量融合的可靠性評(píng)估方法

2.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

綜合指標(biāo)層所得的各項(xiàng)可靠性指標(biāo)得分，根據(jù)各層指標(biāo)權(quán)重因子層層計(jì)算可得出目標(biāo)層總得分，以此量化評(píng)估配變的可靠性高低。

本文運(yùn)用層次分析法和熵權(quán)法分別得到主觀權(quán)重ωz,i和客觀權(quán)重ωk,i，引入偏好系數(shù)α將主客觀權(quán)重相結(jié)合，得到組合權(quán)重iλ。

為了確保組合權(quán)重與兩個(gè)單一權(quán)重之間的偏差最小，取α=0.5，表示主觀權(quán)重和客觀權(quán)重各占比50 %。

2.2 指標(biāo)評(píng)分原則

利用模糊隸屬度評(píng)價(jià)函數(shù)可以完成指標(biāo)層單項(xiàng)指標(biāo)值到指標(biāo)層單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)得分的映射。本文對(duì)電氣量、狀態(tài)量、環(huán)境量所建立的指標(biāo)層單項(xiàng)指標(biāo)依據(jù)指標(biāo)值與配變運(yùn)行可靠性高低的關(guān)系，將指標(biāo)層單項(xiàng)指標(biāo)分為階躍型、效益性、成本型和區(qū)間型四種類型，如圖5 所示，其中di是指標(biāo)層單項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算值，si是單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分值，范圍為[0，100]，橫坐標(biāo)為單項(xiàng)指標(biāo)值，縱坐標(biāo)為單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)得分。

圖5 指標(biāo)類型劃分

每個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)的類型如表1 所示。

表1 指標(biāo)層單項(xiàng)指標(biāo)的指標(biāo)類型

2.3 評(píng)價(jià)流程

整體的配變運(yùn)行可靠性評(píng)估流程如圖6 所示。

圖6 評(píng)價(jià)流程圖

具體步驟如下：

1）選擇評(píng)價(jià)空間和時(shí)間范圍；

2）根據(jù)所選的空間和時(shí)間，獲取所選范圍的全部底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

3）計(jì)算步驟②中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算單項(xiàng)指標(biāo)值；

4）逐層計(jì)算運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果：計(jì)算過(guò)程中，從底層單項(xiàng)指標(biāo)開(kāi)始，逐層向上計(jì)算。

5）計(jì)算配變運(yùn)行可靠性的最終總得分，并依據(jù)得分發(fā)現(xiàn)配變的運(yùn)行薄弱環(huán)節(jié)。

3 應(yīng)用算例

以某一實(shí)際配電變壓器數(shù)據(jù)為例，應(yīng)用多特征量的計(jì)算得分來(lái)評(píng)估配變運(yùn)行可靠性。具體情況如表2 所示。

表2 指標(biāo)數(shù)據(jù)及評(píng)估結(jié)果

由表2 可知該配變準(zhǔn)則層指標(biāo)中評(píng)分較低的指標(biāo)為狀態(tài)量，狀態(tài)量中的油絕緣性能和油頂溫度指標(biāo)均較低，尤其是油絕緣性能得分僅有20，這是因?yàn)樵撆渥兇嬖谟徒^緣性能劣化問(wèn)題，同時(shí)，油頂溫度較高，需要進(jìn)一步加強(qiáng)配變管理工作，從而保證用戶的安全可靠供電。

為直觀觀察配電變壓器的電氣量、狀態(tài)量和環(huán)境量的得分分布，繪制3 邊雷達(dá)圖如圖7 所示。

由圖7，該配變可靠性評(píng)估得分較低主要由電氣量和狀態(tài)量評(píng)分較低引起，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這兩類指標(biāo)，提前運(yùn)維避免故障停電。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)配變運(yùn)行可靠性評(píng)估，提出了一套配變運(yùn)行可靠性綜合評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法，通過(guò)實(shí)際算例分析證明了本文指標(biāo)體系及方法的可行性。所提出的指標(biāo)體系涵蓋配變運(yùn)行幾個(gè)重要方面，能夠全面反映某配變?cè)谝欢螘r(shí)問(wèn)內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)好壞，有利于實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)變壓器可靠監(jiān)測(cè)和主動(dòng)運(yùn)維，對(duì)配電網(wǎng)變壓器設(shè)備運(yùn)行可靠性的提升具有重要價(jià)值。