理想點法在變壓器狀態評估中的應用

孫 娜，王玉凡，陸戌明

(1.華北電力大學 電氣與電子工程學院，河北 保定 071003;2.河北軟件職業技術學院 軟件工程系，河北 保定 071003;3.蕭山供電局，浙江 蕭山 311200)

理想點法在變壓器狀態評估中的應用

孫 娜1，王玉凡2，陸戌明3

(1.華北電力大學 電氣與電子工程學院，河北 保定 071003;2.河北軟件職業技術學院 軟件工程系，河北 保定 071003;3.蕭山供電局，浙江 蕭山 311200)

電力變壓器是電力系統重要的電氣設備之一，變壓器的健康狀態直接影響著整個電力系統的運行。因此，對變壓器進行科學狀態評估，降低變壓器故障發生機率，實現變壓器的狀態維修是電力系統迫切需要解決的課題。將理想點引入變壓器狀態評估中，實現了對變壓器狀態等級的一種具體劃分。基于理想點的多目標評價模型計算簡便、思路清晰、結果合理，有效解決了變壓器狀態等級的排序問題。

變壓器;理想點法;狀態評估

0 引言

電力變壓器是電力系統重要的電氣設備之一，變壓器的健康狀態直接影響著整個電力系統的運行。因此，對變壓器進行科學有效地狀態評估，降低變壓器故障發生幾率，實現變壓器的狀態維修是電力系統迫切需要解決的課題。當前變壓器狀態評估所采用的“是非制”的評價方法，這種方法是將變壓器狀態分為“合格”和“不合格”狀態，沒有更細致地進行相對優劣的評價方法，不利于變壓器狀態維修的實施。本文將理想點引入變壓器狀態評估中，實現了對變壓器狀態等級的一種具體劃分。

1 理想點法

理想點法 (TOPSIS)是一種常用的多目標決策方案或者排序分析法，其基本思路是通過構造多指標問題的理想解和負理想解，并以靠近理想解和遠離負理想解兩個基準作為評價各對象的判斷依據，因此理想解法又稱為逼近理想點法。［1］

(1)建立標準化決策矩陣Zij(無量綱化)，其中元素為

(2)計算加權標準化決策矩陣

(3)確定正理想解S+跟負理想解S－

其中J+是值越大越好的指標集合;J－是值越小越好的指標集合。

(4)計算第i個方案到理想解和負理想解的歐式距離

(5)計算各方案與理想解的相對接近程度

按照相對貼近度的大小對方案進行排序。相對貼近度越大，方案越優;反之相對貼近度越小，方案越劣。

2 變壓器的狀態評分項目

電力變壓器試驗項目包括32項變壓器試驗、5項變壓器套管試驗和12項變壓器油試驗。工程中常用的幾項基本的檢測項目有油質檢測、繞組直流電阻檢測、絕緣電阻及吸收比、極化指數檢測、絕緣介質損耗檢測、鐵芯絕緣電阻檢測等。綜合考慮變壓器的故障，各項預防性試驗的檢測目的、作用、有效性和重要性，工程中實際執行的預防性試驗項目以及搜集到的樣本限制，本文選取了變壓器色譜分析、變壓器電氣試驗、變壓器家族缺陷、變壓器自身質量情況等4項內容作為變壓器的狀態評級項目。

2.1 變壓器氣體試驗數據評分細則

2.1.1 變壓器氣體試驗評分表

變壓器油中溶解氣體分析 (dissolved gasses analysis，DGA)，工程上稱色譜分析，是發現變壓器故障的有效手段，油中溶解氣體成分的相對數量和形成速率表征了變壓器故障點能量的釋放形式和故障嚴重程度［2］。文獻 ［3］給出了總烴、氫氣、乙炔、甲烷等變壓器油中溶解氣體的注意值。當變壓器油中所溶解的CO2、CO濃度偏高時，通常說明固體絕緣受熱分解。IEC導則推薦以CO2/CO比值作為判據，本文選取總烴值、甲烷值、乙炔值、氫氣值以及CO2/CO比值或者CO2或CO的含量作為評分項目，具體評分標準參見表 1［4］。

表1 變壓器氣體試驗評分表Tab．1 Score of the transformer gas

2.1.2 變壓器電氣試驗評分

工程中變壓器電氣試驗主要包括微水含量、絕緣介質損耗、吸收比極化比、直流電阻三相不平衡、繞組直流電阻等項目。結合文獻 ［5］給出的電氣試驗項目、要求和現場處理數據的經驗，本文選取絕緣吸收比、繞組tan δ、泄漏電流、直流電阻相間差4組數據作為變壓器電氣試驗評分項目，具體的評分標準參見表2［4］。

表2 變壓器電氣試驗評分表Tab．2 Score of the transformer electric test

2.1.3 變壓器家族質量缺陷記錄評分

除預試之外，家族質量缺陷記錄也是影響變壓器維護策略的重要方面。變壓器的家族質量信息需要建立數據庫，存放變壓器的基本信息以及缺陷記錄，變壓器的家族質量缺陷要對數據庫中同廠家、同型號或者同電壓等級的變壓器的缺陷記錄進行匯總。但缺陷的性質、家族的親疏關系等不同，影響的程度也不同。同理，這一影響可以表達為:

式中:ni，wi分別為家族質量缺陷記錄評分及權重;m為家族缺陷總臺次數 (包括正常設備)。若設備無缺陷，評分為100，設備如有致命缺陷，評分為0。其他情況介于100與0分之間［4］。

2.1.4 變壓器自身質量事件

除上述影響因素外，設備自身經歷的不良工況 (如出口短路、雷擊等)、預試超標、運行(如各類報警器)等反饋的質量問題，均可能對設備狀態造成威脅。把這些統稱為設備自身的質量事件，變壓器自身質量事件要對變壓器運行以來歷次的檢修信息、試驗、運行信息、缺陷記錄、在線信息等進行綜合分析統計其自身質量事件。這里給出一個綜合影響指數

式中:m為設備自身質量事件數;ni為設備自身質量事件評分，根據對變壓器設備潛在影響的大小 (性質和程度)，取值為0到100，其中100分表示質量事件對變壓器狀態沒有或基本沒有影響;0分表示影響是致命的;其他情況介于0分到100分之間［6］。

3 實例分析

表3給出了4臺變壓器A，B，C，D根據第二節的評分標準得到的具體的評分表，然后得到評價矩陣A，進一步得出標準化決策矩陣Z

各個評價指標的權重系數由專家打分來確定，組建變壓器狀態維修專家決策小組，本文通過分析專家經驗和大量的試驗數據來確定與相對應的權重集 wi= {0.4，0.35，0.1，0.15}，得到加權單位化矩陣，即在決定某電氣設備可否實施狀態維修的諸因素中，氣體試驗評分項目占40%，電氣試驗評分項目占35%，家族缺陷評分項目占10%，自身質量事件評分項目占15%。再得出加權標準化矩陣

進而得到評價矩陣的理想解為S+=(0，0.193 1，0.053 2，0.090 1)，負理想解 S－=(0.143 2，0.150 1，0.045 2，0.063 1)。每個變壓器狀態與理想解的歐式距離為 D+=(0，0.031 6，0.060 8，0.107 7)，與負理想解的歐式距離為 D－=(0.109 5，0.079 4，0.051 0，0.009)。4 個方案與理想解的相對貼進度為 Ci=(1，0.715 3，0.456 2，0.077 1)，可知變壓器的狀態等級排序為A＞B＞C＞D。

表3 變壓器評分結果Tab．3 Grading results of the transformers

4 結束語

本文將理想點法引入變壓器狀態評價等級中，具有較高的可信度。基于理想點多目標評價模型計算簡便、思路清晰、結果合理，有效解決了變壓器狀態等級的排序問題。該評價結果也作為變壓器狀態評估的有效補充。理想點也能用于變壓器狀態等級的確定，但需要制定合理的等級標準，下一步的工作將研究根據變壓器的實驗數據用理想點法來確定變壓器的狀態等級。

［1］馬亞龍，王精業，徐享忠，等．基于正負理想點的仿真結果評估方法研究 ［J］．計算機工程，2002，28(2):21－22．

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［2］王南蘭，邱德潤．油中溶解氣體分析的變壓器故障診斷新方法 ［J］．高電壓技術，2006，32(6):35－ 37．

Wang Nanlan，Qiu Derun．New method of power transformer fault diagnosis by dissolved gas-in-oil analysis［J］．High Voltage Engineering，2006，32(6):35－ 37．

［3］GB7252－87，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則［S］．

［4］紀航，朱永利，郭偉．基于模糊綜合評價的變壓器狀態評分方法研究 ［J］．繼電器，2006，34(5):29－ 33．

Ji Hang，Zhu Yongli，Guo Wei．Research of transformer condition grading based on fuzzy synthesis evaluation［J］．RELAY，2006，34(5):29－33．

［5］DL/T 596－1996，電力沒備預防性試驗規程 ［S］．

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Liu Youwei，Li Guangfan，Gao Ke1i，et a1．Fundamental frame draft guide for condition maintenance of electric powerequipment ［J］． PowerSystem Technology，2003，27(6):64－67，76．

［7］朱永利，申濤，李強．基于支持向量機和DGA的變壓器狀態評估方法［J］．電力系統及其自動化學報，2008，20(6):111－114．

Zhu Yongli，Shen Tao，Li Qiang．Transformer condition assessment based on support vector machine and DGA［J］．Proceedings of the CSU-EPSA，2008，20(6):111－114．

Research on Transformer Condition Grading Based on TOPSIS

Sun Na1，Wang Yufan2，Lu Xuming3
(1．School of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China;2．Department．of Software Engineer，Software Institute of Hebei，Baoding 071003，China;3．Power Supply Bureau of Xiaoshan，Xiaoshan 311200，China)

Power transformer is an essential component in the power system ，transformers directly affect the condition of the power system operation．Therefore，scientific and effective method of transformer condition assessment is an urgent issue which reduce the incidence of transformer failures and achieve the state of transformer power system maintenance．In this paper，the TOPSIS method is introduced to judge e the transformer condition．The calculation of multi-objective evaluation model based on TOPSIS is simple，clear，the result is reasonable，the transformer state scheduling problem is effective solved by this method．

transformer;TOPSIS;condition grading

TM407

A

2010－11－10。

孫娜 (1979－)，女，講師，主要研究方向為信號與信息處理，E-mail:nana_ss@126．com。