10kV配電變壓器狀態(tài)評估模型探究

羅永潤

(廣東電網公司佛山順德供電局,佛山順德,528300）

0 引言

10kV配電變壓器數(shù)量大、分布廣，是配電系統(tǒng)最重要的電氣設備之一，配電變壓器的故障會造成大量電力用戶的停電，給國民經濟帶來重大損失。檢修體制是否合理完善直接影響配電變壓器可靠性水平。電力系統(tǒng)檢修體制經歷了“事后檢修”、“計劃檢修”和“狀態(tài)檢修”三個階段。其中，狀態(tài)檢修的特征是有極強的針對性和時效性。所謂狀態(tài)檢修，就是以當前設備狀況為依據(jù)，通過監(jiān)測手段及其他方法，對設備進行橫向（歷史和現(xiàn)狀）、縱向（同類設備運行狀況）的分析，以確定最佳維修時機。

設備狀態(tài)評估是設備狀態(tài)檢修的依據(jù)，因此，建立配電變壓器狀態(tài)評估模型，是當前實施狀態(tài)檢修的基礎。目前，國內電力變壓器綜合狀態(tài)評估的研究剛起步，基本集中在35kV及以上變壓器的研究，且文獻較少。對變壓器的狀態(tài)評估主要依靠試驗數(shù)據(jù)、部分在線檢測數(shù)據(jù)，以及主觀的認識和經驗，缺乏依據(jù)和通用性，雖有一定效果，但難以全面推廣應用。對于配電變壓器，目前沒有一套有效的評價方法。因此，我們將對配電變壓器狀態(tài)評估進行深入研究，嘗試提出一種基于風險度計算的狀態(tài)評估模型。

1 配電變壓器狀態(tài)評估

1.1 配電變壓器狀態(tài)評級

目前國內主要由試驗數(shù)據(jù)開展評估，采取“是非制”，即“合格”和“不合格”，不利于細化評價設備優(yōu)劣程度；在波蘭，根據(jù)變壓器基本數(shù)據(jù)對變壓器狀態(tài)進行排序，大致分為較好、一般、較差和較壞四種，主要依據(jù)運行時間與油中溶解氣體含量劃分。在日本則依據(jù)溶解氣體含量分為較好、一般和較差三種。蘇聯(lián)則依據(jù)變壓器的工作效率劃分為狀態(tài)良好、狀態(tài)尚可、狀態(tài)不好。由于判別的指標過于單一，容易受測量誤差的影響，難以進行全面的綜合評估。

本文嘗試按照風險度將配電變壓器狀態(tài)分為：高風險、中風險、低風險和可接受四個級別，簡單描述為：危險狀態(tài)、異常狀態(tài)、注意狀態(tài)、健康狀態(tài)。風險值的取值區(qū)間規(guī)定為[0，1]，0表示風險值極低，1表示風險值極高，四個風險級別的分級標準如下：

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1.2 狀態(tài)評估指標體系的建立

配電變壓器的運行狀態(tài)評估是一個多指標評估問題。以預防性試驗、在線檢測試驗為基礎,綜合考慮檢修歷史、運行工況、附件狀態(tài)、運行環(huán)境、外觀檢查、設計和技術數(shù)據(jù)、家族缺陷數(shù)據(jù)等因素選取關鍵特征評估指標以建立配電變壓器狀態(tài)評估指標體系。

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變壓器的狀態(tài)類型信息很多，這些信息又從不同側面、不同程度和不同層次上反映了變壓器運行的好壞，如果綜合考慮運行數(shù)據(jù)、同類型變壓器故障統(tǒng)計以及在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，狀態(tài)評估模型將會十分復雜。出于搜集到樣本和數(shù)據(jù)的限制，本文選取一些關鍵性指標作為主要參量進行評估。

1.3 狀態(tài)評估模型的建立

（1）狀態(tài)評估是綜合考慮各類指標嚴重度和可能性所反映出來的風險度，對設備狀態(tài)進行分級評估的過程。

單個指標偏離正常值越大，反映出設備風險度越大。但單個指標測量數(shù)據(jù)可能受到測量條件、測量誤差的影響，并不能完全準確反映設備的實際運行狀態(tài)。

多個指標同時偏離正常值，可以佐證設備運行狀態(tài)出現(xiàn)了偏離，可以減少測量誤差的影響，相對單項指標能更加準確反映設備實際運行狀態(tài)。

因此，為充分考慮各個關鍵指標的影響，我們提出將多個指標的風險度進行累加數(shù)作為設備的總體風險值，當多個指標均出現(xiàn)偏差，累加值越大，設備總體風險值則越大；單個指標偏差不大，則對累加值影響不大。

Ri：第i個指標風險度

Pi：第i個指標可能性

Ci：第i個指標嚴重度

n：所考慮的指標個數(shù)

（2）根據(jù)指標所代表風險的嚴重性，可以將嚴重度C分為五大類：

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各類關鍵指標嚴重度對照表及說明

故障頻次、滲漏情況、檢修缺陷、雷擊次數(shù)、銹蝕程度、污穢程度、酸堿度、傾斜度、穩(wěn)固度等指標用于佐證對應指標的可信度。

（3）對于不同的指標，應根據(jù)具體情況、具體標準進行可能性分析，確定可能性P的計算模型。

1）油中溶解氣體可能性模型

對于油中溶解氣體百分比含量，對照試驗標準有一定的參考值范圍，可以根據(jù)指標偏離參考值的多少確定其可能性P值。假設油中溶解氣體百分比含量，最大值為，最少值為，假如≥，則指標可能性≥為最高，≥取1；若≤，則可能性為最低，取0；若，則可能性參數(shù)根據(jù)偏差值計算求得：

2）配變負載率可能性模型

配變負載率有一定運行要求，一般不允許超載120η%，負載率偏離額定值越大，故障發(fā)生的可能性越大。假≥設負載率 ，最大允許值為 ，最少值≤為，假如 ，則指標可能性為最高≥，取1；若 ，則可能性為最低，取0；若≥，則可能性參數(shù)根據(jù)偏差值的二次方求得：

3）油溫可能性模型

油溫直接反映配變的運行狀況，溫升越大，指標的可能性越大。假設T為油溫度，T戶外為室外溫度，Tmax為最高允許溫升，則當T測≥Tmax時，可能性為最大，取值為1；當T測=T戶外時，可能性為最低，取值為0；當Tmax≥T測≥T戶外時，則可能性參數(shù)根據(jù)偏差值的二次方求得：

4）運行年限可能性模型

假設Y 為配變的運行時間，當運行時間超出設計壽命時，故障的可能性最高，取值為1，可能性參數(shù)根據(jù)偏差值的二次方求得：

5）其他參數(shù)模型的建立

其他參數(shù)模型可以參照上述模型建立，但部分指標需要根據(jù)具體情況具體分析，比如家族缺陷類，應根據(jù)同批次產品發(fā)生故障的幾率確定。

1.4 狀態(tài)模型評估計算實例

假設配變的運行參數(shù)如下：

(1)H2含量ρ =0；

(2)C2H2含量ρ=1ppm；ρmax=5ppm；ρmin=0；

(3)C2H4含量ρ =0；

(4)H2O含量ρ =0；

(5)負載率η=96%；ηmax=120%，ηmin=80%；

(6)油溫T=62°C，戶外溫度T戶外=36°C，允許最高溫度Tmax=85°C；

(7)運行年限Y =18年，設計壽命20年。

可以按照上述公式得出以下算表：

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可見，該配變屬于“異常狀態(tài)”，從有關指標分析可知：配變由于運行時間過長（18年），造成絕緣老化，內部發(fā)熱，導致油溫升高，內部有放電痕跡，應密切監(jiān)視設備狀態(tài)，適時安排計劃檢修。

2 狀態(tài)評估結果應用前景

通過對配電變壓器狀態(tài)進行評估，可以掌握配電變壓器的狀態(tài)信息。如結合配電網信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)支撐，可以對配電變壓器的總體運行情況進行評價，對供電區(qū)域可靠性進行評估，以制定有針對性的運維策略，落實有效的設備風險控制措施，同時為規(guī)劃布點、項目改造提供可靠的依據(jù)。

3 結論

配電變壓器狀態(tài)評估是一個多指標的評估問題，需要對每一個指標制定計算模型，然后再綜合考慮各指標，對配變狀態(tài)進行總體評估。本文重點對幾個指標建立了計算模型，只起一個拋磚引玉的目的。隨著研究的不斷深入，計算模型的不斷完善，綜合評價的準確性將會不斷提高，達到實用化的目的。

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[2]鄭朝暉，徐偉，呂鴻賓，張登.變壓器狀態(tài)評估技術現(xiàn)狀研究.四川電力技術.2012，1003—6954(2012)05—0073—04.

[3]代文章.變壓器狀態(tài)綜合評估方法.電氣技術.2011，第11期.