基于運行狀態的電力變壓器瞬時強迫停運率的確定方法研究

毛振軍 王宇 齊致

【摘 要】傳統的反映變壓器運行安全可靠性的強迫停運率指標是基于變壓器歷史運行數據的統計值，反映的是變壓器的總體安全特性。事實上，變壓器在不同時刻、不同運行狀態下停運的可能性不同，恒定的統計值無法精確表達變壓器當前運行狀態的優劣也就無法應用于具有短期性、實時性的電力系統運行風險評估中。因此，變壓器瞬時強迫停運率的確定對掌握電網的實時運行狀態有重要意義。本文在分析電力變壓器狀態量的基礎上，指出了采用n維曲面擬合方法確定變壓器瞬時強迫停運率的新思路。在三維曲面擬合的基礎上，推導了n維曲面擬合的方法，給出了利用n維曲面擬合方法確定電力變壓器瞬時強迫停運率的步驟，并對相關問題作了深入的分析。

【關鍵詞】變壓器；瞬時強迫停運率；n維曲面擬合；安全運行

電力變壓器在電力系統中的地位舉足輕重，是電力系統中最重要、最關鍵的電氣設備之一，其運行安全可靠性直接關系到電力系統的安全與穩定。變壓器的瞬時強迫停運率的確定可以提高電力系統風險評估的水平，從而更準確的掌握電網的實時運行狀態，為運行人員的正確決策提供客觀依據。

然而，傳統的反映變壓器運行安全可靠性的強迫停運率指標是基于變壓器歷史運行數據的統計值，反映的是變壓器的總體安全特性。事實上，變壓器在不同時刻、不同運行狀態下（如不同負荷水平，運行溫度，局部放電，泄漏電流等）停運的可能性不同，恒定的統計值無法精確表達變壓器當前運行狀態的優劣（瞬時停運可能性的大小），也就無法應用于具有短期性、實時性的電力系統運行風險評估中。因此，變壓器瞬時強迫停運率的確定對掌握電網的實時運行狀態有重要意義。

本文首次提出了一種對變壓器瞬時強迫停運率進行量化評估的方法。該方法基于變壓器的歷史運行數據和當前變壓器所處的運行狀態，采用N維曲面擬合的數值方法對變壓器的可靠性參數——瞬時強迫停運率進行量化分析和處理，并最終得到變壓器的瞬時強迫停運率數值。基于該方法還可以確定發電機、架空線路、電纜等其他電氣設備的瞬時強迫停運率，這為電力系統風險評估的在線應用奠定了基礎。

一、變壓器狀態量分析

通常情況下，設備由正常狀態演變至異常狀態或故障狀態的過程是一個積累的過程，設備的性能有一個由輕到重的劣化過程，這種處于正常狀態和異常狀態之間的中間狀態稱為“劣化狀態”。設備的劣化狀態可用相對劣化度來衡量，定義為設備工作狀態偏離正常狀態，向故障狀態發展，用L表示。假設設備有一系列狀態參數X1，X2，……，Xn，第i個參數的相對劣化度為li，表示該參數偏離正常狀態的程度。相對劣化度可用下式計算：

式中，li為狀態參數的相對劣化度；A為該參數的允許值（良好值）；B為該參數極限值；C為該參數點檢實測值；k為指數，一般情況下可取0.5～1。引進指數k主要考慮設備相對劣化度與狀態參數可能不滿足線形關系，k取值越小，表示參數實測值接近極限值時，劣化度變化越陡，因此通過狀態參數的相對劣化度可以反映出設備狀態的發展變化趨勢。

二、n維曲面擬合的數學方法

（一）三維曲面擬合方法

設在三維直角坐標系Oxyu中給定（m+1）×（n+1）個點（即三維坐標）

成立，則稱相應的曲面p*（x，y）為在曲面族（3）中按最小二乘原則確定的對于數據（2）的擬合曲面。

（二）N+1維曲面擬合方法

三、確定變壓器瞬時強迫停運率的方法

由第2節可知，表征電力變壓器瞬時強迫停運率的狀態量分別為：

確定變壓器瞬時強迫停運率的步驟如下：

1.據同類型變壓器的歷史運行數據（強迫停運資料），提取出同類型變壓器的強迫停運樣本（設樣本數為N），記第i臺次強迫停運事件Qi（x1，x2，…，xn，T）。xi為狀態量Xi對應的相對劣化度，其值由式（1）確定；n為狀態量個數。T為停運時間（單位，小時）。

3.按（8）式計算第Si狀態等級的強迫停運率。

4.利用3.2中n+1維曲面擬合方法，對M個點（Ri1，Ri2，…，Rin，FORSi）進行曲面擬合。

5.得曲面擬合結果，即函數FOR=f（x1，x2，…，xn）后，變壓器任意狀態的瞬時強迫停運率FOR可得。

需要注意的是，1）由于歷史運行數據的不完整性，本方法中狀態量的選擇應根據實際情況確定，盡量選擇隸屬數據記錄完整的作為確定變壓器強迫停運率的狀態量；2）狀態等級的多少，即M值得大小，直接影響結果的精確度：M值大，曲面擬合時取值點多，結果就更精確；但M值過大時，各狀態等級之間的差異就越不明顯，結果反而會遠離真實值；當M值過小時，結果也會遠離真實值，如取極限1時，結果就是傳統的統計值——恒定單一強迫停運率值。

結 論

本文分析了電力系統表征設備強迫停運率的傳統方法——恒定單一強迫停運率的缺點和不足，首次提出確定運行中電氣設備某特定時刻瞬時強迫停運率的必要性。同時，在分析電力變壓器狀態量的基礎上，指出了采用n維曲面擬合方法確定變壓器瞬時強迫停運率的新思路。本文在三維曲面擬合的基礎上，推導了n維曲面擬合的方法，給出了利用n維曲面擬合方法確定電力變壓器瞬時強迫停運率的步驟，并對相關問題作了深入的分析。

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