基于模糊層次分析法的電力變壓器技術壽命評估

趙紫東

（武漢大學珞珈學院，湖北 武漢 430000）

基于模糊層次分析法的電力變壓器技術壽命評估

趙紫東

（武漢大學珞珈學院，湖北 武漢 430000）

本文基于模糊層次分析法進行電力變壓器技術壽命評估，詳述了技術壽命評估的流程以及實現(xiàn)方法，通過算例分析，證明模糊層次分析法在電力變壓器技術壽命評估中應用的客觀性與合理性。

電力變壓器；模糊層次分析法；技術壽命；評估

作為電力系統(tǒng)的關鍵設備，電力變壓器故障可能引發(fā)大面積停電或電網(wǎng)裂解，造成巨大的經(jīng)濟損失。為此，科學評估電力變壓器的健康狀態(tài)和技術壽命，延長電力變壓器使用壽命一直是關注的焦點。目前，關于電力變壓器技術壽命評估的研究，文獻[1]提出基于變權的狀態(tài)綜合模糊評判法，該方法彌補了常權方法不能客觀體現(xiàn)電力變壓器部分參數(shù)偏離正常值影響其整體評估；文獻[2]則基于模糊決策角度，提出了基于模糊多準則決策的電力變壓器評估；文獻[3]則基于在線監(jiān)測技術，提出了基于現(xiàn)場的電力變壓器技術壽命評估模式等。但依據(jù)全壽命周期參數(shù)對電力變壓器評估指標進行構建所選擇的科學評估指標和模式方面還存在很多缺陷。現(xiàn)以變壓器整體健康程度為基礎，構建層次型綜合評估指標體系，并利用模糊層次分析法進行電力變壓器技術壽命評估。

1 模糊層次分析法

模糊層次分析法是進行風險評估的基礎，主要基于模糊數(shù)學的模糊矩陣進行表述。譬如為比較論域U={a1,a2,…,an}中兩元素之間的重要程度，將重要程度指標表述為模糊矩陣R=(rij)m×m形式。模糊層次分析法避免了判斷矩陣一致性檢驗的繁瑣過程，計算簡單。但在進行元素相互重要性比較時，仍采用9段標度描述方式，主觀性強；對各層次指標元素矩陣權重向量求解過程，利用和行歸一和方根方式，這種求解過程僅僅體現(xiàn)了模糊矩陣中對應一行矩陣元素的影響，精度低，且計算結果的精度不可控，因此，在具體應用時，需要運用多模糊層次分析方法。

（1）基于三標度方法建立具有互補型的模糊一致判斷矩陣。三標度方法形式簡單，方便判斷矩陣建立，且有利于比較度量元素之間的重要性；三標度方法的形式不存在度量的不準確性，因此利用三標度方法可以有效降低專家打分的主觀性。

（2）以和行歸一法或者是方根法為基礎，解析目標權重向量，并將其作為特征值法的初始值進行循環(huán)迭代。此種模式可以最大程度降低計算過程的迭代次數(shù)，且具有較快的收斂速度和較高的計算精度。

2 基于模糊層次分析法的電力變壓器技術壽命評估

2.1 評估指標體系建立

以《電力設備預防性試驗規(guī)程》（DL/T536-1996）為基礎，分析整理電力變壓器產(chǎn)生故障的原因，并根據(jù)各組件的區(qū)別，建立電力變壓器技術壽命層次型綜合評估指標，具體如圖1所示。

圖1 電力變壓器技術壽命評估指標體系

2.2 評估方法及流程

模糊層次分析方法靈活、易于理解且操作簡單，基于模糊層次分析法的電力變壓器技術壽命評估主要有以下幾個步驟。

（1）確定評價指標隸屬度，并對各評估指標進行統(tǒng)一量化處理。隸屬度確定方法如下所示：

設論域U 中含有某模糊矩陣A，對U中所有元素xi∈U ，均指定區(qū)間[0,1]中的一個數(shù)A(xi)∈[0,1]相對應，則A(x)變?yōu)樵豿對A 的隸屬函數(shù)，當A(xi)距離1越近，表明xi從屬于A程度高。在進行電力變壓器技術壽命評估過程，要進行不同量綱、數(shù)量級的評估指標隸屬化處理，對于越接近1的隸屬度，指標性能越好。針對定性指標隸屬度的處理要遵循減分原則；而對于定量指標的隸屬度求取，則依照梯形模糊分布獲得偏小型與偏大型隸屬度。即：

其中xi表示第i項指標的實測值；a表示指標的下限值；b表示評價指標的上限值。具體大小依據(jù)《電力變壓器運行規(guī)程》與《電力設備預防性試驗規(guī)程》進行確定。

（2）利用模糊層次分析法對各層次的評估指標權重進行確定。具體確定方法為：

將優(yōu)先關系矩陣變換為模糊一致矩陣R=(rij)m×m，首先對F=(fij)n×n依照行進行求和，接著進行行與行變換，生成元素rij。利用和行化一法獲得初始權重向量，即首先求R每行中各元素和，再求矩陣中不含對角線元素和，進而得出指標初始權重向量：

（3）利用評估指標隸屬度和自身權重，結合歐式貼近度公式，求解子項目待評估變壓器各部件的健康狀態(tài)HIci，在此基礎上，得到待評估電力變壓器的最終健康狀態(tài)值HI 。歐式貼近度公式如下所示：

（4）依據(jù)健康狀態(tài)值，計算待評估電力變壓器的技術壽命。具體計算方法如下。

其中，HI0代表初始的健康狀態(tài)值，B則代表部件老化的系數(shù)，T則表示變壓器運行時間。一般電力變壓器壽命為30a，其初始健康狀態(tài)值為0.95。如果電力變壓器部件老化嚴重，必須退役，這時其健康狀態(tài)值HItuiyi=0.2，則老化系數(shù)B可通過下式求得：

電力變壓器的技術壽命則是在額定運行條件下，從健康狀態(tài)值到退役健康狀態(tài)值經(jīng)歷的時間。

3 算例分析

某電力變壓器，型號為SFPSZ1-120000/220，在1989年投入運行，數(shù)據(jù)及資料是在2002年采集，通過整理分析，所得結果如下：鐵芯接地電流從C11，0.0374A；鐵芯物理故障C12，128.9%；繞組變形程度C21，5.488dB；油箱體變形度C31，1.12；糖醛含量C41，0.46mg/L；油中含水量C51，21mg/L；油介損C52，2.5%；氫氣含量C53，92.1μL/L；乙炔含量C54，3.2μL/L；總烴絕對產(chǎn)氣量C553.7mL/d；相對產(chǎn)氣量C566.2%/月；套管末屏對地介損C610.43%；套管電容變化C622.12%；絕緣電阻C711.73MΩ。調(diào)壓分接開關運行工況C72，儲油柜有輕微的滲透油出現(xiàn)；冷卻系統(tǒng)運行工況C81，油泵工作正常，風扇有少許噪聲產(chǎn)生；其余組件運行工況C91，除了繞組熱點測溫計失效外，其他組件檢測均正常；外部環(huán)境，年平均氣溫15.3℃，氣候干燥，且有輕微污染；預計運行負荷率，未來預計平均負荷率為0.9。

（1）依據(jù)上節(jié)的處理方式，對各評估指標的隸屬度進行計算，結果如表1所示，取小數(shù)點后兩位。

表1 評估指標隸屬度及權重值

（3）依照上節(jié)中的步驟，計算獲得各評價指標權重如表1所示。

4 結語

本文利用三標度法及和行歸一法方法優(yōu)化模糊層次分析方法，并將優(yōu)化的模糊層次分析法應用到電力變壓器技術壽命評估當中，并以變壓器整體健康程度作為基礎，建立層次型綜合評估指標并進行評估。詳述了具體評估方法和步驟，通過結果分析發(fā)現(xiàn)該評估模型的科學合理性。

[1]李翊，肖登明， 樂弘習. 糠醛含量分析與變壓器剩余使用壽命的研究[J]. 華東電力，2011,39(5):770-772.

[2]張琳，李長俊，蘇欣，等. 模糊層次分析法確定管線風險因素權重[J]. 石油機械，2006,34(6):43-45.

[3]唐川，寧成千，張鵬，等. 基于蒙特卡洛的模糊層次分析法在埋地管線腐蝕影響因素分析中的應用[J]. 全面腐蝕控制，2009,23(10):16-19.

[4]楊麗徙，包毅，張丹. 配電網(wǎng)綜合評估體系的研究[J]. 鄭州大學學報工學版，2005,26(3):106-108.

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