電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)綜合評價探討

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243000）

變壓器是電力系統(tǒng)中的核心聯(lián)絡(luò)設(shè)備，影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，其中的異常運(yùn)行狀態(tài)可能引發(fā)大規(guī)模的停電事件，影響企業(yè)生產(chǎn)與居民的正常生活。而為了更好地應(yīng)對越來越常見的變壓器運(yùn)行狀態(tài)故障情況，需要借助各種先進(jìn)手段對變壓器的狀態(tài)進(jìn)行評價，這也是本文研究的目的所在。

1 電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)

為了更好地識別電力變壓器的運(yùn)行情況，科學(xué)的數(shù)據(jù)采集是整個工作的關(guān)鍵，而變壓器作為整個輸變電設(shè)備中最為復(fù)雜的一部分，在運(yùn)行期間需要評價的指標(biāo)數(shù)據(jù)很多，造成相關(guān)指標(biāo)的不確定性，所以，需要從多個角度對變壓器的性能進(jìn)行評價。

1.1 油中溶解氣體

從冷卻方式來看，變壓器主要分為油浸式、干式與氧化物式，其中油浸式變壓器最為常見，這種變壓器通過將線圈、鐵芯等浸泡在充滿絕緣油的波紋油箱中，通過管道實(shí)現(xiàn)了油枕與油箱的連接。在變壓器正常運(yùn)行條件下，油溶解的主要?dú)怏w包括氮?dú)狻⒀鯕獾龋请S著變壓器運(yùn)行時間的增加，因持續(xù)的受熱、放電等作用影響，油與固體絕緣體之間會出現(xiàn)分解、劣化，釋放少量的烴類與特征氣體（如甲烷、乙烯、一氧化碳等），氣體所形成的小氣泡會在絕緣油中形成擴(kuò)散、對流，最終在油內(nèi)溶解，增加了油的雜質(zhì)含量，引發(fā)故障[1]。

一般在故障評價中，主要根據(jù)特質(zhì)氣體以及濃度的差異來進(jìn)行判斷，而受異常狀態(tài)的影響，會發(fā)現(xiàn)低能量的潛在癥狀，若不能得到有效的處理，可能會引發(fā)非常嚴(yán)重的事故，所以需要重點(diǎn)考慮特征氣體的產(chǎn)氣速率等情況，其表達(dá)公式為：

式中，γ—絕對產(chǎn)氣速率；C1—第一次采樣結(jié)果中，油中相關(guān)氣體的濃度（μL/L）；C2—第二次的氣體采樣結(jié)果（μL/L）；△t—兩次采樣結(jié)果中設(shè)備的運(yùn)行時間（d）；p—油密度（kg/m3）；M—變壓器油總質(zhì)量。

1.2 絕緣油特性

隨著變壓器運(yùn)行時間的增加，因?yàn)閮?nèi)部油溶解氣體反應(yīng)以及外部氧化反應(yīng)等因素影響，會形成更多的雜質(zhì)而降低了絕緣水平，引發(fā)故障。

以油擊穿電壓為例，在正常的交流電廠環(huán)境下，采樣絕緣油持續(xù)升壓直至擊穿，此時的點(diǎn)暗影等級為絕緣油擊穿電壓。而在變壓器運(yùn)行的條件下，受多種因素作用影響會在油中出現(xiàn)雜質(zhì)，并且當(dāng)絕緣油雜質(zhì)越多以及老化情況越嚴(yán)重，則電壓等級會進(jìn)一步下降，這也被認(rèn)為是重要的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)[2]；而在變壓器受潮之后，局部放電的初始電壓水平下降，會更容易發(fā)生放電等問題；受長時間運(yùn)行的影響，受雜質(zhì)氣體以及水的共同作用，造成電場強(qiáng)度降低并引發(fā)局部放電。

2 基于動態(tài)貝葉斯方法的電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)評價

2.1 動態(tài)貝葉斯方法介紹

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)階段學(xué)術(shù)界針對不確定時間概率最有效的推理模型，滿足電力設(shè)備的狀態(tài)診斷要求。所以在電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)綜合評價中，本文將結(jié)合貝葉斯建模方法來分析各種變壓器的運(yùn)行狀態(tài)情況，根據(jù)狀態(tài)運(yùn)行結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)對變壓器運(yùn)行的有效評價；在技術(shù)應(yīng)用階段，通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)計(jì)算變壓器的整體狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對變壓器運(yùn)行整體風(fēng)險(xiǎn)的評估，這個處理方法能夠更有效地對任意一期的各種故障進(jìn)行識別，也能通過各種數(shù)據(jù)來解釋變壓器中的各種故障元素，亦可在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)框架的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，滿足運(yùn)行狀態(tài)評價要求。

例如在故障處理階段，可以基于事件序列圖來細(xì)化變壓器的風(fēng)險(xiǎn)場景，在該場景中，任何的因果因素都會被視為風(fēng)險(xiǎn)來源，因此，可以通過風(fēng)險(xiǎn)場景的定性識別方法來計(jì)算出具體場景中存在的風(fēng)險(xiǎn)；或者為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理效果，通過與其他的事件序列圖向配合，用于完成復(fù)雜的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)及其安全因素分析等，具有良好效果。

2.2 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的建模方法

2.2.1 強(qiáng)物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)樽儔浩鳌盃顟B(tài)”

在本次研究中，本文將在結(jié)合候選風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上，對各類變壓器的運(yùn)行故障事件進(jìn)行評價，而實(shí)際上，這些風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生本身具有不確定性，因此在引入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以采用有限狀態(tài)集的方法，傳遞變壓器狀態(tài)的信息，如歷史取樣、臺賬、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，并結(jié)合在線狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，將壓力、溫度等物理現(xiàn)象直接轉(zhuǎn)變?yōu)椤盃顟B(tài)”，形成變壓器設(shè)備的信息表達(dá)結(jié)果。

2.2.2 構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

本次研究中結(jié)合貝葉斯方法進(jìn)行組合，其中的關(guān)鍵步驟為：

（1）掌握各種影響系統(tǒng)狀態(tài)的變量。正常情況下這些變量指標(biāo)都是一些相對低級別的設(shè)備數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)失效風(fēng)險(xiǎn)會在各種子系統(tǒng)中進(jìn)行傳播，并最終引發(fā)各類風(fēng)險(xiǎn)事件。所以在建模期間，可以通過收集各種低級別組件的歷史數(shù)據(jù)，從中剖析各種可能完成的故障指標(biāo)，最終構(gòu)建完整的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。

（2）采用定義節(jié)點(diǎn)之間的邊界來確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系，通過FT或者ET等系統(tǒng)邏輯圖確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并識別其中更詳細(xì)的邏輯關(guān)系。

（3）結(jié)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)變量、運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)等，通過條件概率表定義不同邊緣與節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。

2.2.3 在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中評估各個節(jié)點(diǎn)

為了進(jìn)一步增強(qiáng)其中的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，可以直接通過葉貝絲網(wǎng)絡(luò)值來監(jiān)控各項(xiàng)節(jié)點(diǎn)指標(biāo)，并通過將這些節(jié)點(diǎn)分解為不同的故障數(shù)據(jù)，從中獲得更加詳細(xì)的變壓器運(yùn)行信息。

在此基礎(chǔ)上，通過計(jì)算不同傳感器所反饋的變壓器數(shù)據(jù)，為不同場景分配數(shù)值，其中的信息度量被定義為衡量可靠信息量的尺度，其中實(shí)質(zhì)性的內(nèi)容就是在同一個變壓器中持續(xù)提取其中的關(guān)鍵指標(biāo)，并將指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒍攘亢瘮?shù)的方法進(jìn)行配置關(guān)聯(lián)。

2.2.4 動態(tài)貝葉斯的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換

將上述的關(guān)聯(lián)指標(biāo)直接加入不同的片段時間，通過記錄各個節(jié)點(diǎn)上的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對特定節(jié)點(diǎn)的值的擴(kuò)展跟蹤，這個過程就是將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)處理期間，通過將不同單位下的時間做離散，形成相應(yīng)的時間片段，不同的時間片段通過箭頭連接，通過箭頭連接的方法能夠演變其中的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，最終達(dá)到了實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的目的。

2.3 應(yīng)用實(shí)例分析

為了進(jìn)一步評價動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)控制方法在變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控中的作用，本文以某變壓器為研究對象，通過提取3個時間片段的歷史故障信息，同時對信息做動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的模型分析，可以發(fā)現(xiàn)通過動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法所模擬仿真的結(jié)果故障信息與變壓器的實(shí)際故障情況基本相同，這一結(jié)果說明動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法可以滿足變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測的要求。

3 結(jié)語

面向電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)綜合評價能夠有效保障變壓器的運(yùn)行質(zhì)量，本文介紹了基于動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)綜合評估方法，從案例結(jié)果可知，本文所介紹的動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型滿足變壓器運(yùn)行狀態(tài)診斷要求，能夠?yàn)殡娏ψ儔浩鞯尼槍π怨芾硖峁┳銐虻臄?shù)據(jù)支持，具有顯著優(yōu)勢，值得推廣。