一種基于改進健康指數的變壓器狀態評估方法的研究＊

張瑜

（西安思源學院，陜西 西安710038）

1 引言

變壓器作為電力系統中的關鍵設備，根據其使用環境的不同，平均壽命為25～40年。變壓器在運行過程中，環境潮濕、運行發熱等因素會引起絕緣老化，縮短變壓器的壽命，導致運行故障，嚴重時甚至引起爆炸，因此變壓器狀態評價及壽命預測愈顯重要。目前常用來評價變壓器狀態的方法有失效模式與效應分析（failure modes and effects analysis，FMEA）、基于可靠性的設備維修管理（Reliability Centered Maintenance，RCM）、基于風險的檢驗與失效分析和健康指數（HealthⅠndex，HⅠ）。

通過對離線檢測、現場試驗、實驗室實驗等結果進行分析得出，基于HⅠ技術評估變壓器的健康狀況是構建變壓器維護維修計劃的有效方法。在HⅠ規范中使用的數據包括油中溶解氣體分析（Dissolved gas analysis，DGA）、呋喃化合物測定、絕緣紙聚合度（Degree of Polymerization，DP）檢測、油品檢測、功率因數試驗、目視檢查（冷卻系統、腐蝕罐、接地系統）以及設備的常規安全檢查。

2 參數和測試

變壓器的診斷監測方法包括DGA、油品檢測、呋喃化合物測定、功率因數試驗、設備檢驗（有載分接開關、套管等）、負荷歷史和目視檢查。

2.1 油中溶解氣體分析（DGA）

油中溶解氣體分析（DGA）技術是診斷大型油浸式電力變壓器局部放電、熱故障和電氣故障等早期潛伏性故障比較有效的方法，通過分析溶解在油中的油絕緣（H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2）和紙絕緣（CO、CO2）分解過程中形成的氣體濃度，參照ⅠEC60599和ⅠEEEC57.104標準，DGA因子（DGAF）可由式（1）計算，變壓器評級參照表1。

式（1）中：Si是表2中氣體濃度對應分值；Wi為表2中相應氣體權重系數。

表1 基于DGA因子的變壓器評級

表2 氣體濃度對應分值及其權重系數

2.2 呋喃化合物測定

在變壓器運行過程中，由于熱、氧化、酸和水分、纖維素的劣化會導致呋喃類化合物的產生，因此，基于ⅠEC 61198標準，呋喃類化合物的測定可用于評價變壓器壽命。基于呋喃化合物的變壓器評級如表3所示。

表3 基于呋喃化合物的變壓器評級

2.3 油品檢測

變壓器油的質量，根據ⅠEC和ⅠEEE標準，從電氣測試、化學測試和物理測試三個方面對測試結果進行分析，基于油品因子的變壓器評級如表4所示。

表4 基于油品因子的變壓器評級

油品因子（OQF）可由式（2）計算得出：

式（2）中：Si是表5中評價油品質量對應分值；Wi為表5中相應油品質量的權重系數。

表5 油品試驗參數（符合ⅠEEEC57.106—2006標準）

3 基于HI的變壓器狀態評估方法

基于HⅠ的變壓器狀態評估方法，需要了解變壓器絕緣系統的劣化程度、負荷運行特性等因素。基HⅠ的變壓器狀態評估分值可由式（3）計算：

基于HⅠ的變壓器狀態評分如表6所示，傳統的HⅠ評價參數如表7所示。通常來說，一組HⅠ的確定數據需要多次測試，表中K為各測試項的權重系數，HⅠF為各試驗參數的狀態評價值。

4 基于改進HI的變壓器狀態評估方法

從表7可以看出，傳統的HⅠ評價需要24項測試項來綜合評估變壓器的狀態，而在實際應用中，許多參數沒有明確的分級定義，而是需要現場工作人員依賴經驗給與評級，導致HⅠ技術的實用性欠佳。

因此，本文將傳統HⅠ方法中不能明確定義的測試項，如漏油、冷卻器、底座、接地腐蝕等分組，使測試項具有更明顯的辨別性，提出改進的HⅠ變壓器狀態評估方法，根據式（4）計算分值對變壓器狀態進行評估。

改進的HⅠ評價如表8所示。從表8可以看出，改進的HⅠ評價將測試項數量從24個減少到15個，刪除了現場難以執行的呋喃化合物測定；針對傳統的HⅠ評價中沒有嚴格標準來細分的主罐腐蝕、冷卻、油箱腐蝕、基礎、接地、墊片、密封、漏油和油位等測試項，綜合提出目視檢查項，以對這些不明確的測試項進行分組。為評價目視檢查，提出目視檢查評分如表9所示。

表6 基于HⅠ的變壓器狀態評分

表7 傳統HⅠ評價

表8 改進的HⅠ評價

表8 （續）

表9 基于目視檢查的變壓器狀態評分

5 實測案例及結論

通過對陜西電力某供電局下轄的9所變電站中的26臺變壓器做案例研究，對比傳統HⅠ評價和改進HⅠ評價計算得出變壓器工況的不同評分。結果表明，與傳統的HⅠ評價方法相比，改進的HⅠ評價的得分差異僅為3%（所有案例研究的平均值），兩種方案的計算分值及評價結果相對相似，只有一個案例顯示了不同的測試差異。

結果表明，本文提出的基于改進健康指數的變壓器狀態評估方法，可以在實際應用中降低運行成本，對變壓器狀態分析和戰略規劃具有重要意義。