基于狀態(tài)檢修的變壓器風險評估模型

趙輝，余益

(國網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050)

1 引言

當前，傳統(tǒng)維修方式造成的測試周期短，工程多，停電測試總是需要很長時間，導(dǎo)致設(shè)備可用性低，陪審率高。由于變電站和輸電線路數(shù)量飛快增長，大量地區(qū)由于測試工作量大，重點不突出；試驗項目的實施難以得到保障。為了改變過去不考慮設(shè)備狀態(tài)，盲目延長測試周期的情況，電力設(shè)備維護從定期維護到狀態(tài)維護。基于狀態(tài)的維護是為了控制設(shè)備的維護成本，并通過消除不必要的設(shè)備維護來提高系統(tǒng)可靠性[1－3]。

狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)是信息收集，前提是狀態(tài)評價，關(guān)鍵是風險評估。過去，電力設(shè)備的基本信息是分散的，難以整合和共享。準確評估設(shè)備狀態(tài)是風險評估的前提，但狀態(tài)評估涉及的狀態(tài)信息較多，并且一些狀態(tài)變量無法準確確定，例如運行檢查中的狀態(tài)會不斷變化。如果沒有建立廣泛的設(shè)備信息系統(tǒng)，可以讓相關(guān)部門實現(xiàn)信息共享和評估標準的自動評估，大型電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)評估就無從談起。所以目前的風險評估大多基于理論研究，難以推廣應(yīng)用。大型電網(wǎng)設(shè)備的國家評估更是無從談起。所以目前的風險評估大多基于理論研究，難以推廣應(yīng)用。大型電網(wǎng)設(shè)備的國家評價更是無從談起。所以目前的風險評估大多基于理論研究，難以推廣應(yīng)用。

由于國家電網(wǎng)建立了生產(chǎn)管理系統(tǒng)(以下簡稱PMS)，可以對大型電網(wǎng)設(shè)備進行風險評估。PMS系統(tǒng)實現(xiàn)了生產(chǎn)全過程生產(chǎn)管理的標準化。PMS的設(shè)備中心子模塊覆蓋了各種電力設(shè)備信息的區(qū)域，操作中心子模塊記錄了設(shè)備的缺陷，測試報告和檢查記錄，并實現(xiàn)了該區(qū)域中設(shè)備的自動和手動評估。通過狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)。PMS系統(tǒng)的成功應(yīng)用為風險評估提供了大量真實的信息來源，本文在PMS的基礎(chǔ)上建立了一種新的變壓器風險評估模式。

2 風險評估模型

2.1 傳統(tǒng)變壓器評估模型

由于變壓器結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性是突發(fā)故障的不確定原因，因此很難準確預(yù)測變壓器的健康指標。國內(nèi)外對變壓器風險評估模式進行了大量研究，本文采用英國EA公司的提出的設(shè)備健康老化公式[4]。

本文將變壓器評價模型分為三個層次。一級評價模型包含廠家、規(guī)格及設(shè)計壽命、使用壽命、運行負荷和運行環(huán)境等指標，是設(shè)備投入運行后的固有屬性，也是反映電力變壓器狀態(tài)最重要的指標。傳統(tǒng)的二級評估模型中的油色譜圖，油和糠醛測試僅用于變壓器本體測試，而未考慮變壓器套管，OLTC和非電保護裝置測試。為使系統(tǒng)模型具有實用性，本文不再涉及新的模型參數(shù)，而是將裝置的狀態(tài)評價結(jié)果作為二級模型的參考值。根據(jù)國家電網(wǎng)發(fā)布的?變壓器狀態(tài)評估指南?，變壓器狀態(tài)評估涉及的內(nèi)容遠比傳統(tǒng)的評估模型豐富。通過這幾年的推廣，運維單位開始根據(jù)評估指南記錄變壓器的運行、缺陷和測試信息，并通過PMS自動進行設(shè)備狀態(tài)評估系統(tǒng)，對于我們來說也是二級評價模型最直接的參數(shù)。三級評價模型是主要故障與維修系數(shù)結(jié)合設(shè)備的維修、更換，由變壓器故障和缺陷區(qū)域組成，這些也是自投運以來的運行記錄。

2.2 模型介紹

(1)一級評價模型

介紹了英國EA公司的一個健康指標公式；該公式基于設(shè)備老化原理，可以反映設(shè)備健康指數(shù)隨時間變化的情況。健康水平指數(shù)的計算公式為:

式中，HI0是設(shè)備的初始運行狀況指標；HI是最終的設(shè)備運行狀況指標；B是老化系數(shù)；T1是新設(shè)備年；T2是計算出的相應(yīng)年份。

老化系數(shù)B由式(2)求得:

T′exp＝T2－T1是基于變壓器設(shè)計壽命的變壓器預(yù)期工作壽命。假設(shè)當變壓器運行幾年后，它的健康狀況大大惡化，當其健康指數(shù)HI達到6.5時，事故發(fā)生率非常高。初始健康指數(shù)是變壓器的初始運行，一般取值為0.5。因此，式滿足以下關(guān)系:

電力變壓器在產(chǎn)品設(shè)計中已基本確定其使用壽命。在本文中，根據(jù)設(shè)備的制造商和型號規(guī)格，我們可以使用負載系數(shù)fL和環(huán)境因素fE修改預(yù)期使用壽命Texp:

一般我們用變壓器負載率β來描述變壓器負載情況。變壓器的負載系數(shù)fL如表1所示。

表1 變壓器負載系數(shù)

變壓器負載比β是平均負載的比率Save以及變壓器在運行中的額定容量Se:

在不同地區(qū)和不同程度的環(huán)境污染中，年平均溫度，濕度和局部污染水平對變壓器的安全運行有很大影響。環(huán)境因素的值fE如表2所示。

表2 環(huán)境因素

得到老化常數(shù)B后，根據(jù)變壓器健康指數(shù)公式，得到老化健康指數(shù)HI1。

式中，ΔT為設(shè)備運行壽命。

(2)二級評價模型

根據(jù)國家電網(wǎng)發(fā)布的?變壓器狀態(tài)評估指南?，變壓器每個部件的狀態(tài)如下:變壓器本體包含一系列缺陷、異常情況、評估標準(運行檢查)和測試的狀態(tài)；外殼和冷卻系統(tǒng)已運行檢查；分接頭和非電源保護設(shè)備已經(jīng)過運行檢查和測試。各部件的狀態(tài)應(yīng)為由狀態(tài)惡化程度和權(quán)重共同決定的扣除值，該扣除值應(yīng)等于基本點扣除狀態(tài)值乘以權(quán)重系數(shù)的值。

表1 評價系數(shù)

HI2為二級評估模型修正的變壓器健康指數(shù)。F1是變壓器狀態(tài)評價結(jié)果換算成的評價系數(shù)，反映了變壓器的當前狀態(tài)。對應(yīng)關(guān)系見表3。

HI3是變壓器的最終健康指數(shù)。F2是修正系數(shù)，累加變壓器最終的缺陷等級:

最終缺陷水平＝一般缺陷次數(shù)×一般缺陷水平＋嚴重缺陷次數(shù)×嚴重缺陷水平＋緊急缺陷次數(shù)×緊急缺陷水平。

表4和表5中顯示了缺陷等級和校正系數(shù)。

表4 缺陷等級

表5 校正系數(shù)

3 算例分析

利用PMS系統(tǒng)設(shè)備中心獲取某220kV變電站2號主變相關(guān)參數(shù)。設(shè)備型號為SFPSZl－120000/220，變比電壓為220/121/38.5，生產(chǎn)日期為1984年10月28日，投產(chǎn)日期為1985年7月27日。變電站運行環(huán)境為1級；空氣污染等級為C級，近5年負荷和額定負荷百分比為0.69。變壓器一級健康指標如下:

PMS系統(tǒng)狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)子模塊將變壓器的整體狀態(tài)評價為嚴重狀態(tài)。原因如下:由于控制回路故障，過電流阻塞異常(2號主變壓器OLTC不能通電)，特定組成點開關(guān)；CO主變含油量測試增長率(%)為17.742，CO顯著增加。綜上所述，變壓器的第二健康指標如下:

變壓器缺陷處理情況從PMS系統(tǒng)運行工作中心近5年獲得。最終的健康指數(shù)是:

從以前的分析來看，NO2變壓器的健康水平為3～6.5，設(shè)備的表面已經(jīng)相對明顯地老化，并且老化過程開始明顯上升。實踐結(jié)果表明，本文的分析結(jié)果與當前設(shè)備的實際情況非常吻合。

4 結(jié)論

本文著重介紹了變壓器在實際應(yīng)用中的風險評估模型。我們對基于PMS系統(tǒng)的評估模型進行了重新分類，為220kV及以上主變提供檢修策略。然而，電力變壓器的風險評估模型是一個龐大而復(fù)雜的課題，本文得出的結(jié)論只是變壓器健康指標作為風險評估分析的一個因素，還應(yīng)繼續(xù)改進評估模型以提供建議以便有效地檢查和維修。