基于状态检修的电力变压器风险评估指标和方法

杜 平 刘 浩 张 华

（陕西省地方电力（集团）有限公司生产技术部，西安 710061）

在“西电东送，南北互供，全国联网”的重大国家战略基础上，智能电网已经成为我国电网规划建设的重点，将形成全国性的区域联网系统，因此电网的安全稳定运行时国民经济发展的基本保证，也是保证社会健康快速发展的动力，任何原因引起的电网解列和电压频率崩溃而导致的大面积停电事故，都将引起很大的社会动荡[1-3]。因此，构架坚强电网是经济发展和社会稳定的基础。

电力变压器是电力系统运行、转换能量和传输能量过程中最重要和最关键的设备，在电力系统中处于枢纽地位。随着我国一特四大，智能电网的建设和发展大量的高电压，大容量变压器投入运行，电力变压器的运行安全水平对于电网运行安全具有重要的作用。同时由于这些电力变压器具有价格高、检修难度大和检修时间长的特点，一旦因为运输、安装、运行等原因造成的变压器故障不仅会影响电力系统输电能力，造成变压器本身的不可修复性损伤，甚至会造成大规模停电，这对于电力系统本身和国民经济的健康发展，都是巨大的损失[2-5]。

因此，为了保证电力变压器的安全稳定运行，电力公司和制造厂家纷纷提出对变压器进行周期检修的概念，然而由于这种周期性的非科学性，可能导致设备不健康工作，影响设备的正常使用寿命，造成设备的绝缘破坏等状况，在当前对电网和设备运行的高可靠性和高安全性的背景下，周期性的检修方式已经不再适合智能电网框架下的电网发展需要[6-10]。在此基础上，国家电网公司提出了电力变压器的状态检修，而变压器状态检修中的关键一环是开展电力变压器的风险评估工作的研究[3-7]。

本文首先提出了一套包含气试验、运行历史、油中溶解气体、环境因素、绝缘油特性、检修记录和附件等电力变压器风险评估的评价指标体系，针对电力变压器风险评估的量化需求，提出了一套电力变压器基于模糊三角数学的模糊层次评估方法。在此基础上，给出该评价指标和评价方法在电力变压器风险评估中的应用的步骤和可行性进行了探讨，可为电力人员对电力变压器的风险评估工作提供指导和借鉴作用。

1 电力变压器风险评估的指标体系

电力变压器是一个复杂的系统，本文结合国内外的研究现状，对多年来电力变压器风险评估的历史资料和数据进行分析和整理，将电力变压器分为器身、邮箱、绝缘油套管、测试、冷却系统、保护系统和分接开关7个部分，如图1所示[3-6]。

为了对电力变压器的运行状态进行风险评估，同时全面的真实的从各个角度反映电力变压器的运行状态。本文分别从7个大的方向即一级评价指标对电力变压器的风险进行评估，主要包括电气试验、运行历史、油中溶解气体、环境因素、绝缘油特性、检修记录和附件。

图1 变压器系统结构图

同时每一个一级评价指标又包含若干个二级评价指标,如运行历史一级评价指标主要包括运行温度,负载情况，异常噪声，近区短路和保护动作共5个二级评价指标。建立层次型的变压器状态评判指标体系如下所示[4-10]。

1）绝缘性能。一级评价指标绝缘性能主要包括如下4个二级评价指标，分别是绝缘电阻，吸收比，泄露电流和介质值。

2）电气性能。一级评价指标电气性能主要有：绕组直流电阻和贴心接地电流两个二级评价指标。

3）环境因素。一级评价指标主要包含环境温度，湿度，腐蚀性气体和尘埃和海拔等共5个二级评价指标。

4）绝缘油特性。一级评价指标绝缘油特性主要包含油中微水，油介质和击穿电压共3个二级评价指标。

5）运行历史。一级评价指标运行历史包含5个二级评价指标，分别为运行温度,负载情况，异常噪声，近区短路和保护动作。

6）检修记录。一级评价指标检修记录包含同类变压器检修记录和该变压器检修记录2个二级评价指标，分别为。

7）附件历史。一级评价指标附件历史包3个二级评价指标，分别为套管，分接开关盒冷却开关。

2 基于三角模糊数的模糊层次分析法

传统的层次分析法被用于电力系统评估研究中，其本质是通过专家对事物进行主观比较和判断给出某些定性问题进行定量化。由于这些量化的结论具有模糊性，因此一些专家学者考虑将模糊数学的思想引入层次分析法，即模糊层次分析法。模糊层次分析法是有机地将专家经验、客观判断、数学模型定量分析统一起来的决策方法，降低专家对决策问题的主观影响。

2.1 三角模糊数的基本概念及运算[11]

设A为实数论域R上的一个模糊集，若λ∀∈[0,1]，A是R中有限闭区间，则称A为R上的一个模糊数。设A∈F(R)，F(R)为R上的全体模糊集，则A为模糊数当且仅当存在R中有限闭区间[a,b]使得[11]

1）在[a,b]上，µA(x)=1；

2）在[−∞,a]中，µA(x)为右连续的增函数，且0≤µA(x)＜1；

3）在[b,+∞]中，µA(x)为左连续的减函数，且0≤µA(x)＜1。

那么，若A的隶属函数0≤µA(x)＜1：可表示R→[0,1]

式中，l≤m＜u且l,m,u∈R，即可称A为三角模糊数，可记为（l,m,u）。l和u分别为A的下限和上限，m为A的中值也就是最可能值。

2.2 三角模糊数的判断矩阵[7-11]

当因素之间两两比较的结果用模糊数来表示，这个比较判断矩阵就是模糊判断矩阵。如若该矩阵对角线对称元素之积为1，这是就称为模糊互反判断矩阵。假设A=(aij)n×n为模糊互反判断矩阵，若aij为三角模糊数，则称M为三角模糊互反判断矩阵。

2.3 模糊互反矩阵的一致性检验与单准则排序

那么对于三角模糊判断矩阵的权重向量求解公式如下。此处，权重系数为αk。

3 基于三角模糊数的模糊层次分析法步骤

电力变压器的状态评估时电网运行与检修工作的一项重要内容，由于很多的因素具有不确定，致使电力变压器的风险评估工作具有很大的难度。基于模糊数学数的层次分析法，由于能将模糊的概念进行模糊化处理，进而得到一个确定的评估结果，因此基于三角模糊数的的电力变压器的风险评估的层次分析法具有重要的应用前景。

基于三角模糊数的电力变压器风险评估的层次分析方法主要步骤如下所示：

1）确定层次结构，最高层目标为多台电力变压器状态检修最优决策方案，中间因素层是针对最终目标分析确定主要影响该目标的因素，方案层就是针对最终目标提出的解决办法。

2）建立电力变压器风险评估的评价指标体系。

3）专家通过三角模糊数的形式进行打分，确定因素模糊判断矩阵和方案模糊判断矩阵。

4）进行单准则下的模糊判断矩阵一致性检验并求出对应矩阵的权重向量。

5）根据局部权重向量求出各方案对最终目标的综合权重，假设求得综合权重向量，再利用改进的可能度比较方法—平均优势度，求出综合权重向量的三角模糊数两两比较得到的平均优势度，建立备选方案两两比较的可能度消息矩阵，就是模糊互补矩阵。最后对模糊互补矩阵进行排序，排序值大小为决策次序。

4 结论

电力变压器的风险评估对于电网的稳定运行具有重要的作用，本文首先提出了一套电力变压器风险评估的评价指标体系，针对电力变压器风险评估的量化需求，提出了一套电力变压器基于模糊三角数学的模糊层次评估方法。最后，给出该评价指标和评价方法在电力变压器风险评估中的应用的步骤，可为电力人员提供借鉴与参考作用。

[1] 郭永基. 可靠性工程原理[M]. 北京: 清华出版社,2002: 56-89.

[2] 中华人民共和国电力部.DL/T:72—95, 电力变压器运行规程[S]. 北京:中国电力出版社,2006.

[3] 李文沅.电力系统风险评估模型、方法和应用[M].北京:科学出版社,2006.

[4] 袁志坚, 孙才新, 袁张渝,等. 变压器健康状态评估的灰色聚类决策方法[J]. 重庆大学学报, 2005, 28(3):22-25.

[5] 王晓莺. 变压器故障与监测[M]. 北京: 机械工业出版社, 2004 :176-185.

[6] 熊浩, 孙才新, 张昀, 等. 电力变压器运行状态的灰色层次评估模型[J]. 电力系统自动化, 2007, 31(7):55-60.

[7] 钱政, 尚勇, 杨莉, 等. 电力变压器固体绝缘状况的综合评估模型[J]. 西安交通大学学报, 2000, 34(4):5-9, 22.

[8] 廖瑞金, 王谦, 骆思佳, 等. 基于模糊综合评判的电力变压器运行状态评估模型[J].电力系统自动化,2008, 32(3): 70-74.

[9] 王谦. 基于模糊理论的电力变压器运行状态综合评估方法研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2005.

[10] 纪航,朱永利,郭伟.基于模糊综合评价的变压器状态评分方法研究[J].继电器,2006,34(5):29-33.

[11] 梁新元,石庆喜.三角模糊数的模糊因果图研究[J].仪器仪表学报, 2006, 27(6): 2495-2498.