10kV配电变压器状态评估模型研究

罗永润

（广东电网公司佛山顺德供电局，广东佛山 528300）

1 引言

10kV配电变压器数量大、分布广，是配电系统最重要的电气设备之一，配电变压器的故障会造成大量电力用户的停电，给国民经济带来重大损失。检修体制是否合理完善直接影响配电变压器可靠性水平。电力系统检修体制经历了“事后检修”、“计划检修”和“状态检修”三个阶段。其中，状态检修的特征是有极强的针对性和时效性。所谓状态检修，就是以当前设备状况为依据，通过监测手段及其他方法，对设备进行横向（历史和现状）、纵向（同类设备运行状况）的分析，以确定最佳维修时机。

设备状态评估是设备状态检修的依据，因此，建立配电变压器状态评估模型，是当前实施状态检修的基础。目前，国内电力变压器综合状态评估的研究刚起步，基本集中在35kV及以上变压器的研究，且文献较少。对变压器的状态评估主要依靠试验数据、部分在线检测数据，以及主观的认识和经验，缺乏依据和通用性，虽有一定效果，但难以全面推广应用。对于配电变压器，目前没有一套有效的评价方法。因此，我们将对配电变压器状态评估进行深入研究，尝试提出一种基于风险度计算的状态评估模型。

2 配电变压器状态评估

2.1 配电变压器状态评级

目前国内主要由试验数据开展评估，采取“是非制”，即“合格”和“不合格”，不利于细化评价设备优劣程度；在波兰，根据变压器基本数据对变压器状态进行排序，大致分为较好、一般、较差和较坏四种，主要依据运行时间与油中溶解气体含量划分。在日本则依据溶解气体含量分为较好、一般和较差三种。苏联则依据变压器的工作效率划分为状态良好、状态尚可、状态不好。由于判别的指标过于单一，容易受测量误差的影响，难以进行全面的综合评估。

本文尝试按照风险度将配电变压器状态分为：高风险、中风险、低风险和可接受四个级别，简单描述为：危险状态、异常状态、注意状态、健康状态。风险值的取值区间规定为[0，1]，0表示风险值极低，1表示风险值极高，四个风险级别的分级标准如(表1）：将会十分复杂。出于搜集到样本和数据的限制，本文选取一些关键性指标作为主要参量进行评估。

表1

2.2 状态评估指标体系的建立

配电变压器的运行状态评估是一个多指标评估问题。以预防性试验、在线检测试验为基础,综合考虑检修历史、运行工况、附件状态、运行环境、外观检查、设计和技术数据、家族缺陷数据等因素选取关键特征评估指标以建立配电变压器状态评估指标体系。（表 2）

变压器的状态类型信息很多，这些信息又从不同侧面、不同程度和不同层次上反映了变压器运行的好坏，如果综合考虑运行数据、同类型变压器故障统计以及在线监测数据，状态评估模型

2.3 状态评估模型的建立

（1）状态评估是综合考虑各类指标严重度和可能性所反映出来的风险度，对设备状态进行分级评估的过程。

单个指标偏离正常值越大，反映出设备风险度越大。但单个指标测量数据可能受到测量条件、测量误差的影响，并不能完全准确反映设备的实际运行状态。

多个指标同时偏离正常值，可以佐证设备运行状态出现了偏离，可以减少测量误差的影响，相对单项指标能更加准确反映设备实际运行状态。

表2

因此，为充分考虑各个关键指标的影响，我们提出将多个指标的风险度进行累加数作为设备的总体风险值，当多个指标均出现偏差，累加值越大，设备总体风险值则越大；单个指标偏差不大，则对累加值影响不大。

Ri：第i个指标风险度

Pi：第i个指标可能性

Ci：第i个指标严重度

n：所考虑的指标个数

（2）根据指标所代表风险的严重性，可以将严重度C分为五大类：

各类关键指标严重度对照表及说明（表3）

故障频次、渗漏情况、检修缺陷、雷击次数、锈蚀程度、污秽程度、酸碱度、倾斜度、稳固度等指标用于佐证对应指标的可信度。

（3）对于不同的指标，应根据具体情况、具体标准进行可能性分析，确定可能性P的计算模型。

1）油中溶解气体可能性模型

对于油中溶解气体百分比含量，对照试验标准有一定的参考值范围，可以根据指标偏离参考值的多少确定其可能性P值。假设油中溶解气体百分比含量ρ，最大值为ρmax，最少值为ρmin，假如ρ测≥ρmax，则指标可能性为最高，取1；若ρ测≤ρmin，则可能性为最低，取0；若ρmax≥ρ测≥ρmin，则可能性参数根据偏差值计算求得：

2）配变负载率可能性模型

配变负载率有一定运行要求，一般不允许超载120%，负载率偏离额定值越大，故障发生的可能性越大。假设负载率η，最大

表3

允许值为ηmax，最少值为ηmin，假如η测≥ηmax，则指标可能性为最高，取1；若η测≤ηmin，则可能性为最低，取0；若ηmax≥η测≥ηmin，则可能性参数根据偏差值的二次方求得：

3）油温可能性模型

油温直接反映配变的运行状况，温升越大，指标的可能性越大。假设T为油温度，T户外为室外温度，Tmax为最高允许温升，则当T测≥Tmax时，可能性为最大，取值为1；当T测=T户外时，可能性为最低，取值为0；当Tmax≥T测≥T户外时，则可能性参数根据偏差值的二次方求得：

4）运行年限可能性模型

假设Y为配变的运行时间，当运行时间超出设计寿命时，故障的可能性最高，取值为1，可能性参数根据偏差值的二次方求得

5）其他参数模型的建立

其他参数模型可以参照上述模型建立，但部分指标需要根据具体情况具体分析，比如家族缺陷类，应根据同批次产品发生故障的几率确定。

2.4 状态模型评估计算实例

假设配变的运行参数如下：

H2含量ρ=0；

C2H2含量ρ=1ppm；ρmax=5ppm；ρmin=0；

C2H4含量ρ=0；

H2O含量ρ=0；

负载率η=96%；ηmax=120%，ηmin=80%；

油温T=62°C，户外温度T户外=36°C，允许最高温度Tmax=85°C；

运行年限Y=18年，设计寿命20年。

可以按照上述公式得出以下算表：

可见，该配变属于“异常状态”，从有关指标分析可知：配变由于运行时间过长（18年），造成绝缘老化，内部发热，导致油温升高，内部有放电痕迹，应密切监视设备状态，适时安排计划检修。

3 状态评估结果应用前景

通过对配电变压器状态进行评估，可以掌握配电变压器的状态信息。如结合配电网信息系统数据支撑，可以对配电变压器的总体运行情况进行评价，对供电区域可靠性进行评估，以制定有针对性的运维策略，落实有效的设备风险控制措施，同时为规划布点、项目改造提供可靠的依据。

4 结论

配电变压器状态评估是一个多指标的评估问题，需要对每一个指标制定计算模型，然后再综合考虑各指标，对配变状态进行总体评估。本文重点对几个指标建立了计算模型，只起一个抛砖引玉的目的。随着研究的不断深入，计算模型的不断完善，综合评价的准确性将会不断提高，达到实用化的目的。

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