变压器质量风险的全寿命周期评估方法研究

王 璁 李 晓 屠幼萍

（华北电力大学，北京 102206）

变压器质量风险的全寿命周期评估方法研究

王 璁 李 晓 屠幼萍

（华北电力大学，北京 102206）

电力变压器风险评估是指导变压器状态检修及提高电力系统运行可靠性的重要手段，同时也为加强变压器入网前质量管控提供重要依据。文中基于近三年来大量电力变压器的质量问题统计数据，结合变压器全寿命周期管理过程的多层次性和多因素性，提出了变压器综合评估层次指标体系，并构建了基于模糊综合评判方法的电力变压器风险评估模型。评估实例分析表明，该方法可以有效地对电力变压器全生命周期管理中的阶段风险进行评估，能为变压器的风险管理与维修决策提供可行的决策依据。

电力变压器；风险评估；全寿命周期管理；模糊综合评判

变压器是电力系统中关键设备之一，其工作状态的安全可靠直接关系到整个电力系统的连续稳定运行。为保障电力变压器的有效运行，有必要对其进行风险评估，识别可能存在的风险以及这些风险造成的影响，采取相应的安全防范措施有效降低风险或避免风险[1-3]。

传统的变压器风险评估主要是基于变压器运行状态的故障诊断、影响分析和故障预测，采用的评估方法主要有模糊决策分析法、人工神经网络和小世界网络效应等[2-5]。而本文尝试在分析变压器监造、安装、调试和运行阶段的状态参量基础上，建立了综合变压器多因素多层次的评估指标体系；并通过采用模糊综合评判法，以多级模糊综合评判为评估准则，构造了变压器全寿命周期管理过程的多层次模糊综合评价模型，以实现变压器全寿命周期管理过程的定量评估。

1 变压器质量风险评估体系

1.1 电力变压器全寿命周期管理

电力变压器全寿命周期管理是从产品设计、生产制造、包装运输、安装调试到运行等阶段，并反馈到采购、制造阶段，强化质量问题的闭环管理过程。可利用层次分析法对变压器全寿命周期管理质量问题进行分级分类。

对电力变压器开展全寿命周期管理过程风险评估，将在确保变压器设备安全、可靠的同时，全过程、全方位监督变压器质量信息，延长变压器使用寿命，降低整个寿命周期的成本投入，实现电力变压器可靠性和经济性的综合优化。

1.2 电力变压器质量问题分析

电力变压器的质量问题分析是实现故障诊断、确定维修策略的重要环节[6-8]。通过对变压器设备质量问题进行统计分析，发现变压器质量问题主要分布于监造、安装、调试、运行四个阶段。根据近三年国内电力变压器的质量问题数据进行统计分析，并按发现问题阶段分类，监造阶段共发现问题688起，占84%，安装阶段共发现问题58起，占7%；调试阶段共16起，占2%；运行阶段共60起，占7%。

图1 变压器发现问题阶段分布

综合考虑影响电力变压器各管理过程的各类因素，对变压器质量问题进行统计，结果见表1。由表1可知，工艺控制问题、原材料/组部件问题是引起变压器故障与缺陷的两大主要原因。工艺控制问题主要表现为装配工艺不良、密封件质量差、箱体焊接质量不良，以及运输防护不当等；原材料/组部件问题主要发生在分接开关、套管、风机上[9-12]。

表1 变压器质量问题类型统计

1.3 电力变压器质量风险评估层次指标体系

本文对变压器在设备全寿命周期管理过程中反映的状态，主要从设备的监造、安装、调试、运行中得到的情况，设备全寿命周期管理过程中检测所获得的信息综合起来分析，从而给出变压器运行状态的评估。所建立的变压器的质量风险评估指标体系为一个3层的层次结构体系：一级评估指标主要包括监造指标 X1、安装指标 X2、调试指标 X3、运行指标X4，各个一级指标下面包括工艺控制、原材料/组部件、包装运输、设计结构、出厂试验、储存、其他共7个二级指标。建立电力变压器的质量风险评估层次指标体系如图2所示。

图2 电力变压器质量风险综合评估层次指标体系

2 变压器质量风险评估模型

模糊综合评判方法，是一种运用模糊数学原理分析和评价具有“模糊性”的事物的系统分析方法[11]。模糊综合评判可综合考虑多个因素对评判结果的影响，变压器全寿命周期管理过程具有多因素以及模糊性，因此模糊综合评判恰好适于对其进行模糊综合评估。

本文综合考虑电力变压器全寿命周期管理过程的各过程状态，对变压器质量状态进行多级模糊综合评判，获得一个客观全面的变压器质量风险综合指标，为其运行和检修提供参考。

2.1 一级模糊综合评判

给定两个有限论域 U=｛u1，u2，…，um｝，V=｛v1，v2，…，vn｝[6,12]。其中，U代表所有的评判因素所组成的集合；V代表所有的评语等级所组成的集合。

如果着眼于第i（i=1，2，…，m）个评判因素ui，其单因素评判结果为Ri=[ri1，ri2，…，rin]，则m个评判因素的评判决策矩阵为

就是U到V上的一个模糊关系。

如果对各评判因素的权数分配为A=（a1，a2，…，am）（A是论域U上的一个模糊子集，则应用模糊变换的合成运算，可以得到论域V上的一个模糊子集，即综合评判结果：

根据最大隶属度原则，选择风险模糊综合评价集B中最大的bj所对应的的等级vj作为该层子目标的综合判断结果[12]。

2.2 二级模糊综合评判

一级模糊综合评判仅仅是对一类中的各个因素进行综合，为了考虑各类因素的综合影响，还必须在类之间进行综合，则就是二级模糊综合评判。

二级模糊综合评判模型的建立，可按以下步骤进行。

（1）把评判因素集合 U按某种属性划分成 m个子集，即 U=｛U1，U2，…，Um｝。

且满足

式中，Ui=｛Uik｝（i=1，2，…，m；k=1，2，…，nk）表示子集Ui中含有nk个评判因素。

（2）对于每一个子集Ui中的nk个评判因素，按单层次模糊综合评判模型进行评判，如果Ui中的诸因素的权数分配为Ai，其评判决策矩阵为Ri，则得到第i个子集Ui的综合评判结果：

（3）对U中的m个评判因素子集Ui（i=1，2，…，m），进行综合评判，其评判决策矩阵为

如果U中的各因素子集的权数分配为A，则可得综合评判结果：

3 实例分析

以2012年某省电网在运 110kV变压器为例，根据监造、安装、调试、运行过程评估报告、试验评估结论和检测资料对该电压等级下的变压器全寿命周期管理过程质量风险进行评估。

按已建立电力变压器运行状态因素分析图（如图2所示），得出评价要素集合为

式中，各单要素子集ui=（i=1，2，3，4）为

根据评价决策的实际需要，将评判等级标准划分为“良好”、“一般”、“注意”和“严重”四个等级。即评语集合为

V=｛v1，v2，v3，v4｝=｛良好，一般，注意，严重｝。

根据监造过程中对变压器工艺控制、原材料/部件、包装运输、设计结构、出厂试验、储存、其他等七方面质量问题数据进行统计分析，得出监造、安装、调试、运行诸过程 ui（i=1，2，3，4）的模糊综合评判矩阵为

经专家评议，可得各一级和二级指标权重分配为

采用普通矩阵乘法，进行一级综合评判，得各子集Ui（i=1，2，3，4）的综合评判结果分别为

依据最大隶属度原则，对监造过程质量风险评价为一般；对安装过程质量风险评价为良好；对调试过程质量风险评价为良好；对运行过程质量风险评价为良好。

根据以上计算结果进行二级变压器模糊综合风险评判，得到变压器二级综合风险评判矩阵R

按照最大隶属度原则，变压器全寿命周期管理过程质量风险评价结果为一般。

4 结论

本文基于模糊综合评判法，对变压器设备建立了风险评估层次指标体系，主要包括监造指标、安装指标、调试指标、运行指标，为电力变压器的风险评估提供了依据。基于该指标体系，采用模糊综合评判方法，构建了变压器多级模糊综合风险评估模型，通过对变压器各级指标的风险评价，综合给出变压器全寿命周期管理过程的风险评价。评估实例表明，模糊综合评价模型在变压器全寿命周期管理过程中具有可行性，可为电力变压器风险评估提供了理论依据。

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Research on the Evaluation Method of Life Cycle Transformer Quality Risk

Wang Cong Li Xiao Tu Youping
(North China Electric Power University, Beijing 102206)

Risk assessment for power transformer is an important means to guide the condition based maintenance of transformer and enhance the reliability of power system operation, but also to strengthen the power transformer to provide an important basis for quality control. In this paper, a hierarchy index system for comprehensive evaluation of transformer is put forward and a risk assessment model for power transformer based on fuzzy synthetic evaluation is built, which based on the quality problems of large power transfomer statistics in three years and combined with multilayerd and multi-factor features of the transformer life cycle management process. The assessment example analysis shows that the method can effectively estimate the risk of each stage for the life cycle management of power transformer and provide feasible decision basis for the risk management and maintenance decision of transformer.

power transformer; risk assessment; life cycle management; fuzzy synthetic evaluation

王 璁（1980-），男，工程师，从事高电压设备与绝缘技术方向研究。