变压器状态评价系统应用研究

冯李军，田 赟，王天正

（1.国网山西省电力公司调度控制中心，山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

0 引言

随着电力设备状态监测技术的发展成熟，基于设备综合运行情况的状态评价应运而生。在变压器状态评价过程中，专业技术人员的从业经验和专业知识起到了关键作用，但随着电力系统复杂化、信息化和自动化程度不断提高，用于变压器状态评价的数据信息来源规模庞大，仅靠人工往往不能够进行历史数据的科学可靠管理，难以快速得到变压器的状态评价结果，因此基于设备状态评价模型软件开发的变压器状态评价分析决策是非常必要的[1]。

变压器状态评价是根据设备的状态信息对设备状态做出分级性量化评估的过程，评价的基本思路为：通过分析设备运行过程中直接表现出的一些现象或对一些能反映设备状态的参数进行测量来间接得出设备当前的状态，将其与相关导则或规程中的限值进行对比，依据状态评价模型计算得到设备的评价结果[2]。在设备状态评价的过程中，各个数据源状态信息采集是整个体系的输入，状态评价结果为整个应用的输出，状态评价模型的合理建立是贯穿整个状态评价系统的核心内容。目前，美国电力研究院及其检测诊断中心、美国CSI公司、NETEK公司在状态评价研究中取得了一定的成果[3]，但我国电网企业状态评价系统有效研究仍处于初级阶段。因此，如何充分利用国内现有资源，加强基础数据分析，提高状态评价的科学水平是当前开展变压器状态评价的首要问题和必由之路。

1 精益化变压器评价模型

1.1 我国变压器状态评价系统现状

目前我国变压器状态评价系统不够成熟，各专业技术人员测试分析缺乏横向联系，无法摆脱原有预防性试验标准的简单合格与否判别，缺乏科学把握设备当前健康状况和未来发展趋势的统一分析诊断模型。目前变压器状态评价多遵循国网《油浸式变压器（电抗器）状态评价导则》，将电压等级为110（66）～750 kV的交流油浸式变压器设备模型分为本体、套管、分接开关、冷却系统以及非电量保护5个部件[4]。针对每一部件，综合分析运行巡检和试验数据两种状态量参数，最终通过计算得到变压器正常、注意、异常、严重四种状态。但国网评价模型较为简单，状态量不能有效反应设备状态，多数状态量评价标准的文字表达比较笼统模糊，评价模型难以真实反应设备运行情况。

1.2 精益化评价模型

针对现有模型存在的问题，山西电网以国网变压器状态评价导则为框架，结合试验规程、技术规范、技术监督导则、反措、标准缺陷等相关标准规范及专家运行管理经验，建立了各个数据源一体化的变压器评估系统，评估系统中增加新的状态量、判断依据，优化权重、劣化等级，将所有的状态量根据对变压器性能和安全稳定运行影响大小分为一般状态量和重要状态量，每个状态量均有权重系数与劣化程度两个属性，状态量的扣分值由权重和劣化程度共同决定，即状态量应扣分值等于该状态量的基本扣分值乘以权重，最终每个部件评价结果由各个状态量结果组成，变压器的整体评价综合五部件的评价结果[5]。该系统实现了判断依据的算法研究，提供计算机软件实现的依据，有效推进了变压器评价模型实用化。

1.2.1 数据来源细化

精益化的变压器评估系统基于现有电力设备信息一体化数据平台，为满足状态评价、风险评估及检修决策一体化联动模型整体应用需求，将生产管理系统PMS（Production Management System）、在线监测系统、数据采集与监视控制系统SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统、电能质量智能信息系统的业务数据进行集成和融合，从变压器的缺陷/故障、试验、带电检测、在线监测、不良工况、家族性缺陷6类主数据源进行了数据筛选及采集。其中缺陷/故障数据及家族性缺陷数据来源于PMS中的缺陷记录，试验及带电检测数据来源于PMS中的试验记录，不良工况数据来源于SCADA系统，在线监测数据来源于状态监测系统，通过各个系统获取了检修试验数据、运行实时信息、设备运行情况、在线监测数据等状态量。将这些数据融合到变压器综合状态分析体系之中，对于指导状态评价的深入开展具有十分重要的意义。

1.2.2 数据诊断与分析

该系统对不同数据源的数据开展了冗余诊断、错误诊断、残缺诊断、完整性处理等多钟数据处理，创新性的采取了数据统一编码处理、数据缺省值处理、数据超周期诊断等数据处理方式[6]。

a）数据统一编码处理，数据编码在不同的系统中有较大的差异，如名称编码、类型编码、型号编码等，采取统一的编码标准，并在成为主数据前经过编码转换后达成一致，如将分开的年、月、日日期数据合并成一个单一的日期数据，一个文本分拆成多个文本或数值等。

b）数据缺省值处理，某些数据项空值将影响后面的状态评价，导致评价计算出现异常或错误。例如油中溶解气体试验中CO、CO2等值可能为空，如果这些空的测量值参与后面的计算可能会导致计算异常或评价不准确，需要对这些数据项配置合适的缺省值以保证评价计算的正常执行。

c）数据超周期诊断，状态检修试验规程对巡检、例行试验规定了基准周期，如表1所示，并允许在基准周期的基础上酌情延长或缩短，调整后的周期将不小于1 a，不大于基准周期的1.5倍。如果超周期的巡检记录及试验数据参与评价将影响评价结果的准确性，将通过设定数据的周期性规则，发现超周期数据，并在评价过程中标注。

表1 试验规程对油浸式电力变压器（电抗器）巡检规定的基准周期

1.2.3 状态量细化

在评价模型中，状态量的来源和获取方法多种多样，原则上一切可以反映设备性能的数据都可以作为状态量，但实际确定状态量要考虑数据采集是否方便以及状态量是否能全面准确地反映设备的性能指标[7]。系统得到的状态量数据分为两类：一是反映设备当前状态的数据，主要包括从在线监测系统、调度SCADA系统、带电测试数据以及巡视维护记录等不同数据源读来的状态量数值；二是用于比对分析的状态量基本数据，主要包括设备台帐数据、设备出厂值记录、检修记录等[8]。系统对这些数据进行筛选、过滤、深度分析，形成设备状态评价有用的模型数据，利用评价模型进行状态评价，结合评价结果合理的分配和规划设备检修、技改资源，实现差异化检修策略。

山西电网精益化的变压器状态评价模型扩充的状态量有不良工况记录、带电测试数据、技术管理、家族缺陷、缺陷、试验等7类548种，较国网下发的评价导则的77种状态量有了大幅提高。其中不良工况、家族缺陷、试验是在国网原导则基础上进行了细化；技术管理是加入《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中变压器容量、中压侧绕组抗短路能力等状态量；试验项目是加入了《输变电设备缺陷管理标准》油中溶解气体含量、绝缘纸聚合度等状态量。

山西电网变压器评估模型重点参考了标准缺陷库和反事故措施等标准对状态量进行细化，发现存在大量的缺陷在评价导则中无法对应，以及部分导则中描述的缺陷在标准缺陷库中不存在，这种情况将导致大量的缺陷记录无法参与评价以及导则中的部分状态量无法进行计算。针对这种情况，对存在于缺陷库中但在评价导则中不存在的缺陷扩充评价模型的状态量，对存在于评价导则中但在缺陷库中不存在的缺陷扩充缺陷库，并根据缺陷分类结合专家的经验确定与权重、劣化等级的对应关系[9-10]。例如缺陷库中的缺陷描述如表2所示，将缺陷库中“绕组电阻不合格”缺陷扩充到评价模型,如表3所示。

表2 缺陷库中“绕组电阻不合格”缺陷描述

表3 评价模型中扩充“绕组电阻不合格”状态量

将国网18项重大反事故措施内容通过一些具体反事故措施进一步扩充到评价模型的状态量，使评价模型更加完整全面。山西省反措实施细则关于“胶囊及隔膜”描述为“对运行超过15 a的尿囊式或隔膜式油枕，应加强绝缘油微水、含气量等试验，异常时应进行胶囊更换，隔膜式油枕宜进行改造”，扩充到评价模型内容，如表4所示。

表4 评价模型中中扩充“胶囊及隔膜”状态量

1.2.4 判断依据细化

根据设备的运行环境、负荷、设备自身参数等条件，在《变压器技术监督导则》 《输变电设备状态检修试验规程》、专家的运行管理经验以及已经成熟研究的算法成果的基础上，结合运行状态及检修反馈等相关信息，适当调整判断依据的权重、劣化等级及相关判断系数，优化扣分值权重和劣化等级。原有国网评价导则中某些试验类状态量的判断依据描述不够清晰明确，通过研究试验规程再结合专家的经验能够进一步细化判断依据中的某些参数或算法。如油浸式变压器的绕组直流电阻高压调压试验，国网导则中绕组直流电阻状态量的判断依据描述如表5所示，山西电网变压器评价模型细化该判断依据时，引入了绕组间实测值互差、20℃换算值互差、各个挡位的相间实测值互差，引入纵横比以决定是否启用纵横比差取代初值差作为评价依据。

表5 国网评价导则中绕组直流电阻判断依据

1.2.5 状态量的关联性及联动性分析

精益化评价模型将各个状态量之间建立关联性、联动性关系，如关注铁芯绝缘时，同时考虑铁芯接地电流和绝缘油色谱两个状态量；绕组频谱、短路阻抗异常时，结合色谱分析、绕组电容量以及变压器短路情况综合考虑；变压器出口短路综合考虑绝缘电阻、油中溶解气体色谱分析、绕组直流电阻、绕组变形测量或短路阻抗等试验。

2 目前存在问题和发展方向

2.1 各数据源数据标准不统一

PMS、SCADA等数据源存在记录标准和记录周期不统一等问题，在使用时可能导致数据时效性差、易丢失。因此需要开展数据模型管理，数据源各个系统建立标准数据格式、数据结构及接口，灵活地配置设备台账、试验、缺陷等运行数据。

2.2 现场检测数据难以有效调用

现场检测数据的采集手段可分为停电采集和带电采集2种，其中带电采集数据对设备状态评价有着十分重要的意义，大电流、强电场下的实际运行状态能够更加实时准确地反映设备的状态特征。但是由于变压器状态评价工作多为省电科院开展，各网省公司500 kV及以下电压等级变电站红外测温、紫外电晕成像检测等日常巡检工作多为地市操作队开展，带电检测试验结果不能及时、规范录入评价系统，同时原始试验报告格式标准不一，设备缺陷记录参差不同，进行设备评价时难以调用有效数据，因此需要加强设备基础资料分析及开展带电检测数据标准格式传输，有效调用现场检测数据。

2.3 PMS数据完整性不高

PMS系统业务数据和基础台帐的完整性、规范性仍较低。针对评价模型中需要调用PMS系统中的状态量，PMS系统中试验模块参数数据较为丰富，在PMS运行工作中心中实验管理模块中可取到电气实验、化学实验、带电实验等相关参数。但巡视记录参数的数据较少，查找PMS运行工作中心、生产运行记录管理等相关模块中变电运行记录，只填写是否巡视正常，并不填写详细参数信息，不能作为状态评价状态量的有效数据。

3 结束语

精益化的评价模型是状态评价的核心，只有确保状态量全面、算法及阈值准确、状态量分类精细、关联性分析完整，才能建立有针对性的、全方位的风险评估模型。该变压器评价模型通过对设备状态量的监测与获取，实现了业务逻辑、算法与各类状态量数据结合，对这些数据进行综合管理和分析，并以此为基础，实现设备健康状态的评估、判断设备的异常，同时给出设备状态评价报告、故障诊断报告及风险评价报告等，根据各种管理需求，定制各种形式的符合要求的报表输出，在全面掌握设备状态的基础上开展设备检修计划编制工作，做到检修计划编制工作有据可依，为检修策略运用提供更为完备的信息准备和科学的理论支持。

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