基于状态量检测方式分析的变压器检修策略

陈 迪

（国网江苏省电力有限公司物资分公司，江苏南京 210036）

0 引言

变压器作为电力系统中的关键运行设备，实时准确掌握其运行状态并开展必要的检修对电力系统的安全运行至关重要。为响应国家发改委的电价降价政策，迫切需要电力企业降低运行成本。因此，如何制定兼顾可靠性和经济性的变压器检修策略，已成为亟需解决的问题。

随着智能电网的不断发展，状态检测技术日渐成熟，停电例行试验检出的设备缺陷大部分可通过相应的带电检测（在线监测）手段获取，如文献[1]通过分析不停电检测状态量对变压器运行状态的表征能力和故障模式的辨识能力，表明不停电检测状态量可较全面地反映变压器的运行状态。但大多数研究仅从故障机理的角度指出变压器在线监测技术可以替代停电例行试验，未考虑分别采用带电检测数据和停电试验数据得到的变压器状态评估结果和相应维修策略存在差异，缺乏从电网运行风险角度分析带电检测方式的可行性。因此，探索状态量检测方式对电网运行风险的量化方法，从经济性和可靠性的角度实现变压器状态检修策略的优选，有利于有效减少设备停电次数，降低电网运行风险，提高供电可靠性，产生非常可观的社会和经济效益。

本文首先在明确可替代停电试验状态量的带电检测状态量基础上建立状态量获取风险和设备故障风险量化模型，以可靠性与经济性综合最优为决策变量，综合判定基于带电检测方式的变压器状态检修可行性。

1 计及经济性与可靠性的变压器检修策略优选

1.1 变压器检修策略模型的构建

为验证本文提出的以带电检测状态量为主的优化方案的有效性，将综合对比因状态量获取方式差异所造成的电网运行和故障风险。本文以状态量获取成本、状态量获取风险、电网故障风险之和为检修策略量化评价目标，构建变压器状态检修决策模型，如式（1）所示。

式中，F 为优化策略有效性判定的函数表达式；Ri为在第i种状态量获取方式下的检修策略综合费用，状态量获取方式分为带电检测（i=1）和停电试验（i=2）；LJi为状态量获取的成本费用；CJi为状态量获取的风险费用；LWi为电网故障风险的综合费用。

图1 变压器状态检修策略优选流程

1.2 检修策略优选流程

计及经济性和可靠性的变压器检修策略优选流程具体如图1 所示，关键步骤如下。

（1）确定并收集用于变压器状态评估的停电试验状态参量组和带电检测参量组。

（2）构建基于带电检测和停电试验的状态量获取的经济量化评估模型和风险评估量化模型，并提出各类评估指标的量化方法。

（3）将两种不同检测方式获取的状态量代入国家电网公司《油浸式变压器检修策略导则》，制定针对性的维修方案，分析对应维修方案下的修复费用和故障风险。

（4）将计算得到的不同检测方式下状态量获取经济成本、风险成本和维修风险成本代入变压器检修策略模型，决定检修优选方案。

2 检测策略经济性量化评估模型

设备状态量获取时需要进行相关的成本分析，进而确保检修策略的经济性，降低设备维护成本。设有m 类停电试验状态量和n 类不停电检测状态量，则两种检测方式下的经济性量化评估模型如下。

式中，LJ1为带电检测下的状态量获取成本，f11（i）为第i 类状态量的基本费用，f12（i）为第i 类状态量的在线或带电检测装置费用，f13（i）为检测第i 类状态量的人工费用；LJ2为停电试验下的状态量获取成本，f21（j）第j 类状态量的试验费用，f22（j）为第j 类状态量试验的试验设备或器材费用，f23（j）为第j 类状态量的试验人工费用。

3 检测策略可靠性量化评估模型

3.1 状态量获取风险的量化评估模型

不同检测方式下状态量获取风险有一定区别，其中带电检测下设备状态量获取风险量化计算主要包含因盲检率的存在可能无法反映变压器真实的故障状态[2]，导致变压器未能及时维修而引发突发性故障。停电试验下设备状态量获取风险除了盲检率的存在，还包括待检设备通过计划停电进行停电试验时，备用设备突发故障会使变电站运行不满足N-1 原则，造成的电网停电风险。两类量化评估模型具体如下所示。

式中，CJ1和CJ2分别为带电检测和停电试验下的检测风险值，tg为获取状态量时因盲检而造成设备突发故障到紧急抢修后恢复供电的停电时间，Pg为设备强迫停运后引起的停电功率，c 为单位停电损失费用，Cg为故障后设备修复费用，H1和H2分别为变压器在带电检测和停电试验方式下的盲检率，t2t为停电试验获取各类设备状态量的所需时间，Pgk为备用变压器k 发生强迫停运的功率，βk为备用设备k 的故障率，可参考国家电网公司的输变电一次设备风险评估导则进行确定。

3.2 电网故障风险量化评估模型

由于两种检测的方式和检测的状态量存在差别，故将两种检测方式得到的数据代入状态评估模型中所得到的设备状态会存在差异，因此对应检修方案也会存在差异。故需要计算不同维修方式下的维修费用和风险，以便对比分析停电试验和不停电检测对电网的最终影响。

式中，Lwi（k）为变压器在k 类故障下对应的维修风险量化值，Ploss为维修期间的平均损失负荷量，tr为平均修复时间，Cwi（k）为k 类故障的修复费用。

4 实例分析

4.1 基础数据

2018 年11 月初，设备运维检修部门对型号为SFPSZ7-120000/220 的变压器开展了日常巡检工作，由于该变压器未到大修时限，故采用上次获得的停电试验数据进行状态评价，两种方案下的主要巡检结果和对应维修方案如表1 所示。

经统计分析得带电检测和停电试验试验下变压器的盲检率分别为4.9%和2.3%，主变故障会导致电站失负荷60 MW。参考文献得变压器单次故障修复费用为80 万元，修复时间为175.2 h，单位停电损失为1.15 万元/MW·h，备用设备正常状态下的故障率按0.07%计算[3]。

表1 待检设备异常状态参量检测情况

4.2 带电检测下检修综合风险分析

带电检测下变压器状态获取成本为0.85 万元，由于在该检测手段下变压器套管处于异常状态，则需要尽快停电进行B 类检修，其中检修费用为10 万元，检修周期为10 天。为简化分析，这里假定维修后设备完全正常运行，则不需要考虑因盲检率而造成变压器发生紧急故障所带来的检修损失。其综合费用计算结果：R1=LJ1+CJ1+LW1=0.85+0+（1.15×60×24×10×0.07%+10）=22.44 万元。

4.3 停电试验下检修综合风险分析

传统停电试验检测下变压器状态量获取成本为5.48 万元，由于该检测手段下变压器套管处于注意状态，变压器不需要进行检修。但需要考虑盲检率的影响，变压器有可能在后续运行中出现紧急故障。同时为简化分析，本文假定除主变的其他运行设备故障概率均为0。其综合费用计算结果：R2=LJ2+CJ2+LW2=5.48+[（12×1.15×60+80）×2.3%+175.2×60×1.15×0.07%]+0=36.83 万元。

4.4 检修策略优化分析

经计算比较带电检测下的检修费用优于基于停电试验的检修费用，各项费用结果具体见表2。

表2 两种检测方式下各项费用明细

分析表明，两种检测方式所得评估结果不同在于停电试验获取状态量的周期较长，未能及时发现油中溶解气体中CO 和CO2有明显增长的趋势。停电试验下的检修策略尽管避免了维修的费用和风险，但因盲检而可能造成的故障损失巨大，使得电网无法可靠经济运行。而带电检测方式下的检修策略虽然增加了维修的费用和风险，但可消除因盲检而造成的故障损失，保障了电网的安全可靠经济运行。故选用以带电检测为主的检修策略。

5 结论

本文建立了基于状态量检测方式的检测策略经济性量化评估模型和风险量化模型以及计及检测和检修下的检修策略优化模型，实例分析验证了以带电检测为主的检修策略的适用性，有利于保证变电站供电的可靠性与经济性。