基于物元理论的电力变压器状态综合评价方法研究

王晓岩

（江苏宝亨新电气有限公司，江苏 镇江 212000）

0 引言

物元理论是指用于研究物元及其相关变化规律的理论，同时也是物元分析的理论基础，主要用于研究事物的变化情况，包括事物的变化条件、变化规律以及变化途径等，是探索事物转化的过程[1]。电力变压器作为配电网电力系统中的核心设备，其运行状态的好坏直接影响到电力系统运行的水平。随着现代化技术的快速发展，超高压、特高压输变电技术逐渐被普及，电网的容量更大、覆盖面积更广，同时变压器的故障也会对电力系统用户造成更加严重的影响。因此，对电力变压器状态进行综合评价具有十分重要的意义[2]。由于受到自然环境及电力变压器内部老化等因素对电力变压器状态评估造成的随机性约束，使得在对其评价的过程中理论建模难度较高，进而影响评价结果的准确性。传统评价方法通常选用模糊理论、灰色理论等数学方法，但这些方法存在评价指标之间的不相容问题，对此本文结合物元理论的优势，对电力变压器状态综合评价方法进行研究。

1 基于物元理论的电力变压器状态综合评价方法设计

1.1 构建电力变压器状态评价指标体系与量化

在对电力变压器状态进行综合评价前，首先要根据影响变压器状态的各个因素进行考量，从而构建电力变压器状态评价指标体系。由于各个影响因素的程度不同，因此指标的选择应遵循挑选能够精准反映电力变压器状态的因素为原则，同时该影响因素应当更易于进行量化[3]。因此，通过分析得出本文构建的电力变压器状态评价指标包括一级指标三类，分别为：电力变压器实验项目指标A1，变压器检修指标A2 以及电力变压器实际运行指标A3。三类评价指标又可细分为多个二级评价指标，A1 又可分为电力变压器实时监测指标B1、变压器内部油中溶解气体分析指标B2、油中微水量指标B3、实验项目指标B4、三相不平衡率指标B5、变压器吸收比指标B6、油介损指标B7、变压器泄漏电流B8、变压器绝缘电阻指标B9；A2 又可分为同型号变压器检修情况指标B10、变压器历史维修记录指标B11；A3 又可分为变压器过负荷程度指标B12、变压器过负荷时间指标B13、变压器短路指标B14、变压器操作过电压B15、变压器峰值次数指标B16、变压器运行中异常噪音指标B17。

确定各评价指标后，再对各个指标内容进行量化处理。本文选用相对劣化度对电力变压器状态评价指标进行量化，将其定义设置为电力变压器的工作状态偏离正常状态时向故障状态发展的程度M，M 的取值范围为[0，1]，当M 的取值为0 时，表示电力变压器设备此时处于最佳的工作状态；当M 的取值为1 时，表示电力变压器设备此时处于故障状态。根据越小越优化及越大越优化将各个指标的计算公式进行划分[4]。变压器运行中异常噪音指标、变压器泄漏电流等属于越小越优化指标，其计算公式为：

变压器绝缘电阻指标、变压器吸收比指标等属于越大越优化指标，其计算公式为：

其中，n表示为变压器某一状态指标；M表示为第n个状态指标的相对劣化度；B0表示为该指标的允许值；Bmax表示为该指标的上限；Bmin表示为该指标的下限，Bn表示为评价过程中实际测量值；x表示为各项参数变化对电压器状态的影响程度。其中，各个指标的上限值或下限值参考《电力变压器运行规程》中的详细参数范围[5]。通过各项指标的计算得出的相对劣化度可以有效反应电力变压器工作状态的变化趋势，并将电力变压器的状态划分为故障状态、劣化状态、普通状态以及最佳状态。

1.2 基于物元理论的电力变压器状态评估计算

根据本文评价指标体系可以得出，基于物元理论的电力变压器状态综合评价应划分为两个不同的物元层次，分别为上层的电力变压器状态物元，下层的电力变压器实验项目物元、变压器检修物元以及电力变压器实际运行物元。根据评价指标建立基于物元理论的物元模型，本文将以电力变压器实际运行物元为例进行详细的设计说明。

首先确定电力变压器实际运行物元模型的经典域，其表达式为：

其中，Pn表示为物元模型经典域；V1m表示为电力变压器实际运行物元中所有划分的第m个评价等级；B1n表示为电力变压器实际运行指标中的第n个评价指标；F1mn表示为V1m关于指标B1n所规定的量值范围，即为经典域。电力变压器实验项目指标、变压器检修指标的物元模型经典域与电力变压器实际运行物元模型经典域的构建方法相同。根据经典域再计算各个物元模型的节域，最后将待评价的物元利用数据及分析结果表示，其得出的结果即为电力变压器状态综合评价结果，如表1 所示。

表1 评价结果取值范围及对应的电力变压器状态描述

2 实验论证分析

2.1 实验准备

选择某电力企业电力变压器作为实验对象，设置其电力变压器总烃为5.94×10-6；微水含量为15 mg/L；绝缘电阻为35℃环境下7 000 MΩ；油介损为3%；直流电阻不平衡系数为35℃环境下0.8%。实验共设置20 台变压器装置，并分为两组。在保证电力变压器的运行工况良好，未遭受操作过电压作用的条件下，随机向两组电力变压器组中添加已知最佳状态、普通状态、劣化状态以及故障状态的变压器运行参数。分别利用本文评价方法和传统评价方法对该电力变压器的状态进行5 次评价，设置本文评价方法为实验组，传统评价方法为对照组，比较两组实验结果。

2.2 实验结果及分析

根据实验准备，完成实验组与对照组的对比实验，并将两组所得结果绘制成如图1 所示的实验结果对比图。

图1 实验结果对比图

根据实验结果及图1中的两条对比曲线可以看出，实验组的评价结果正确率明显高于对照组，且最高可达95%以上。因此通过对比实验证明，本文提出的基于物元理论的电力变压器状态综合评价方法可以有效提高对电力变压器的评估准确性。同时，在评价过程中物元理论可以为电力变压器状态综合评价提供有效途径，对影响电力变压器评估的多种因素可以通过多维物元对其进行定性和定量计算，并且关联函数也可以定量地表征待评价的变压器与其他各个等级标准变压器之间的差别，进一步降低各影响因素对评价结果的干扰，具有更高的应用价值。

3 结论

本文针对传统评价方法中的不足，利用针对解决各影响因素干扰对评价结果干扰的物元理论，对电力变压器的状态进行综合评价，从而有效地提高了评价结果的准确率和精度，实现了对影响因素的定性和定量分析。