基于狀態檢修的電力變壓器風險評估指標和方法

杜 平 劉 浩 張 華

（陜西省地方電力（集團）有限公司生產技術部，西安 710061）

在“西電東送，南北互供，全國聯網”的重大國家戰略基礎上，智能電網已經成為我國電網規劃建設的重點，將形成全國性的區域聯網系統，因此電網的安全穩定運行時國民經濟發展的基本保證，也是保證社會健康快速發展的動力，任何原因引起的電網解列和電壓頻率崩潰而導致的大面積停電事故，都將引起很大的社會動蕩[1-3]。因此，構架堅強電網是經濟發展和社會穩定的基礎。

電力變壓器是電力系統運行、轉換能量和傳輸能量過程中最重要和最關鍵的設備，在電力系統中處于樞紐地位。隨著我國一特四大，智能電網的建設和發展大量的高電壓，大容量變壓器投入運行，電力變壓器的運行安全水平對于電網運行安全具有重要的作用。同時由于這些電力變壓器具有價格高、檢修難度大和檢修時間長的特點，一旦因為運輸、安裝、運行等原因造成的變壓器故障不僅會影響電力系統輸電能力，造成變壓器本身的不可修復性損傷，甚至會造成大規模停電，這對于電力系統本身和國民經濟的健康發展，都是巨大的損失[2-5]。

因此，為了保證電力變壓器的安全穩定運行，電力公司和制造廠家紛紛提出對變壓器進行周期檢修的概念，然而由于這種周期性的非科學性，可能導致設備不健康工作，影響設備的正常使用壽命，造成設備的絕緣破壞等狀況，在當前對電網和設備運行的高可靠性和高安全性的背景下，周期性的檢修方式已經不再適合智能電網框架下的電網發展需要[6-10]。在此基礎上，國家電網公司提出了電力變壓器的狀態檢修，而變壓器狀態檢修中的關鍵一環是開展電力變壓器的風險評估工作的研究[3-7]。

本文首先提出了一套包含氣試驗、運行歷史、油中溶解氣體、環境因素、絕緣油特性、檢修記錄和附件等電力變壓器風險評估的評價指標體系，針對電力變壓器風險評估的量化需求，提出了一套電力變壓器基于模糊三角數學的模糊層次評估方法。在此基礎上，給出該評價指標和評價方法在電力變壓器風險評估中的應用的步驟和可行性進行了探討，可為電力人員對電力變壓器的風險評估工作提供指導和借鑒作用。

1 電力變壓器風險評估的指標體系

電力變壓器是一個復雜的系統，本文結合國內外的研究現狀，對多年來電力變壓器風險評估的歷史資料和數據進行分析和整理，將電力變壓器分為器身、郵箱、絕緣油套管、測試、冷卻系統、保護系統和分接開關7個部分，如圖1所示[3-6]。

為了對電力變壓器的運行狀態進行風險評估，同時全面的真實的從各個角度反映電力變壓器的運行狀態。本文分別從7個大的方向即一級評價指標對電力變壓器的風險進行評估，主要包括電氣試驗、運行歷史、油中溶解氣體、環境因素、絕緣油特性、檢修記錄和附件。

圖1 變壓器系統結構圖

同時每一個一級評價指標又包含若干個二級評價指標,如運行歷史一級評價指標主要包括運行溫度,負載情況，異常噪聲，近區短路和保護動作共5個二級評價指標。建立層次型的變壓器狀態評判指標體系如下所示[4-10]。

1）絕緣性能。一級評價指標絕緣性能主要包括如下4個二級評價指標，分別是絕緣電阻，吸收比，泄露電流和介質值。

2）電氣性能。一級評價指標電氣性能主要有：繞組直流電阻和貼心接地電流兩個二級評價指標。

3）環境因素。一級評價指標主要包含環境溫度，濕度，腐蝕性氣體和塵埃和海拔等共5個二級評價指標。

4）絕緣油特性。一級評價指標絕緣油特性主要包含油中微水，油介質和擊穿電壓共3個二級評價指標。

5）運行歷史。一級評價指標運行歷史包含5個二級評價指標，分別為運行溫度,負載情況，異常噪聲，近區短路和保護動作。

6）檢修記錄。一級評價指標檢修記錄包含同類變壓器檢修記錄和該變壓器檢修記錄2個二級評價指標，分別為。

7）附件歷史。一級評價指標附件歷史包3個二級評價指標，分別為套管，分接開關盒冷卻開關。

2 基于三角模糊數的模糊層次分析法

傳統的層次分析法被用于電力系統評估研究中，其本質是通過專家對事物進行主觀比較和判斷給出某些定性問題進行定量化。由于這些量化的結論具有模糊性，因此一些專家學者考慮將模糊數學的思想引入層次分析法，即模糊層次分析法。模糊層次分析法是有機地將專家經驗、客觀判斷、數學模型定量分析統一起來的決策方法，降低專家對決策問題的主觀影響。

2.1 三角模糊數的基本概念及運算[11]

設A為實數論域R上的一個模糊集，若λ?∈[0,1]，A是R中有限閉區間，則稱A為R上的一個模糊數。設A∈F(R)，F(R)為R上的全體模糊集，則A為模糊數當且僅當存在R中有限閉區間[a,b]使得[11]

1）在[a,b]上，μA(x)=1；

2）在[?∞,a]中，μA(x)為右連續的增函數，且0≤μA(x)＜1；

3）在[b,+∞]中，μA(x)為左連續的減函數，且0≤μA(x)＜1。

那么，若A的隸屬函數0≤μA(x)＜1：可表示R→[0,1]

式中，l≤m＜u且l,m,u∈R，即可稱A為三角模糊數，可記為（l,m,u）。l和u分別為A的下限和上限，m為A的中值也就是最可能值。

2.2 三角模糊數的判斷矩陣[7-11]

當因素之間兩兩比較的結果用模糊數來表示，這個比較判斷矩陣就是模糊判斷矩陣。如若該矩陣對角線對稱元素之積為1，這是就稱為模糊互反判斷矩陣。假設A=(aij)n×n為模糊互反判斷矩陣，若aij為三角模糊數，則稱M為三角模糊互反判斷矩陣。

2.3 模糊互反矩陣的一致性檢驗與單準則排序

那么對于三角模糊判斷矩陣的權重向量求解公式如下。此處，權重系數為αk。

3 基于三角模糊數的模糊層次分析法步驟

電力變壓器的狀態評估時電網運行與檢修工作的一項重要內容，由于很多的因素具有不確定，致使電力變壓器的風險評估工作具有很大的難度。基于模糊數學數的層次分析法，由于能將模糊的概念進行模糊化處理，進而得到一個確定的評估結果，因此基于三角模糊數的的電力變壓器的風險評估的層次分析法具有重要的應用前景。

基于三角模糊數的電力變壓器風險評估的層次分析方法主要步驟如下所示：

1）確定層次結構，最高層目標為多臺電力變壓器狀態檢修最優決策方案，中間因素層是針對最終目標分析確定主要影響該目標的因素，方案層就是針對最終目標提出的解決辦法。

2）建立電力變壓器風險評估的評價指標體系。

3）專家通過三角模糊數的形式進行打分，確定因素模糊判斷矩陣和方案模糊判斷矩陣。

4）進行單準則下的模糊判斷矩陣一致性檢驗并求出對應矩陣的權重向量。

5）根據局部權重向量求出各方案對最終目標的綜合權重，假設求得綜合權重向量，再利用改進的可能度比較方法—平均優勢度，求出綜合權重向量的三角模糊數兩兩比較得到的平均優勢度，建立備選方案兩兩比較的可能度消息矩陣，就是模糊互補矩陣。最后對模糊互補矩陣進行排序，排序值大小為決策次序。

4 結論

電力變壓器的風險評估對于電網的穩定運行具有重要的作用，本文首先提出了一套電力變壓器風險評估的評價指標體系，針對電力變壓器風險評估的量化需求，提出了一套電力變壓器基于模糊三角數學的模糊層次評估方法。最后，給出該評價指標和評價方法在電力變壓器風險評估中的應用的步驟，可為電力人員提供借鑒與參考作用。

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