配電變壓器可用度綜合評估理論的研究

摘要：配電變壓器作為電力系統非常重要的組成部分，在電力系統中發揮著舉足輕重的作用，其安全可靠運行直接影響到電力系統的安全水平。本文通過對配電變壓器通過數據的分析，進行可靠性和絕緣老化及經濟性的綜合分析，判斷運行中的配電變壓器運行狀態和其本身的經濟效益，完成對配電變壓器的綜合評估。

關鍵詞：配電變壓器可用度評估

1 配電變壓器可用度評估的重要意義

隨著現代社會經濟的飛速發展，高科技產品和高度信息化設備的廣泛普及，用戶每度電的產值日益上升，單位停供電量給用戶和社會造成的經濟損失越來越大。因此用戶對電力系統供電可靠性的要求越來越高。配電變壓器可用度是電力系統可用度的一個有機組成部分，所以越來越為人們所關注。

配電變壓器可用度評估在保證供電質量、提高經濟效益和社會效益、進行電網網絡建設和改造起著重要的作用。建立以經濟性為基礎的可用度評估程序，研究配電變壓器可用度評估的各種手段已成為當前形勢所需。通過配電變壓器可用度評估，一方面可以了解電力設施可靠性，找到其薄弱處，對其進行檢修或者更換，保證系統的可靠運行；另一方面，可以通過定量計算得出不同措施所帶來的經濟效益，從而可以把有限的資金最大限度地增加設施的可靠性。

2 配電變壓器可用度評估指標體系的構建

配電變壓器的可用度就是分別對其進行可靠性、絕緣老化和經濟壽命的評估分析，將三者有機結合起來，完成對配電變壓器的可用度評估。

可靠性是指一個元件設備或系統在預定時間內在規定的條件下完成規定功能的能力。它綜合反映了一種設備的耐久性、可靠性、維修性、有效性和使用經濟性等，可用各種定量指標表示?？煽啃怨こ淌且婚T新興的邊緣學科涉及元件失效數據的統計、元件可靠性的定量評估，可靠性與經濟性協調等方面的內容。把可靠性的一般原理和方法與電力系統中的工程問題相結合，便形成了電力系統的可靠性這門新興的學科。目前，已經滲透到電力系統的規劃運行設計和管理等各個方面。

3 配電變壓器可用度的綜合評估方法

隨著電力系統電壓等級的不斷提高，網絡的日益復雜，作為電力系統中變換電壓、交換功率的樞紐，變壓器的作用日顯重要，其安全可靠、有效地運行直接影響到電力系統的安全水平。因此，對以變壓器為代表的電力系統重要元器件進行可用度評估，對提高整個電力系統的可靠性水平和經濟價值有著十分重要的意義。

3.1 配電變壓器可靠性評估的評估方法

采用定時截尾的壽命試驗方法，選擇一定年代內的變壓器作為統計分析的樣本，按年代求出失效模型和可靠性水平。一般感興趣的是偶然失效期，為此綜合統計壽命為一年以上的不同制造廠的實效變壓器臺數，所有壽命試驗均終止于同一年。運用威布爾概率紙盒柯爾莫哥洛夫-斯米爾諾夫檢驗確定失效的數學模型。

分別對每個安裝年進行統計分析，記錄本安裝年的變壓器的統計分析數據。根據失效累積頻率和壽命區間可在威布爾概率紙上進行檢驗并得到相應的分布參數m和t0，由此可獲得壽命的理論分布函數F(t):

F(t)=1-exp[(-t)m/t0]

累積頻率為F'(ti)，理論分布函數值為F(ti):

ΔF(ti)=|F'(ti)-F(ti)|

Dn=ΔF(t)max

根據顯著性水平α為5%時

Dnα=1.36/■

式中n為樣本數，即變壓器的安裝臺數，令Dnα>ΔF(ti)=|F'(ti)-F(ti)|通過柯斯檢驗，式中的參數成立。通過檢驗可證明配電變壓器的壽命分布函數絕大多數均遵從威布爾分布。由于配電變壓器的壽命分布函數遵從威布爾分布，則相應的失效率函數為：

H(t)=(m/t0)tm-1

所以，同樣也可計算出其他安裝年的失效率函數，為便于比較，計算了平均失效率Fr：

Fr=■■H(t)dt=Tm-1/t0

在電力系統里，較流行采用下式進行失效率的計算：

Fr1=■

式中mf為失效元件總數，ti為失效元件的壽命時間（年），n為元件總數。通過失效率函數，我們可以很輕松地估算出配電變壓器的可靠性。

H(t)=■

可得可靠性函數為：

R(t)=e-■(m/t0)tm-1dt

畫出配電變壓器的可靠性的分布曲線，進行配電變壓器可靠性的評估，當可靠性R<50%時，變壓器將無法可靠運行，需要進行變壓器的更新或更換。

3.2 配電變壓器的絕緣老化評估

提高電力變壓器的經濟效益越來越依賴于有效的老化狀況監測、壽命評估和壽命延長技術。從國內變壓器運行歷史來看，各個階段均有不少變壓器由于各種原因提前淘汰，而因壽命終止、正常退役的變壓器數量并不多。運行人員通常從安全性和經濟性方面考慮：一方面不應僅從變壓器的投運年限來確定是否退役，以免將尚可運行的變壓器退役；另一方面不能因對其老化程度不明而盲目使用，導致將已嚴重老化的變壓器以事故方式“謝世”。近年來，國內外專家對變壓器絕緣老化、壽命評估這類問題作了大量的調查和研究，紛紛開發和推廣新技術通過全面的診斷分析，綜合考慮這類問題對整體經濟效益的影響，并提高到戰略高度來定位。

3.3 配電變壓器的經濟性分析

在工礦企業，使用的變壓器很大一部分是舊型號的老式變壓器，它們的空載損耗和短路損耗都比較大，效率低，調節性能差。用損耗低、性能好的新型變壓器來更新這些老舊變壓器，在技術上、經濟上都是有益的。

有功損耗的計算公式：ΔP=P0+β2×PK

無功損耗的計算公式：ΔQ=Q0+β2×QK

空載無功損耗的計算公式：Q0=I0％×Se

滿載無功損耗的計算公式：QK=UK％×Se

年損耗有功電量的計算公式：ΔWP=P0×t+β2×Pk×t1

變壓器年運行時間t，變壓器年負荷時間t1?？傻媚険p耗無功電量的計算公式：

ΔWQ=Q0×t+β2×Qk×t1

在考慮配電變壓器的更新問題上，需要考慮設備更新費用Ds：

Ds=Db+Dc-E

Db：新變壓器出廠價格；Dc：其他費用；E：舊變壓器殘值，按變壓器處理中標價計算。

由于新型變壓器損耗小，如全年節電量為ΔW的計算公式：

ΔW=ΔWP+K×ΔWQ

K為無功經濟當量，K=0.1(kW/kVAR)。

若綜合電價為Z，則年節約電費為G：

G=ΔW×Z

銀行的貸款利率：設銀行的貸款利率為r，不考慮通貨膨脹的因素，則n年的現值系數c為：

C=■-■

運行n年的節約電費為Y的計算公式：

Y=G×C

當Y大于或等于設備更新費用的時候，說明在n年期間，企業已經將貸款更新配電變壓器的費用全部還清，在其以后的運行時間里，都是企業的收益所得。

通過對配電變壓器的更新效益的計算，可以為企業的設備節能和最大效益帶來最直接的詮釋，為企業帶來最合適的效益，通過對配電變壓器的可靠性和絕緣老化，經濟價值的評價，進行三者的綜合分析，完成對配電變壓器的可用度的綜合評估。為變壓器的經濟有效運行，提供保障。

4 結論

隨著現代社會經濟的飛速發展，高科技產品和高度信息化設備的廣泛普及，用戶每度電的產值日益上升，單位停供電量給用戶和社會造成的經濟損失越來越大。因此用戶對電力系統可靠性的要求越來越高。配電變壓器是處于電力系統的末端，把電源系統或輸變電系統與用戶設施連接起來，向用戶分配電能和供應電能的重要環節。

本文論述了運行中的配電變壓器的可靠性評估，通過對統計數據的分析，得到配電變壓器的壽命理論分布函數遵從威布爾分布，通過對其參數的確定，得到配電變壓器的可靠性函數；絕緣老化評估，通過實驗數據的處理，得到絕緣紙聚合度的老化函數；經濟評估，通過對配電變壓器的技術參數的分析和比較，得出更新變壓器的節省電能，根據當時的電價和銀行利率，得到配電變壓器的回收年限。

參考文獻：

[1]彭東.城市配電網可靠性評估的研究.華北電力大學.2003.

[2]張黎.電氣設備壽命分布分析.山東大學.2005.