10kV配電變壓器狀態評估模型研究

羅永潤

（廣東電網公司佛山順德供電局，廣東佛山 528300）

1 引言

10kV配電變壓器數量大、分布廣，是配電系統最重要的電氣設備之一，配電變壓器的故障會造成大量電力用戶的停電，給國民經濟帶來重大損失。檢修體制是否合理完善直接影響配電變壓器可靠性水平。電力系統檢修體制經歷了“事后檢修”、“計劃檢修”和“狀態檢修”三個階段。其中，狀態檢修的特征是有極強的針對性和時效性。所謂狀態檢修，就是以當前設備狀況為依據，通過監測手段及其他方法，對設備進行橫向（歷史和現狀）、縱向（同類設備運行狀況）的分析，以確定最佳維修時機。

設備狀態評估是設備狀態檢修的依據，因此，建立配電變壓器狀態評估模型，是當前實施狀態檢修的基礎。目前，國內電力變壓器綜合狀態評估的研究剛起步，基本集中在35kV及以上變壓器的研究，且文獻較少。對變壓器的狀態評估主要依靠試驗數據、部分在線檢測數據，以及主觀的認識和經驗，缺乏依據和通用性，雖有一定效果，但難以全面推廣應用。對于配電變壓器，目前沒有一套有效的評價方法。因此，我們將對配電變壓器狀態評估進行深入研究，嘗試提出一種基于風險度計算的狀態評估模型。

2 配電變壓器狀態評估

2.1 配電變壓器狀態評級

目前國內主要由試驗數據開展評估，采取“是非制”，即“合格”和“不合格”，不利于細化評價設備優劣程度；在波蘭，根據變壓器基本數據對變壓器狀態進行排序，大致分為較好、一般、較差和較壞四種，主要依據運行時間與油中溶解氣體含量劃分。在日本則依據溶解氣體含量分為較好、一般和較差三種。蘇聯則依據變壓器的工作效率劃分為狀態良好、狀態尚可、狀態不好。由于判別的指標過于單一，容易受測量誤差的影響，難以進行全面的綜合評估。

本文嘗試按照風險度將配電變壓器狀態分為：高風險、中風險、低風險和可接受四個級別，簡單描述為：危險狀態、異常狀態、注意狀態、健康狀態。風險值的取值區間規定為[0，1]，0表示風險值極低，1表示風險值極高，四個風險級別的分級標準如(表1）：將會十分復雜。出于搜集到樣本和數據的限制，本文選取一些關鍵性指標作為主要參量進行評估。

表1

2.2 狀態評估指標體系的建立

配電變壓器的運行狀態評估是一個多指標評估問題。以預防性試驗、在線檢測試驗為基礎,綜合考慮檢修歷史、運行工況、附件狀態、運行環境、外觀檢查、設計和技術數據、家族缺陷數據等因素選取關鍵特征評估指標以建立配電變壓器狀態評估指標體系。（表 2）

變壓器的狀態類型信息很多，這些信息又從不同側面、不同程度和不同層次上反映了變壓器運行的好壞，如果綜合考慮運行數據、同類型變壓器故障統計以及在線監測數據，狀態評估模型

2.3 狀態評估模型的建立

（1）狀態評估是綜合考慮各類指標嚴重度和可能性所反映出來的風險度，對設備狀態進行分級評估的過程。

單個指標偏離正常值越大，反映出設備風險度越大。但單個指標測量數據可能受到測量條件、測量誤差的影響，并不能完全準確反映設備的實際運行狀態。

多個指標同時偏離正常值，可以佐證設備運行狀態出現了偏離，可以減少測量誤差的影響，相對單項指標能更加準確反映設備實際運行狀態。

表2

因此，為充分考慮各個關鍵指標的影響，我們提出將多個指標的風險度進行累加數作為設備的總體風險值，當多個指標均出現偏差，累加值越大，設備總體風險值則越大；單個指標偏差不大，則對累加值影響不大。

Ri：第i個指標風險度

Pi：第i個指標可能性

Ci：第i個指標嚴重度

n：所考慮的指標個數

（2）根據指標所代表風險的嚴重性，可以將嚴重度C分為五大類：

各類關鍵指標嚴重度對照表及說明（表3）

故障頻次、滲漏情況、檢修缺陷、雷擊次數、銹蝕程度、污穢程度、酸堿度、傾斜度、穩固度等指標用于佐證對應指標的可信度。

（3）對于不同的指標，應根據具體情況、具體標準進行可能性分析，確定可能性P的計算模型。

1）油中溶解氣體可能性模型

對于油中溶解氣體百分比含量，對照試驗標準有一定的參考值范圍，可以根據指標偏離參考值的多少確定其可能性P值。假設油中溶解氣體百分比含量ρ，最大值為ρmax，最少值為ρmin，假如ρ測≥ρmax，則指標可能性為最高，取1；若ρ測≤ρmin，則可能性為最低，取0；若ρmax≥ρ測≥ρmin，則可能性參數根據偏差值計算求得：

2）配變負載率可能性模型

配變負載率有一定運行要求，一般不允許超載120%，負載率偏離額定值越大，故障發生的可能性越大。假設負載率η，最大

表3

允許值為ηmax，最少值為ηmin，假如η測≥ηmax，則指標可能性為最高，取1；若η測≤ηmin，則可能性為最低，取0；若ηmax≥η測≥ηmin，則可能性參數根據偏差值的二次方求得：

3）油溫可能性模型

油溫直接反映配變的運行狀況，溫升越大，指標的可能性越大。假設T為油溫度，T戶外為室外溫度，Tmax為最高允許溫升，則當T測≥Tmax時，可能性為最大，取值為1；當T測=T戶外時，可能性為最低，取值為0；當Tmax≥T測≥T戶外時，則可能性參數根據偏差值的二次方求得：

4）運行年限可能性模型

假設Y為配變的運行時間，當運行時間超出設計壽命時，故障的可能性最高，取值為1，可能性參數根據偏差值的二次方求得

5）其他參數模型的建立

其他參數模型可以參照上述模型建立，但部分指標需要根據具體情況具體分析，比如家族缺陷類，應根據同批次產品發生故障的幾率確定。

2.4 狀態模型評估計算實例

假設配變的運行參數如下：

H2含量ρ=0；

C2H2含量ρ=1ppm；ρmax=5ppm；ρmin=0；

C2H4含量ρ=0；

H2O含量ρ=0；

負載率η=96%；ηmax=120%，ηmin=80%；

油溫T=62°C，戶外溫度T戶外=36°C，允許最高溫度Tmax=85°C；

運行年限Y=18年，設計壽命20年。

可以按照上述公式得出以下算表：

可見，該配變屬于“異常狀態”，從有關指標分析可知：配變由于運行時間過長（18年），造成絕緣老化，內部發熱，導致油溫升高，內部有放電痕跡，應密切監視設備狀態，適時安排計劃檢修。

3 狀態評估結果應用前景

通過對配電變壓器狀態進行評估，可以掌握配電變壓器的狀態信息。如結合配電網信息系統數據支撐，可以對配電變壓器的總體運行情況進行評價，對供電區域可靠性進行評估，以制定有針對性的運維策略，落實有效的設備風險控制措施，同時為規劃布點、項目改造提供可靠的依據。

4 結論

配電變壓器狀態評估是一個多指標的評估問題，需要對每一個指標制定計算模型，然后再綜合考慮各指標，對配變狀態進行總體評估。本文重點對幾個指標建立了計算模型，只起一個拋磚引玉的目的。隨著研究的不斷深入，計算模型的不斷完善，綜合評價的準確性將會不斷提高，達到實用化的目的。

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