變壓器質量風險的全壽命周期評估方法研究

王 璁 李 曉 屠幼萍

（華北電力大學，北京 102206）

變壓器質量風險的全壽命周期評估方法研究

王 璁 李 曉 屠幼萍

（華北電力大學，北京 102206）

電力變壓器風險評估是指導變壓器狀態檢修及提高電力系統運行可靠性的重要手段，同時也為加強變壓器入網前質量管控提供重要依據。文中基于近三年來大量電力變壓器的質量問題統計數據，結合變壓器全壽命周期管理過程的多層次性和多因素性，提出了變壓器綜合評估層次指標體系，并構建了基于模糊綜合評判方法的電力變壓器風險評估模型。評估實例分析表明，該方法可以有效地對電力變壓器全生命周期管理中的階段風險進行評估，能為變壓器的風險管理與維修決策提供可行的決策依據。

電力變壓器；風險評估；全壽命周期管理；模糊綜合評判

變壓器是電力系統中關鍵設備之一，其工作狀態的安全可靠直接關系到整個電力系統的連續穩定運行。為保障電力變壓器的有效運行，有必要對其進行風險評估，識別可能存在的風險以及這些風險造成的影響，采取相應的安全防范措施有效降低風險或避免風險[1-3]。

傳統的變壓器風險評估主要是基于變壓器運行狀態的故障診斷、影響分析和故障預測，采用的評估方法主要有模糊決策分析法、人工神經網絡和小世界網絡效應等[2-5]。而本文嘗試在分析變壓器監造、安裝、調試和運行階段的狀態參量基礎上，建立了綜合變壓器多因素多層次的評估指標體系；并通過采用模糊綜合評判法，以多級模糊綜合評判為評估準則，構造了變壓器全壽命周期管理過程的多層次模糊綜合評價模型，以實現變壓器全壽命周期管理過程的定量評估。

1 變壓器質量風險評估體系

1.1 電力變壓器全壽命周期管理

電力變壓器全壽命周期管理是從產品設計、生產制造、包裝運輸、安裝調試到運行等階段，并反饋到采購、制造階段，強化質量問題的閉環管理過程。可利用層次分析法對變壓器全壽命周期管理質量問題進行分級分類。

對電力變壓器開展全壽命周期管理過程風險評估，將在確保變壓器設備安全、可靠的同時，全過程、全方位監督變壓器質量信息，延長變壓器使用壽命，降低整個壽命周期的成本投入，實現電力變壓器可靠性和經濟性的綜合優化。

1.2 電力變壓器質量問題分析

電力變壓器的質量問題分析是實現故障診斷、確定維修策略的重要環節[6-8]。通過對變壓器設備質量問題進行統計分析，發現變壓器質量問題主要分布于監造、安裝、調試、運行四個階段。根據近三年國內電力變壓器的質量問題數據進行統計分析，并按發現問題階段分類，監造階段共發現問題688起，占84%，安裝階段共發現問題58起，占7%；調試階段共16起，占2%；運行階段共60起，占7%。

圖1 變壓器發現問題階段分布

綜合考慮影響電力變壓器各管理過程的各類因素，對變壓器質量問題進行統計，結果見表1。由表1可知，工藝控制問題、原材料/組部件問題是引起變壓器故障與缺陷的兩大主要原因。工藝控制問題主要表現為裝配工藝不良、密封件質量差、箱體焊接質量不良，以及運輸防護不當等；原材料/組部件問題主要發生在分接開關、套管、風機上[9-12]。

表1 變壓器質量問題類型統計

1.3 電力變壓器質量風險評估層次指標體系

本文對變壓器在設備全壽命周期管理過程中反映的狀態，主要從設備的監造、安裝、調試、運行中得到的情況，設備全壽命周期管理過程中檢測所獲得的信息綜合起來分析，從而給出變壓器運行狀態的評估。所建立的變壓器的質量風險評估指標體系為一個3層的層次結構體系：一級評估指標主要包括監造指標 X1、安裝指標 X2、調試指標 X3、運行指標X4，各個一級指標下面包括工藝控制、原材料/組部件、包裝運輸、設計結構、出廠試驗、儲存、其他共7個二級指標。建立電力變壓器的質量風險評估層次指標體系如圖2所示。

圖2 電力變壓器質量風險綜合評估層次指標體系

2 變壓器質量風險評估模型

模糊綜合評判方法，是一種運用模糊數學原理分析和評價具有“模糊性”的事物的系統分析方法[11]。模糊綜合評判可綜合考慮多個因素對評判結果的影響，變壓器全壽命周期管理過程具有多因素以及模糊性，因此模糊綜合評判恰好適于對其進行模糊綜合評估。

本文綜合考慮電力變壓器全壽命周期管理過程的各過程狀態，對變壓器質量狀態進行多級模糊綜合評判，獲得一個客觀全面的變壓器質量風險綜合指標，為其運行和檢修提供參考。

2.1 一級模糊綜合評判

給定兩個有限論域 U=｛u1，u2，…，um｝，V=｛v1，v2，…，vn｝[6,12]。其中，U代表所有的評判因素所組成的集合；V代表所有的評語等級所組成的集合。

如果著眼于第i（i=1，2，…，m）個評判因素ui，其單因素評判結果為Ri=[ri1，ri2，…，rin]，則m個評判因素的評判決策矩陣為

就是U到V上的一個模糊關系。

如果對各評判因素的權數分配為A=（a1，a2，…，am）（A是論域U上的一個模糊子集，則應用模糊變換的合成運算，可以得到論域V上的一個模糊子集，即綜合評判結果：

根據最大隸屬度原則，選擇風險模糊綜合評價集B中最大的bj所對應的的等級vj作為該層子目標的綜合判斷結果[12]。

2.2 二級模糊綜合評判

一級模糊綜合評判僅僅是對一類中的各個因素進行綜合，為了考慮各類因素的綜合影響，還必須在類之間進行綜合，則就是二級模糊綜合評判。

二級模糊綜合評判模型的建立，可按以下步驟進行。

（1）把評判因素集合 U按某種屬性劃分成 m個子集，即 U=｛U1，U2，…，Um｝。

且滿足

式中，Ui=｛Uik｝（i=1，2，…，m；k=1，2，…，nk）表示子集Ui中含有nk個評判因素。

（2）對于每一個子集Ui中的nk個評判因素，按單層次模糊綜合評判模型進行評判，如果Ui中的諸因素的權數分配為Ai，其評判決策矩陣為Ri，則得到第i個子集Ui的綜合評判結果：

（3）對U中的m個評判因素子集Ui（i=1，2，…，m），進行綜合評判，其評判決策矩陣為

如果U中的各因素子集的權數分配為A，則可得綜合評判結果：

3 實例分析

以2012年某省電網在運 110kV變壓器為例，根據監造、安裝、調試、運行過程評估報告、試驗評估結論和檢測資料對該電壓等級下的變壓器全壽命周期管理過程質量風險進行評估。

按已建立電力變壓器運行狀態因素分析圖（如圖2所示），得出評價要素集合為

式中，各單要素子集ui=（i=1，2，3，4）為

根據評價決策的實際需要，將評判等級標準劃分為“良好”、“一般”、“注意”和“嚴重”四個等級。即評語集合為

V=｛v1，v2，v3，v4｝=｛良好，一般，注意，嚴重｝。

根據監造過程中對變壓器工藝控制、原材料/部件、包裝運輸、設計結構、出廠試驗、儲存、其他等七方面質量問題數據進行統計分析，得出監造、安裝、調試、運行諸過程 ui（i=1，2，3，4）的模糊綜合評判矩陣為

經專家評議，可得各一級和二級指標權重分配為

采用普通矩陣乘法，進行一級綜合評判，得各子集Ui（i=1，2，3，4）的綜合評判結果分別為

依據最大隸屬度原則，對監造過程質量風險評價為一般；對安裝過程質量風險評價為良好；對調試過程質量風險評價為良好；對運行過程質量風險評價為良好。

根據以上計算結果進行二級變壓器模糊綜合風險評判，得到變壓器二級綜合風險評判矩陣R

按照最大隸屬度原則，變壓器全壽命周期管理過程質量風險評價結果為一般。

4 結論

本文基于模糊綜合評判法，對變壓器設備建立了風險評估層次指標體系，主要包括監造指標、安裝指標、調試指標、運行指標，為電力變壓器的風險評估提供了依據。基于該指標體系，采用模糊綜合評判方法，構建了變壓器多級模糊綜合風險評估模型，通過對變壓器各級指標的風險評價，綜合給出變壓器全壽命周期管理過程的風險評價。評估實例表明，模糊綜合評價模型在變壓器全壽命周期管理過程中具有可行性，可為電力變壓器風險評估提供了理論依據。

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Research on the Evaluation Method of Life Cycle Transformer Quality Risk

Wang Cong Li Xiao Tu Youping
(North China Electric Power University, Beijing 102206)

Risk assessment for power transformer is an important means to guide the condition based maintenance of transformer and enhance the reliability of power system operation, but also to strengthen the power transformer to provide an important basis for quality control. In this paper, a hierarchy index system for comprehensive evaluation of transformer is put forward and a risk assessment model for power transformer based on fuzzy synthetic evaluation is built, which based on the quality problems of large power transfomer statistics in three years and combined with multilayerd and multi-factor features of the transformer life cycle management process. The assessment example analysis shows that the method can effectively estimate the risk of each stage for the life cycle management of power transformer and provide feasible decision basis for the risk management and maintenance decision of transformer.

power transformer; risk assessment; life cycle management; fuzzy synthetic evaluation

王 璁（1980-），男，工程師，從事高電壓設備與絕緣技術方向研究。