基于模糊理論的電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估

朱婧瑤

摘要 在模糊綜合理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷，進(jìn)行參數(shù)的權(quán)重確認(rèn)過程中，采取了改進(jìn)的層次分析法，并以此創(chuàng)建電力變壓器狀態(tài)評(píng)估模型。對(duì)創(chuàng)建的狀態(tài)評(píng)估模型反復(fù)試驗(yàn)，確保該模型能夠?qū)?shù)據(jù)加以正確的評(píng)判。

【關(guān)鍵詞】電力變壓器 模糊綜合評(píng)判 狀態(tài)評(píng)估 改進(jìn)的層次分析法

從電力系統(tǒng)的角度來看，電力變壓器對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行有很大影響。隨著社會(huì)的發(fā)展，越來越多的變壓器投入使用，變壓器在系統(tǒng)中安全穩(wěn)定的運(yùn)行被大量學(xué)者和專業(yè)人士關(guān)注。在變壓器的運(yùn)行和檢驗(yàn)方面，關(guān)鍵是提升變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)前對(duì)電力變壓器進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估的方法很多，主要有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法、設(shè)備評(píng)分法、證據(jù)推理法等，不過這些方法多多少少都受到一定的限制。在本文中，筆者將模糊綜合評(píng)判方法與模糊數(shù)學(xué)理論相結(jié)合，從而建一個(gè)綜合評(píng)估模型，并以此對(duì)電力變壓器的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)判。

1 模糊綜合評(píng)判法和改進(jìn)的層次分析法

1.1 模糊綜合評(píng)判法

針對(duì)電力變壓器的狀態(tài)評(píng)估問題，本文利用模糊數(shù)學(xué)中的綜合評(píng)判理論解決了模糊性問題，并將模糊綜合評(píng)判劃分為兩個(gè)組成部分所有因素綜合評(píng)估、單個(gè)因素模糊評(píng)估，其評(píng)估的步驟歸納如下：

（4）將因素論域中第i個(gè)元素u_i設(shè)為評(píng)價(jià)對(duì)象，評(píng)語等級(jí)論域中的第j個(gè)元素v_i，以及v_i的隸屬程度r_ij，根據(jù)以上數(shù)據(jù)創(chuàng)建單因素評(píng)判矩陣：

（5）構(gòu)造一級(jí)模糊綜合評(píng)判集和二級(jí)模糊綜合評(píng)判集。

1.2 改進(jìn)的層次分析法

本文應(yīng)用改進(jìn)的層次分析法取締原方法，直接取得相對(duì)權(quán)重。其原理如下：

定理一：假設(shè)反對(duì)稱陣為B，那么B的最優(yōu)傳遞矩陣C是：

定理二：假設(shè)互反矩陣是A，B=lg A，B的最優(yōu)傳遞矩陣是C，那么矩陣A*=10^{c ij}就是A的擬優(yōu)傳遞矩陣。

改進(jìn)層次分析法的流程示意圖為：

2 電力變壓器狀態(tài)評(píng)估模型

2.1 評(píng)估模型建立

2.1.1 評(píng)判因素的選擇

根據(jù)電力變壓器的運(yùn)行情況，本文選擇的評(píng)判因素有：絕緣電阻、吸收比、泄露電流、介損值、繞組直流電阻、油中溶解氣體、油中微水含量、油介損、油擊穿電壓和運(yùn)行工作環(huán)境等，針對(duì)每個(gè)因素的具體要求參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)即可。

確定評(píng)判因素后要?jiǎng)澐蛛娏ψ儔浩鞯墓ぷ鳡顟B(tài)，即對(duì)評(píng)語進(jìn)行建立和完善。具體來講，其狀態(tài)可以劃分四個(gè)不同等級(jí)，其評(píng)語集可表示為V={vl，v2，v3，v4}={良好，一般，注意，較差}，每個(gè)評(píng)語表示電力變壓器的不同工作情況，即根據(jù)不同的評(píng)語狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)際操作。

2.1.3 模糊算子的確定和評(píng)價(jià)指標(biāo)的處理

在B= AoR當(dāng)中。所化表的是廣義上的模糊算子，在選取方式上較為多樣。本文所選取的方式可以用M（+，·）進(jìn)行表示，

2.2 權(quán)重及隸屬函數(shù)確定

不同的判斷體系中，都有其一定的權(quán)重。并且這種權(quán)重在一定程度上反應(yīng)出在該判斷體系中的相關(guān)指標(biāo)的重要性。

2.2.1 一級(jí)評(píng)判權(quán)重的確定

正常情況下這一級(jí)別的確定也是遵循一定的規(guī)律的，主要是根據(jù)電力變壓器的狀態(tài)反映出的信息來確定，比較重要的評(píng)判指標(biāo)有兩個(gè)，分別是電力變壓器絕緣性以及電器的基本性能。通過這兩項(xiàng)指標(biāo)可以確定各個(gè)因素的權(quán)重，此外還需要采用一種方法，這種方法通常為層次分析來判定。例如，在電氣實(shí)驗(yàn)中，利用此方法來確定權(quán)重，則需要邀請(qǐng)到相關(guān)的專業(yè)人士來把關(guān)，一般情況下都需要成立一個(gè)5-8人的專家組，可以是行業(yè)專業(yè)，也可以是相關(guān)的技術(shù)人員。在此次實(shí)驗(yàn)中，為了方便實(shí)驗(yàn)，選定了5位來成立技術(shù)小組。同時(shí)需要構(gòu)造判斷矩陣，構(gòu)造的方法主要是采用AHP層次分析法，也就是大家通常所說的A-U判斷矩陣。

w'的特征向量可以用IAHP法來求，歸一化后得到的就是權(quán)重分配，它的結(jié)果是A=《0.1435，0.2181，0.2843，0.3539）。這個(gè)數(shù)值所表示的是一些數(shù)據(jù)反映的電氣試驗(yàn)項(xiàng)目能力大小的權(quán)重，這些數(shù)據(jù)又包括了絕緣電阻、吸收比、泄露電流、介損值、繞組直流電阻。但是又由于反映變壓器狀態(tài)的電氣性能參量和絕緣性能參量是從兩種不同的角度來說的，這兩者的重要性的一樣的不相上下，所以權(quán)重分配則為A=（0.5，0.5）。而同理可得，絕緣油特性所評(píng)估出來的權(quán)重分配為A=（0.4278，0.3325，0.1396）。

這個(gè)數(shù)值表示的是油中的微水含量、油介損、其他因素所反映出來的絕緣油特性試驗(yàn)項(xiàng)目能力大小的權(quán)重。而在評(píng)判其他因素對(duì)變壓器狀態(tài)的影響中，還包括了許多其他方面的因素。要首先確定這四個(gè)元素在綜合評(píng)判中的權(quán)重需要，然后同理求出權(quán)重分配為：A= （0.0807，04027，0.1969，0.2797）在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行分析，從而得知，變壓器在工作中，其工作環(huán)境方面，包括環(huán)境的溫度、濕度、腐蝕性氣體及塵埃還有一些其他方面的因素，如海拔、風(fēng)速、霧密等，都是需要重要考慮的，所以其權(quán)重分配為A=《01722，0 2022，0 5862，0.0694）;而關(guān)于資料運(yùn)行，還需要重點(diǎn)考慮有的變壓器它的的負(fù)載情況和運(yùn)行溫度，而運(yùn)行溫度又主要是項(xiàng)層油溫、運(yùn)行中的異常噪音、近區(qū)短路情況、保護(hù)裝置動(dòng)作情況，所以在這一方面，其權(quán)重分配則為A= （0.1203，0.3286，0 0375，0.2545，0.2592）;在檢修記錄方面，同類型的變壓器檢修記錄以及該變壓器的歷史檢修記錄都是需要重點(diǎn)考慮的，根據(jù)以上方法則可求得其權(quán)重分配是A= （0.4753，0.5276）;最后的附件包括了其外觀狀況和檢修參數(shù)的異常情況，這也是需要著重考慮的，由于只對(duì)這兩個(gè)因素進(jìn)行了評(píng)判，所以所構(gòu)造的矩陣相比而言是較為簡(jiǎn)單的，所求得的權(quán)重分配是A= （0.3576，0.6054）。

2.2.2 二級(jí)評(píng)判權(quán)重的確定

在二級(jí)評(píng)判中，通過IAHP法求得其權(quán)重分配，來看以為專家所得的判斷矩陣（如下）：

A變壓器表示的是在二級(jí)模糊綜合評(píng)判中的各項(xiàng)指標(biāo)所反映出來的變壓器綜合狀態(tài)能力的權(quán)重集，其中包括電氣試驗(yàn)、色譜分析、絕緣油特性試驗(yàn)以及其他各種因素。

2.2.3 指標(biāo)的模糊隸屬度

一般采用模糊分步法來檢測(cè)指標(biāo)的定向數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析，三角形隸屬函數(shù)具有許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，采用的是三角形和半梯形所組合的分布函數(shù)，并且還要建立起各項(xiàng)指標(biāo)在不同狀態(tài)等級(jí)下的隸屬函數(shù)。圖l則是其隸屬函數(shù)分布圖。

在得出關(guān)于評(píng)判因素的隸屬函數(shù)之前，要先將其他的各種參數(shù)值轉(zhuǎn)化為函數(shù)，并且其值域必須要在0-1之間，然后要確定它的隸屬度，可以選擇用三角形和梯形的分布函數(shù)來確定。

s1、s2、s3、s4這四個(gè)字母表示著它的狀態(tài)，分別代表著良好、一般、較差以及注意。用這幾個(gè)字母表示變壓器各部件的狀態(tài)空間，就可以這樣來表示：S={s1，s2，s3，S4}。

例如，絕緣電阻指標(biāo)的隸屬度為：

3 實(shí)例分析

假設(shè)在實(shí)例中，某一個(gè)變壓器的型號(hào)是SFPSZI，在實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)收集所得來的各種數(shù)據(jù)以及資料，然后綜合評(píng)判它的狀態(tài)，具體測(cè)量得出一組數(shù)據(jù)，見表l、表2。

在上述模糊綜合評(píng)判模型中，根據(jù)之前所得到的變壓器測(cè)量數(shù)據(jù)，然后將其建立起評(píng)判矩陣。然后再根據(jù)其他各個(gè)特征參量對(duì)變壓器狀態(tài)的表示函數(shù)，將上面所得出的各組數(shù)據(jù)都按照[0，1]的數(shù)這種格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化。根據(jù)代入電氣試驗(yàn)項(xiàng)目隸屬函數(shù)，依次可以求出該評(píng)判矩陣為：R電氣試驗(yàn)：

根據(jù)以上計(jì)算，然后二級(jí)評(píng)判變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，從而得出以下結(jié)果，可以看出它的二級(jí)評(píng)判的權(quán)重主要分配為：

A變壓器=（0.2389， 0.4337， 0.2389 ，0.0086）

綜合以上結(jié)果，變壓器狀態(tài)評(píng)判矩陣R變壓器：

B變壓器=A變壓器 R變壓器=（0.5336，0.5126. 0.0543. 0.0013）由評(píng)判結(jié)果：該變壓器工作狀態(tài)良好，并且其各項(xiàng)運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)也都處于正常值水平，距離規(guī)程規(guī)定注意值還都很遠(yuǎn)，因此只有極小概率會(huì)發(fā)生故障，能保障正常工作的穩(wěn)定性，長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行是沒有問題的，這時(shí)候工作的變壓器其狀態(tài)最為穩(wěn)定。但是理論都需實(shí)踐支撐，該變壓器在后面的實(shí)際運(yùn)行中穩(wěn)定可靠，也確實(shí)證明了該理論實(shí)際可靠，與模糊綜合評(píng)判模型所得無差別。

4 結(jié)論

在本篇文章中，研究對(duì)象為電力變壓器，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的基本思想，采取模糊綜合評(píng)判的方法，在狀態(tài)評(píng)估中對(duì)其進(jìn)行評(píng)判并構(gòu)造模型，但這種方法并不是確定有效的，需要評(píng)估運(yùn)行中的變壓器狀態(tài)，以此來證實(shí)該法是切實(shí)可行的。同時(shí)，這種這種方法還尚有不足，仍存在非常大的研究進(jìn)步空間。如果能夠?qū)⒈疚闹械迷O(shè)計(jì)運(yùn)用于其他各個(gè)電廠或者變電站中，讓其發(fā)揮更好的作用，那將非常有利于變壓器的檢修，為其提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，并營(yíng)造更高的效益。

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