基于狀態(tài)量檢測方式分析的變壓器檢修策略

陳 迪

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司物資分公司，江蘇南京 210036）

0 引言

變壓器作為電力系統(tǒng)中的關鍵運行設備，實時準確掌握其運行狀態(tài)并開展必要的檢修對電力系統(tǒng)的安全運行至關重要。為響應國家發(fā)改委的電價降價政策，迫切需要電力企業(yè)降低運行成本。因此，如何制定兼顧可靠性和經(jīng)濟性的變壓器檢修策略，已成為亟需解決的問題。

隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，狀態(tài)檢測技術日漸成熟，停電例行試驗檢出的設備缺陷大部分可通過相應的帶電檢測（在線監(jiān)測）手段獲取，如文獻[1]通過分析不停電檢測狀態(tài)量對變壓器運行狀態(tài)的表征能力和故障模式的辨識能力，表明不停電檢測狀態(tài)量可較全面地反映變壓器的運行狀態(tài)。但大多數(shù)研究僅從故障機理的角度指出變壓器在線監(jiān)測技術可以替代停電例行試驗，未考慮分別采用帶電檢測數(shù)據(jù)和停電試驗數(shù)據(jù)得到的變壓器狀態(tài)評估結(jié)果和相應維修策略存在差異，缺乏從電網(wǎng)運行風險角度分析帶電檢測方式的可行性。因此，探索狀態(tài)量檢測方式對電網(wǎng)運行風險的量化方法，從經(jīng)濟性和可靠性的角度實現(xiàn)變壓器狀態(tài)檢修策略的優(yōu)選，有利于有效減少設備停電次數(shù)，降低電網(wǎng)運行風險，提高供電可靠性，產(chǎn)生非常可觀的社會和經(jīng)濟效益。

本文首先在明確可替代停電試驗狀態(tài)量的帶電檢測狀態(tài)量基礎上建立狀態(tài)量獲取風險和設備故障風險量化模型，以可靠性與經(jīng)濟性綜合最優(yōu)為決策變量，綜合判定基于帶電檢測方式的變壓器狀態(tài)檢修可行性。

1 計及經(jīng)濟性與可靠性的變壓器檢修策略優(yōu)選

1.1 變壓器檢修策略模型的構(gòu)建

為驗證本文提出的以帶電檢測狀態(tài)量為主的優(yōu)化方案的有效性，將綜合對比因狀態(tài)量獲取方式差異所造成的電網(wǎng)運行和故障風險。本文以狀態(tài)量獲取成本、狀態(tài)量獲取風險、電網(wǎng)故障風險之和為檢修策略量化評價目標，構(gòu)建變壓器狀態(tài)檢修決策模型，如式（1）所示。

式中，F(xiàn) 為優(yōu)化策略有效性判定的函數(shù)表達式；Ri為在第i種狀態(tài)量獲取方式下的檢修策略綜合費用，狀態(tài)量獲取方式分為帶電檢測（i=1）和停電試驗（i=2）；LJi為狀態(tài)量獲取的成本費用；CJi為狀態(tài)量獲取的風險費用；LWi為電網(wǎng)故障風險的綜合費用。

圖1 變壓器狀態(tài)檢修策略優(yōu)選流程

1.2 檢修策略優(yōu)選流程

計及經(jīng)濟性和可靠性的變壓器檢修策略優(yōu)選流程具體如圖1 所示，關鍵步驟如下。

（1）確定并收集用于變壓器狀態(tài)評估的停電試驗狀態(tài)參量組和帶電檢測參量組。

（2）構(gòu)建基于帶電檢測和停電試驗的狀態(tài)量獲取的經(jīng)濟量化評估模型和風險評估量化模型，并提出各類評估指標的量化方法。

（3）將兩種不同檢測方式獲取的狀態(tài)量代入國家電網(wǎng)公司《油浸式變壓器檢修策略導則》，制定針對性的維修方案，分析對應維修方案下的修復費用和故障風險。

（4）將計算得到的不同檢測方式下狀態(tài)量獲取經(jīng)濟成本、風險成本和維修風險成本代入變壓器檢修策略模型，決定檢修優(yōu)選方案。

2 檢測策略經(jīng)濟性量化評估模型

設備狀態(tài)量獲取時需要進行相關的成本分析，進而確保檢修策略的經(jīng)濟性，降低設備維護成本。設有m 類停電試驗狀態(tài)量和n 類不停電檢測狀態(tài)量，則兩種檢測方式下的經(jīng)濟性量化評估模型如下。

式中，LJ1為帶電檢測下的狀態(tài)量獲取成本，f11（i）為第i 類狀態(tài)量的基本費用，f12（i）為第i 類狀態(tài)量的在線或帶電檢測裝置費用，f13（i）為檢測第i 類狀態(tài)量的人工費用；LJ2為停電試驗下的狀態(tài)量獲取成本，f21（j）第j 類狀態(tài)量的試驗費用，f22（j）為第j 類狀態(tài)量試驗的試驗設備或器材費用，f23（j）為第j 類狀態(tài)量的試驗人工費用。

3 檢測策略可靠性量化評估模型

3.1 狀態(tài)量獲取風險的量化評估模型

不同檢測方式下狀態(tài)量獲取風險有一定區(qū)別，其中帶電檢測下設備狀態(tài)量獲取風險量化計算主要包含因盲檢率的存在可能無法反映變壓器真實的故障狀態(tài)[2]，導致變壓器未能及時維修而引發(fā)突發(fā)性故障。停電試驗下設備狀態(tài)量獲取風險除了盲檢率的存在，還包括待檢設備通過計劃停電進行停電試驗時，備用設備突發(fā)故障會使變電站運行不滿足N-1 原則，造成的電網(wǎng)停電風險。兩類量化評估模型具體如下所示。

式中，CJ1和CJ2分別為帶電檢測和停電試驗下的檢測風險值，tg為獲取狀態(tài)量時因盲檢而造成設備突發(fā)故障到緊急搶修后恢復供電的停電時間，Pg為設備強迫停運后引起的停電功率，c 為單位停電損失費用，Cg為故障后設備修復費用，H1和H2分別為變壓器在帶電檢測和停電試驗方式下的盲檢率，t2t為停電試驗獲取各類設備狀態(tài)量的所需時間，Pgk為備用變壓器k 發(fā)生強迫停運的功率，βk為備用設備k 的故障率，可參考國家電網(wǎng)公司的輸變電一次設備風險評估導則進行確定。

3.2 電網(wǎng)故障風險量化評估模型

由于兩種檢測的方式和檢測的狀態(tài)量存在差別，故將兩種檢測方式得到的數(shù)據(jù)代入狀態(tài)評估模型中所得到的設備狀態(tài)會存在差異，因此對應檢修方案也會存在差異。故需要計算不同維修方式下的維修費用和風險，以便對比分析停電試驗和不停電檢測對電網(wǎng)的最終影響。

式中，Lwi（k）為變壓器在k 類故障下對應的維修風險量化值，Ploss為維修期間的平均損失負荷量，tr為平均修復時間，Cwi（k）為k 類故障的修復費用。

4 實例分析

4.1 基礎數(shù)據(jù)

2018 年11 月初，設備運維檢修部門對型號為SFPSZ7-120000/220 的變壓器開展了日常巡檢工作，由于該變壓器未到大修時限，故采用上次獲得的停電試驗數(shù)據(jù)進行狀態(tài)評價，兩種方案下的主要巡檢結(jié)果和對應維修方案如表1 所示。

經(jīng)統(tǒng)計分析得帶電檢測和停電試驗試驗下變壓器的盲檢率分別為4.9%和2.3%，主變故障會導致電站失負荷60 MW。參考文獻得變壓器單次故障修復費用為80 萬元，修復時間為175.2 h，單位停電損失為1.15 萬元/MW·h，備用設備正常狀態(tài)下的故障率按0.07%計算[3]。

表1 待檢設備異常狀態(tài)參量檢測情況

4.2 帶電檢測下檢修綜合風險分析

帶電檢測下變壓器狀態(tài)獲取成本為0.85 萬元，由于在該檢測手段下變壓器套管處于異常狀態(tài)，則需要盡快停電進行B 類檢修，其中檢修費用為10 萬元，檢修周期為10 天。為簡化分析，這里假定維修后設備完全正常運行，則不需要考慮因盲檢率而造成變壓器發(fā)生緊急故障所帶來的檢修損失。其綜合費用計算結(jié)果：R1=LJ1+CJ1+LW1=0.85+0+（1.15×60×24×10×0.07%+10）=22.44 萬元。

4.3 停電試驗下檢修綜合風險分析

傳統(tǒng)停電試驗檢測下變壓器狀態(tài)量獲取成本為5.48 萬元，由于該檢測手段下變壓器套管處于注意狀態(tài)，變壓器不需要進行檢修。但需要考慮盲檢率的影響，變壓器有可能在后續(xù)運行中出現(xiàn)緊急故障。同時為簡化分析，本文假定除主變的其他運行設備故障概率均為0。其綜合費用計算結(jié)果：R2=LJ2+CJ2+LW2=5.48+[（12×1.15×60+80）×2.3%+175.2×60×1.15×0.07%]+0=36.83 萬元。

4.4 檢修策略優(yōu)化分析

經(jīng)計算比較帶電檢測下的檢修費用優(yōu)于基于停電試驗的檢修費用，各項費用結(jié)果具體見表2。

表2 兩種檢測方式下各項費用明細

分析表明，兩種檢測方式所得評估結(jié)果不同在于停電試驗獲取狀態(tài)量的周期較長，未能及時發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體中CO 和CO2有明顯增長的趨勢。停電試驗下的檢修策略盡管避免了維修的費用和風險，但因盲檢而可能造成的故障損失巨大，使得電網(wǎng)無法可靠經(jīng)濟運行。而帶電檢測方式下的檢修策略雖然增加了維修的費用和風險，但可消除因盲檢而造成的故障損失，保障了電網(wǎng)的安全可靠經(jīng)濟運行。故選用以帶電檢測為主的檢修策略。

5 結(jié)論

本文建立了基于狀態(tài)量檢測方式的檢測策略經(jīng)濟性量化評估模型和風險量化模型以及計及檢測和檢修下的檢修策略優(yōu)化模型，實例分析驗證了以帶電檢測為主的檢修策略的適用性，有利于保證變電站供電的可靠性與經(jīng)濟性。