变压器状态量的优化分析

孙 翔，何文林，胡文堂，刘浩军

(浙江省电力试验研究院，杭州 310014)

0 概述

电力变压器作为电力系统的重要资产，承担着电力的变送、传输等任务，安全运行非常重要，任何意外都可能造成重大停电事故。如何避免意外停电、最大限度地缩短停电时间、减少设备维护费用、延长设备寿命、实现设备使用的最优化，已成为电力行业当前的重要课题，蕴含着巨大的经济和社会效益。

电力变压器的状态检修是以状态为基础，以预测状态发展趋势为依据，通过对设备状态科学化、精细化的评价，及时、有针对性地提出检修策略并安排检修计划，设备评价是状态检修工作的核心。但目前评价工作正处于起步阶段，评价工作量大而缺少针对性，需要筛选或补充的状态评价量包括试验数据、运行数据、巡视数据，优化和完善检测技术和检测设备。以变压器状态评价导则为基础，对评价状态量的检出有效性进行了分析，同时结合带电和在线监测技术的应用现状，提出了非停电检修策略的优化方向。

1 状态信息收集

变压器状态信息主要来源于巡检、运行和试验等手段发现的与设备性能密切相关的缺陷或故障，收集时对缺陷和故障应区别对待。缺陷是指利用目前的检测项目可发现的设备异常，属于可检信息，故障是指利用目前的检测项目未能检出的设备异常，异常进一步劣化后引发的设备停运和损坏事件，属于盲检信息。收集时由于下述2类原因引起的故障不应列入设备故障信息：通过目前的检测手段可发现，但限于运行检修人员素质，未能在故障前发现的情况；发现了缺陷，但由于某种原因不能进行处理而导致异常进一步劣化的情况。巡检、运行和试验手段可发现以下几个方面的缺陷和故障：

（1）巡检主要可发现外观、温度、油位、冷却系统、声响及振动等方面的缺陷。

（2）运行主要可发现不良运行工况、安全保护装置、冷却系统控制、油保护装置、油温测量装置、跳闸信号、差动保护动作信号等方面缺陷和故障。但如异常是由于继电保护系统引起的，不应列入。

（3）试验可分为停电试验和带电试验（包括带电检测和在线监测），统计时均应记录在内。记录带电试验获取的缺陷和故障时，不应将检测设备的缺陷和故障记录在内。

2 检出有效性的优化

2.1 检出的有效性

根据状态信息收集要求，对浙江电网2004—2010年的变压器异常情况进行了收集统计，总计获取状态信息783台次，即统计样本为783台次。按信息的获取方式可分为：巡检缺陷、电气试验缺陷、油试验缺陷和故障4类。运行方式发现的缺陷因需结合电气试验综合判断，不单独分列，将其列入电气试验缺陷内，同时将试验缺陷按照电气试验和油试验进一步细化分类。依据数理统计原理，检出有效性可按式（1）计算。

各类状态量获取方式的有效性如图1所示。从图中可以看出，783台次变压器状态信息中，巡检方式检出变压器缺陷675台次，检出有效性为86.2%；电气试验方式检出48台次，有效性为6.1%；油试验方式检出47台次，有效性为6.0%；故障13台次，未能有效检出，为1.7%。

图1 各类状态量的检出有效性

2.2 巡检状态量

巡检方式检出的675台次变压器缺陷中，各巡检状态量的有效性排序如图2所示。设备评价时，可选用硅胶变色、渗漏油、冷却系统异常、油位异常、油温异常、附件进水、红外测温异常、锈蚀和振动异常9类状态量参与设备评价。减少参与评价的巡检状态量3个，为套管外绝缘抗污水平，分接开关操作次数和绕组温度。

图2 巡检状态量的检出有效性

2.3 电气试验状态量

电气试验方式检出的48台次变压器缺陷中，各巡检状态量的有效性排序如图3所示。则设备评价时，可选用绕组变形、套管介损、直流电阻、铁芯绝缘和绕组介损5类状态量参与设备评价。减少电气试验状态量7个，为绕组直流泄漏电流、绕组绝缘电阻、纸绝缘聚合度和二次回路绝缘电阻等。

图3 电气试验状态量的检出有效性

2.4 油试验状态量

油试验方式检出的47台次变压器缺陷中，各巡检状态量的有效性排序如图4所示。设备评价时，可选用乙炔、总烃、氢气和油耐压4类状态量参与设备评价。减少参与评价的油试验状态量5个，为绝缘油介质损耗因数、油微水、含气量、油中糠醛含量和油简化试验。

3 故障信息分析

未能有效检出的13台次变压器故障信息可按套管受潮爆炸、套管头部烧损和二次引线绝缘失效引发设备停运分类，数量分别为4台次、1台次和8台次。其中第1类故障的主要原因为干式套管的顶部轴封或工艺螺丝进水受潮，属结构性设计和制造工艺问题，目前同类套管已经进行了更换，且制造厂调整了相关工艺，故障不会重复发生，盲检统计时可不考虑；第2类和第3类故障未能通过各种检测项目检出，进一步劣化致使变压器损坏，属于盲检。因此按目前的检修策略，变压器盲检率为1.2%，盲检率按式（2）计算。

图4 油试验状态量的检出有效性

综上所述，利用上述9类巡检、5类电气试验和4类油试验状态量即可保证变压器的盲检率为1.2%，即在保证评价结果准确性的前提下，通过24个状态量可完成导则[1]39个状态量的评价工作。同时，状态量优化工作需全面考虑变压器缺陷和故障时域和地域性特征，电网结构、设备制造质量和检修策略不同，会带来状态信息的差异，状态量筛选时需结合专家经验进行考虑。

4 检修策略优化

策略优化的主要目的：根据目前检测技术水平和状态信息样本，分析以非停电检测技术代替停电试验手段的可行性和安全性，提出非停电检测技术的研究方向。上述3类状态量获取方式中，巡检状态量可直接带电获得，不需进行策略优化，油试验状态量部分通过带电获得，部分停电获得，需优化；电气试验状态量多通过停电试验获得，需优化。策略优化主要对象为油试验和电气试验状态量。

4.1 油试验状态量

油试验手段获取的状态信息主要来源于本体油试验和套管油试验。本体油试验目前均可带电取样，即样本信息中涉及本体油试验的39台次状态信息均可带电获取；套管油试验目前还没有可行的带电检测技术或替代技术，即样本信息中涉及套管油试验的8台次状态信息目前只能利用停电试验手段获取，如采用非停电检修策略，属于盲检。

4.2 电气试验状态量

电气试验方式获取的状态信息主要来源于绕组变形测试、套管介损测试、直流电阻测试、铁心夹件绝缘电阻测试和绕组介损测试等项目。

（1）与绕组变形测试相关的状态信息均与变压器近区短路的不良工况相关，据相关管理要求，近区短路工况后需停电进行绕组变形测试[2]。因此样本中相关的16台次状态信息在检修策略优化时不需考虑。

（2）与铁心绝缘电阻相关的状态信息可利用铁心接地电流监测检出，可带电进行。因此样本中相关的5台次状态信息在策略优化时可利用铁心接地电流带电试验获取，不属于盲检。

（3）与绕组介损相关的1台次状态信息，通过换油的方式解决了本体介损较大的问题。因此如采用非停电检修策略可利用油介损检出，带电进行，不属于盲检。

（4）套管介损的带电和在线监测技术尚不成熟，需解决数据受环境影响而波动的问题，样本中相关的15台次状态信息在目前技术水平下如执行非停电检修策略，属于盲检。如技术水平进一步发展，解决数据受干扰的波动问题，则不属于盲检。

（5）直流电阻测试无对应的带电或在线监测项目，与其相关的状态量信息，总计11台次，需明确缺陷原因，确定漏检是否带来不良后果，同时确定是否可利用其他带电或在线方式检出，具体分析如下：2台次状态信息与套管顶部封盖与线圈引线接触处锈蚀有关，不属于盲检；3台次状态信息与导电接头松动有关，可利用巡检项目中的红外测温检出，不属于盲检；5台次状态信息与有载开关触头表面氧化有关，可利用有载开关性能带电检测装置检出，但该技术需通过进一步的现场应用，验证其技术性能，在目前技术水平下如采用非停电检修策略，属于盲检；1台次状态信息与变压器线圈有关，如采用非停电检修策略，属于盲检。

4.3 结果分析

综上所述，按目前非停电检测方式及检测水平，执行非停电检修策略，变压器的盲检信息为38台次，盲检率为4.9%，高于停电检修策略下的设备盲检率，在目前状态下执行非停电检修策略，设备安全性风险和可靠性风险均较大。需尽快研究新的非停电检测技术，并投入实用化应用。

套管介损、有载分接开关性能等带电检测技术成熟后，执行非停电检修策略，可消除盲检信息20台次，盲检率可降至为2.3%，基本与原检修策略下的盲检率持平。如进一步研发套管绝缘油色谱带电取样技术，可降低变压器盲检率，提高变压器运行的安全性和可靠性。检修策略的优化结果综合分析见图5。

图5 检修策略的优化结果分析

5 结论

（1）变压器缺陷和故障具有时域性和地域性特征，电网结构、设备制造质量和检修策略不同，会带来状态信息收集结果的差异，状态量筛选时需结合专家经验进行考虑。

（2）通过状态量检出有效性优化工作，在保证变压器盲检率不变的前提下，可将评价的状态量从39个减少至24个。

（3）在目前技术水平下，执行非停电检修策略，变压器的盲检率高于停电检修策略下的盲检率；套管介损和有载分接开关性能等带电试验技术成熟后，变压器盲检率将与原检修策略持平。

[1]张怀宇，朱松林，张扬，等.输变电设备状态检修技术体系研究与实施[J].电网技术，2009，33（13）:70-73.

[2]史振华，杨波.主变近区短路后电气试验的探讨[J].电力学报，2005，20（3）:277-279.

[3]浙江省电力公司.Q/GDW-11-106-2010油浸式变压器（电抗器）状态评价导则[S].2010.

[4]张润楚.数理统计学[M].北京：科学出版社，2010.