基于模糊层次分析法的电力变压器技术寿命评估

赵紫东

（武汉大学珞珈学院，湖北 武汉 430000）

基于模糊层次分析法的电力变压器技术寿命评估

赵紫东

（武汉大学珞珈学院，湖北 武汉 430000）

本文基于模糊层次分析法进行电力变压器技术寿命评估，详述了技术寿命评估的流程以及实现方法，通过算例分析，证明模糊层次分析法在电力变压器技术寿命评估中应用的客观性与合理性。

电力变压器；模糊层次分析法；技术寿命；评估

作为电力系统的关键设备，电力变压器故障可能引发大面积停电或电网裂解，造成巨大的经济损失。为此，科学评估电力变压器的健康状态和技术寿命，延长电力变压器使用寿命一直是关注的焦点。目前，关于电力变压器技术寿命评估的研究，文献[1]提出基于变权的状态综合模糊评判法，该方法弥补了常权方法不能客观体现电力变压器部分参数偏离正常值影响其整体评估；文献[2]则基于模糊决策角度，提出了基于模糊多准则决策的电力变压器评估；文献[3]则基于在线监测技术，提出了基于现场的电力变压器技术寿命评估模式等。但依据全寿命周期参数对电力变压器评估指标进行构建所选择的科学评估指标和模式方面还存在很多缺陷。现以变压器整体健康程度为基础，构建层次型综合评估指标体系，并利用模糊层次分析法进行电力变压器技术寿命评估。

1 模糊层次分析法

模糊层次分析法是进行风险评估的基础，主要基于模糊数学的模糊矩阵进行表述。譬如为比较论域U={a1,a2,…,an}中两元素之间的重要程度，将重要程度指标表述为模糊矩阵R=(rij)m×m形式。模糊层次分析法避免了判断矩阵一致性检验的繁琐过程，计算简单。但在进行元素相互重要性比较时，仍采用9段标度描述方式，主观性强；对各层次指标元素矩阵权重向量求解过程，利用和行归一和方根方式，这种求解过程仅仅体现了模糊矩阵中对应一行矩阵元素的影响，精度低，且计算结果的精度不可控，因此，在具体应用时，需要运用多模糊层次分析方法。

（1）基于三标度方法建立具有互补型的模糊一致判断矩阵。三标度方法形式简单，方便判断矩阵建立，且有利于比较度量元素之间的重要性；三标度方法的形式不存在度量的不准确性，因此利用三标度方法可以有效降低专家打分的主观性。

（2）以和行归一法或者是方根法为基础，解析目标权重向量，并将其作为特征值法的初始值进行循环迭代。此种模式可以最大程度降低计算过程的迭代次数，且具有较快的收敛速度和较高的计算精度。

2 基于模糊层次分析法的电力变压器技术寿命评估

2.1 评估指标体系建立

以《电力设备预防性试验规程》（DL/T536-1996）为基础，分析整理电力变压器产生故障的原因，并根据各组件的区别，建立电力变压器技术寿命层次型综合评估指标，具体如图1所示。

图1 电力变压器技术寿命评估指标体系

2.2 评估方法及流程

模糊层次分析方法灵活、易于理解且操作简单，基于模糊层次分析法的电力变压器技术寿命评估主要有以下几个步骤。

（1）确定评价指标隶属度，并对各评估指标进行统一量化处理。隶属度确定方法如下所示：

设论域U 中含有某模糊矩阵A，对U中所有元素xi∈U ，均指定区间[0,1]中的一个数A(xi)∈[0,1]相对应，则A(x)变为元素x对A 的隶属函数，当A(xi)距离1越近，表明xi从属于A程度高。在进行电力变压器技术寿命评估过程，要进行不同量纲、数量级的评估指标隶属化处理，对于越接近1的隶属度，指标性能越好。针对定性指标隶属度的处理要遵循减分原则；而对于定量指标的隶属度求取，则依照梯形模糊分布获得偏小型与偏大型隶属度。即：

其中xi表示第i项指标的实测值；a表示指标的下限值；b表示评价指标的上限值。具体大小依据《电力变压器运行规程》与《电力设备预防性试验规程》进行确定。

（2）利用模糊层次分析法对各层次的评估指标权重进行确定。具体确定方法为：

将优先关系矩阵变换为模糊一致矩阵R=(rij)m×m，首先对F=(fij)n×n依照行进行求和，接着进行行与行变换，生成元素rij。利用和行化一法获得初始权重向量，即首先求R每行中各元素和，再求矩阵中不含对角线元素和，进而得出指标初始权重向量：

（3）利用评估指标隶属度和自身权重，结合欧式贴近度公式，求解子项目待评估变压器各部件的健康状态HIci，在此基础上，得到待评估电力变压器的最终健康状态值HI 。欧式贴近度公式如下所示：

（4）依据健康状态值，计算待评估电力变压器的技术寿命。具体计算方法如下。

其中，HI0代表初始的健康状态值，B则代表部件老化的系数，T则表示变压器运行时间。一般电力变压器寿命为30a，其初始健康状态值为0.95。如果电力变压器部件老化严重，必须退役，这时其健康状态值HItuiyi=0.2，则老化系数B可通过下式求得：

电力变压器的技术寿命则是在额定运行条件下，从健康状态值到退役健康状态值经历的时间。

3 算例分析

某电力变压器，型号为SFPSZ1-120000/220，在1989年投入运行，数据及资料是在2002年采集，通过整理分析，所得结果如下：铁芯接地电流从C11，0.0374A；铁芯物理故障C12，128.9%；绕组变形程度C21，5.488dB；油箱体变形度C31，1.12；糖醛含量C41，0.46mg/L；油中含水量C51，21mg/L；油介损C52，2.5%；氢气含量C53，92.1μL/L；乙炔含量C54，3.2μL/L；总烃绝对产气量C553.7mL/d；相对产气量C566.2%/月；套管末屏对地介损C610.43%；套管电容变化C622.12%；绝缘电阻C711.73MΩ。调压分接开关运行工况C72，储油柜有轻微的渗透油出现；冷却系统运行工况C81，油泵工作正常，风扇有少许噪声产生；其余组件运行工况C91，除了绕组热点测温计失效外，其他组件检测均正常；外部环境，年平均气温15.3℃，气候干燥，且有轻微污染；预计运行负荷率，未来预计平均负荷率为0.9。

（1）依据上节的处理方式，对各评估指标的隶属度进行计算，结果如表1所示，取小数点后两位。

表1 评估指标隶属度及权重值

（3）依照上节中的步骤，计算获得各评价指标权重如表1所示。

4 结语

本文利用三标度法及和行归一法方法优化模糊层次分析方法，并将优化的模糊层次分析法应用到电力变压器技术寿命评估当中，并以变压器整体健康程度作为基础，建立层次型综合评估指标并进行评估。详述了具体评估方法和步骤，通过结果分析发现该评估模型的科学合理性。

[1]李翊，肖登明， 乐弘习. 糠醛含量分析与变压器剩余使用寿命的研究[J]. 华东电力，2011,39(5):770-772.

[2]张琳，李长俊，苏欣，等. 模糊层次分析法确定管线风险因素权重[J]. 石油机械，2006,34(6):43-45.

[3]唐川，宁成千，张鹏，等. 基于蒙特卡洛的模糊层次分析法在埋地管线腐蚀影响因素分析中的应用[J]. 全面腐蚀控制，2009,23(10):16-19.

[4]杨丽徙，包毅，张丹. 配电网综合评估体系的研究[J]. 郑州大学学报工学版，2005,26(3):106-108.

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1671-0711（2017）06（下）-0161-03