计及环境-电气-机械多参量的配网设备状态评价

赵路佳，刘 洋

(华北电力大学工程训练中心，河北 保定 071003)

0 引言

状态检修作为建设坚强智能电网的关键技术之一，在很大程度上克服了传统计划检修不足和检修过剩的缺点，取得了良好的效果[1,2]。在配网设备状态检修工作中，一个非常重要的基础就是状态评价，评估电气设备的健康值以及潜在故障的发展趋势。

现在还需探索出一种更加接近配网关键设备实际运行状况的状态评价方法，能够全面考虑到可能影响设备运行状态的因素。故本文提出了一种计及多参量的综合评价方法，使其能全面评价设备的运行情况，在状态检修中发挥重要的作用。

1 融合环境-机械量的新指标体系

现有的研究成果多基于配电网关键设备的实时运行信息来对设备的状态进行评估，忽略了设备历史运行数据和定期巡检数据对设备状态的影响。作为改进，本文根据物联网感知体系的特点将配网设备的运行信息分为台账信息、实时运行信息、巡检和停电试验信息三类，构建了综合考虑多时段运行信息来对设备运行状态进行评价的一次改进指标体系。

其次，现行的主流评价方法在状态量的选取上大多基于电气指标，忽略了环境指标、机械指标对于配电关键设备状态评价的影响，故为了使设备的运行状态评价尽量科学、全面、合理，本文在提出的状态评价一次改进指标体系基础上，进行了二次修正，在考虑电气参量的同时加入了环境参量和机械参量。仍以配电变压器为例，二次修正后的设备运行状态综合评价指标体系如图1所示。该指标体系是在国家电网[3]和南方电网公司[4]所做工作的基础上，查阅了相关文献并与运维方面专家讨论，能较全面地准确地反应配电设备健康状态，其中方框框起部分为修正加入的环境参量和机械参量。

图1 二次修正后的评价指标体系

2 综合评价

在建立了计及环境-电气-机械多参量的设备状态评价指标体系基础上，考虑到不同参量劣化差异性给权重系数分配带来的影响及进一步提高权重系数的适用度和精度，采用基于“短板效应”抑制的改进型的层次分析法确定各权重，在此基础上将其与模糊理论结合，提出基于改进层次分析及模糊理论结合的综合评价方法。

2.1 基于层次分析法的权重初步确定

本文应用层次分析法初步确定权重系数的步骤如下：

1) 使用数字1-9及其倒数作为标度来相互比较各指标之间的重要度，建立判断比较矩阵：

(1)

2) 计算状态量指标重要程度排序，记判断比较矩阵的最大特征值为λmax并求出其特征向量，归一化得到主观权重向量。

3) 一致性检验，为避免该权重计算方法太多主观性带来的片面，还要对结果进行一致性检验：

(2)

(3)

式中，CR为判断比较矩阵的随机一致性比率，CI为一般一致性指标，RI为随机平均一致性指标值。

当CR<0.1的时候，认为判断矩阵的一致性是通过的，否则需要修正判断矩阵。

2.2 基于“短板效应”抑制的权重调整

记各个状态量对应的健康指数为HIi，设ωi为配电设备指标Ui对应的初步权重。

wi=wi(HI1,HI2,…,HIn)i=1,2,…,n

(4)

变权目的是为了突出状态量指标的劣化程度，因此假设极端情况，Ui在最严重状态，且其他状态量指标都设为优秀，此时的权重记为woi，其值可以通过专家评定得到，当专家评定困难，且n≥3可以按照公式(5)进行计算[5]：

(5)

设经变权处理后的向量集为W′。

(6)

式中γi(HIi)非负不增有界函数，表示为：

(7)

(8)

通过上述变换方法，可以根据设备状态量的实际劣化程度对权重向量值进行灵活变换，更好地反映设备实际运行状况。

2.3 基于模糊理论的设备状态评价

本文在充分调研各个方法优缺点和供电公司物联网状态感知应用现状的基础上，采用模糊综合评价法对配网设备状态进行评价，具体方法步骤如下：

1) 建立因素集U(被评价对象的状态量指标)，由于配电设备状态量指标具有单位不同、数量级不同、量纲不同、属性值导向不一致等特点[6]，需要统一的衡量尺度对设备状态量健康程度进行规范化处理。最直观有效的方式是百分制，针对每个状态量指标的劣化程度，从0到100打分，以60分为危险阙值，100表征状态量无劣化。

2) 建立评价结果等级的评价集V，设vi为影响指标的评价等级，等级数为5。

3) 权重集是指某因素对被评价对象的权重，设u1,u2,u3,…,u22的权重分别为w1,w2,w3,…,w22，且满足总权重和为1。

4) 计算综合评价矩阵R，R为U与V的模糊关系矩阵(模糊隶属矩阵)，定义为矩阵内元素rij为影响因素ui在评价等级vj上的隶属度。

5) 计算综合评价结果Vresult

Vresult=vk
k={j|max(bj,j=1～m)}

.

(9)

本文参考《Q_GDW 645-2011配网设备状态评价导则》和专家意见将配电变压器的状态分为表1中各个等级。

表1 模糊评价等级

3 算例及其分析

本文以河北保定市某10 kV油浸式变压器为研究对象，具体参数如表2所示。

表2 河北保定市某10 kV油浸式变压器运行历史数据

以该变压器2013-2017年的在线监测数据为例，量化到各个打分值，进行综合评价。可得到近五年的最终得分如表3所示。

表3 油浸式变压器五年的最终得分值

由表3可见，该变压器在2015年发生绝缘电阻故障后得分一度下降，经过检修后虽然回升，但是仍然低于2013年值。

4 结论

配电网关键设备的状态评价是一个涉及到设备内部和外部参量的一个多因素评价问题。本文采用计及多参量的指标体系以及综合评价法对配电网关键设备进行状态评价，并实例进行验证计算，说明对设备状态进行的评估准确科学且合理。这也将对设备的检修决策具有极其重要的意义。