一种基于改进健康指数的变压器状态评估方法的研究＊

张瑜

（西安思源学院，陕西 西安710038）

1 引言

变压器作为电力系统中的关键设备，根据其使用环境的不同，平均寿命为25～40年。变压器在运行过程中，环境潮湿、运行发热等因素会引起绝缘老化，缩短变压器的寿命，导致运行故障，严重时甚至引起爆炸，因此变压器状态评价及寿命预测愈显重要。目前常用来评价变压器状态的方法有失效模式与效应分析（failure modes and effects analysis，FMEA）、基于可靠性的设备维修管理（Reliability Centered Maintenance，RCM）、基于风险的检验与失效分析和健康指数（HealthⅠndex，HⅠ）。

通过对离线检测、现场试验、实验室实验等结果进行分析得出，基于HⅠ技术评估变压器的健康状况是构建变压器维护维修计划的有效方法。在HⅠ规范中使用的数据包括油中溶解气体分析（Dissolved gas analysis，DGA）、呋喃化合物测定、绝缘纸聚合度（Degree of Polymerization，DP）检测、油品检测、功率因数试验、目视检查（冷却系统、腐蚀罐、接地系统）以及设备的常规安全检查。

2 参数和测试

变压器的诊断监测方法包括DGA、油品检测、呋喃化合物测定、功率因数试验、设备检验（有载分接开关、套管等）、负荷历史和目视检查。

2.1 油中溶解气体分析（DGA）

油中溶解气体分析（DGA）技术是诊断大型油浸式电力变压器局部放电、热故障和电气故障等早期潜伏性故障比较有效的方法，通过分析溶解在油中的油绝缘（H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2）和纸绝缘（CO、CO2）分解过程中形成的气体浓度，参照ⅠEC60599和ⅠEEEC57.104标准，DGA因子（DGAF）可由式（1）计算，变压器评级参照表1。

式（1）中：Si是表2中气体浓度对应分值；Wi为表2中相应气体权重系数。

表1 基于DGA因子的变压器评级

表2 气体浓度对应分值及其权重系数

2.2 呋喃化合物测定

在变压器运行过程中，由于热、氧化、酸和水分、纤维素的劣化会导致呋喃类化合物的产生，因此，基于ⅠEC 61198标准，呋喃类化合物的测定可用于评价变压器寿命。基于呋喃化合物的变压器评级如表3所示。

表3 基于呋喃化合物的变压器评级

2.3 油品检测

变压器油的质量，根据ⅠEC和ⅠEEE标准，从电气测试、化学测试和物理测试三个方面对测试结果进行分析，基于油品因子的变压器评级如表4所示。

表4 基于油品因子的变压器评级

油品因子（OQF）可由式（2）计算得出：

式（2）中：Si是表5中评价油品质量对应分值；Wi为表5中相应油品质量的权重系数。

表5 油品试验参数（符合ⅠEEEC57.106—2006标准）

3 基于HI的变压器状态评估方法

基于HⅠ的变压器状态评估方法，需要了解变压器绝缘系统的劣化程度、负荷运行特性等因素。基HⅠ的变压器状态评估分值可由式（3）计算：

基于HⅠ的变压器状态评分如表6所示，传统的HⅠ评价参数如表7所示。通常来说，一组HⅠ的确定数据需要多次测试，表中K为各测试项的权重系数，HⅠF为各试验参数的状态评价值。

4 基于改进HI的变压器状态评估方法

从表7可以看出，传统的HⅠ评价需要24项测试项来综合评估变压器的状态，而在实际应用中，许多参数没有明确的分级定义，而是需要现场工作人员依赖经验给与评级，导致HⅠ技术的实用性欠佳。

因此，本文将传统HⅠ方法中不能明确定义的测试项，如漏油、冷却器、底座、接地腐蚀等分组，使测试项具有更明显的辨别性，提出改进的HⅠ变压器状态评估方法，根据式（4）计算分值对变压器状态进行评估。

改进的HⅠ评价如表8所示。从表8可以看出，改进的HⅠ评价将测试项数量从24个减少到15个，删除了现场难以执行的呋喃化合物测定；针对传统的HⅠ评价中没有严格标准来细分的主罐腐蚀、冷却、油箱腐蚀、基础、接地、垫片、密封、漏油和油位等测试项，综合提出目视检查项，以对这些不明确的测试项进行分组。为评价目视检查，提出目视检查评分如表9所示。

表6 基于HⅠ的变压器状态评分

表7 传统HⅠ评价

表8 改进的HⅠ评价

表8 （续）

表9 基于目视检查的变压器状态评分

5 实测案例及结论

通过对陕西电力某供电局下辖的9所变电站中的26台变压器做案例研究，对比传统HⅠ评价和改进HⅠ评价计算得出变压器工况的不同评分。结果表明，与传统的HⅠ评价方法相比，改进的HⅠ评价的得分差异仅为3%（所有案例研究的平均值），两种方案的计算分值及评价结果相对相似，只有一个案例显示了不同的测试差异。

结果表明，本文提出的基于改进健康指数的变压器状态评估方法，可以在实际应用中降低运行成本，对变压器状态分析和战略规划具有重要意义。