基于状态检修的变压器风险评估模型

赵辉，余益

(国网湖北省电力有限公司检修公司，湖北 武汉 430050)

1 引言

当前，传统维修方式造成的测试周期短，工程多，停电测试总是需要很长时间，导致设备可用性低，陪审率高。由于变电站和输电线路数量飞快增长，大量地区由于测试工作量大，重点不突出；试验项目的实施难以得到保障。为了改变过去不考虑设备状态，盲目延长测试周期的情况，电力设备维护从定期维护到状态维护。基于状态的维护是为了控制设备的维护成本，并通过消除不必要的设备维护来提高系统可靠性[1－3]。

状态检修的基础是信息收集，前提是状态评价，关键是风险评估。过去，电力设备的基本信息是分散的，难以整合和共享。准确评估设备状态是风险评估的前提，但状态评估涉及的状态信息较多，并且一些状态变量无法准确确定，例如运行检查中的状态会不断变化。如果没有建立广泛的设备信息系统，可以让相关部门实现信息共享和评估标准的自动评估，大型电网设备的状态评估就无从谈起。所以目前的风险评估大多基于理论研究，难以推广应用。大型电网设备的国家评估更是无从谈起。所以目前的风险评估大多基于理论研究，难以推广应用。大型电网设备的国家评价更是无从谈起。所以目前的风险评估大多基于理论研究，难以推广应用。

由于国家电网建立了生产管理系统(以下简称PMS)，可以对大型电网设备进行风险评估。PMS系统实现了生产全过程生产管理的标准化。PMS的设备中心子模块覆盖了各种电力设备信息的区域，操作中心子模块记录了设备的缺陷，测试报告和检查记录，并实现了该区域中设备的自动和手动评估。通过状态检修辅助决策系统。PMS系统的成功应用为风险评估提供了大量真实的信息来源，本文在PMS的基础上建立了一种新的变压器风险评估模式。

2 风险评估模型

2.1 传统变压器评估模型

由于变压器结构本身的复杂性是突发故障的不确定原因，因此很难准确预测变压器的健康指标。国内外对变压器风险评估模式进行了大量研究，本文采用英国EA公司的提出的设备健康老化公式[4]。

本文将变压器评价模型分为三个层次。一级评价模型包含厂家、规格及设计寿命、使用寿命、运行负荷和运行环境等指标，是设备投入运行后的固有属性，也是反映电力变压器状态最重要的指标。传统的二级评估模型中的油色谱图，油和糠醛测试仅用于变压器本体测试，而未考虑变压器套管，OLTC和非电保护装置测试。为使系统模型具有实用性，本文不再涉及新的模型参数，而是将装置的状态评价结果作为二级模型的参考值。根据国家电网发布的«变压器状态评估指南»，变压器状态评估涉及的内容远比传统的评估模型丰富。通过这几年的推广，运维单位开始根据评估指南记录变压器的运行、缺陷和测试信息，并通过PMS自动进行设备状态评估系统，对于我们来说也是二级评价模型最直接的参数。三级评价模型是主要故障与维修系数结合设备的维修、更换，由变压器故障和缺陷区域组成，这些也是自投运以来的运行记录。

2.2 模型介绍

(1)一级评价模型

介绍了英国EA公司的一个健康指标公式；该公式基于设备老化原理，可以反映设备健康指数随时间变化的情况。健康水平指数的计算公式为:

式中，HI0是设备的初始运行状况指标；HI是最终的设备运行状况指标；B是老化系数；T1是新设备年；T2是计算出的相应年份。

老化系数B由式(2)求得:

T′exp＝T2－T1是基于变压器设计寿命的变压器预期工作寿命。假设当变压器运行几年后，它的健康状况大大恶化，当其健康指数HI达到6.5时，事故发生率非常高。初始健康指数是变压器的初始运行，一般取值为0.5。因此，式满足以下关系:

电力变压器在产品设计中已基本确定其使用寿命。在本文中，根据设备的制造商和型号规格，我们可以使用负载系数fL和环境因素fE修改预期使用寿命Texp:

一般我们用变压器负载率β来描述变压器负载情况。变压器的负载系数fL如表1所示。

表1 变压器负载系数

变压器负载比β是平均负载的比率Save以及变压器在运行中的额定容量Se:

在不同地区和不同程度的环境污染中，年平均温度，湿度和局部污染水平对变压器的安全运行有很大影响。环境因素的值fE如表2所示。

表2 环境因素

得到老化常数B后，根据变压器健康指数公式，得到老化健康指数HI1。

式中，ΔT为设备运行寿命。

(2)二级评价模型

根据国家电网发布的«变压器状态评估指南»，变压器每个部件的状态如下:变压器本体包含一系列缺陷、异常情况、评估标准(运行检查)和测试的状态；外壳和冷却系统已运行检查；分接头和非电源保护设备已经过运行检查和测试。各部件的状态应为由状态恶化程度和权重共同决定的扣除值，该扣除值应等于基本点扣除状态值乘以权重系数的值。

表1 评价系数

HI2为二级评估模型修正的变压器健康指数。F1是变压器状态评价结果换算成的评价系数，反映了变压器的当前状态。对应关系见表3。

HI3是变压器的最终健康指数。F2是修正系数，累加变压器最终的缺陷等级:

最终缺陷水平＝一般缺陷次数×一般缺陷水平＋严重缺陷次数×严重缺陷水平＋紧急缺陷次数×紧急缺陷水平。

表4和表5中显示了缺陷等级和校正系数。

表4 缺陷等级

表5 校正系数

3 算例分析

利用PMS系统设备中心获取某220kV变电站2号主变相关参数。设备型号为SFPSZl－120000/220，变比电压为220/121/38.5，生产日期为1984年10月28日，投产日期为1985年7月27日。变电站运行环境为1级；空气污染等级为C级，近5年负荷和额定负荷百分比为0.69。变压器一级健康指标如下:

PMS系统状态检修辅助决策系统子模块将变压器的整体状态评价为严重状态。原因如下:由于控制回路故障，过电流阻塞异常(2号主变压器OLTC不能通电)，特定组成点开关；CO主变含油量测试增长率(%)为17.742，CO显着增加。综上所述，变压器的第二健康指标如下:

变压器缺陷处理情况从PMS系统运行工作中心近5年获得。最终的健康指数是:

从以前的分析来看，NO2变压器的健康水平为3～6.5，设备的表面已经相对明显地老化，并且老化过程开始明显上升。实践结果表明，本文的分析结果与当前设备的实际情况非常吻合。

4 结论

本文着重介绍了变压器在实际应用中的风险评估模型。我们对基于PMS系统的评估模型进行了重新分类，为220kV及以上主变提供检修策略。然而，电力变压器的风险评估模型是一个庞大而复杂的课题，本文得出的结论只是变压器健康指标作为风险评估分析的一个因素，还应继续改进评估模型以提供建议以便有效地检查和维修。