CN103578042B - 一种电力变压器可靠度层次化评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力变压器可靠度层次化评估方法，包括以下步骤：按照电力变压器的健康状态将电力变压器的可靠度分为基础可靠度、隐患状态可靠度和异常状态可靠度；对电力变压器的基础可靠度、隐患状态可靠度和异常状态可靠度分别进行评估。本发明提供的电力变压器可靠度层次化评估方法，能够根据电力变压器实际运行状态和经历对电力变压器可靠度进行评估，计算具体电力变压器在各种影响因素综合作用下的可靠度，从而为电力变压器的管理提供依据。

Description

一种电力变压器可靠度层次化评估方法

技术领域

本发明涉及一种对电气设备的评估方法，具体涉及一种电力变压器可靠度层次化评估方法。

背景技术

电力变压器在应用过程中受到负荷、环境的影响，会逐渐损耗老化。电力变压器可靠度是评价电网安全的重要指标，为了准确全面的评估设备的可靠度需要全面考虑设备运行状态、运行工况和运行环境的综合作用。

电力变压器结构上包括铁芯、一次绕组／二次绕组、套管、油箱和冷却系统，有时还带有辅助的外部冷却器及分接变换装置。原则上讲，所有这些组、部件都有可能发生故障，但其发生的概率差异很大。目前对电力变压器广泛使用的可靠度理论模型，主要基于实际运行设备的统计方法建立的，这种方法通常为对一类设备可靠度的一般性分析结果，缺乏对具体设备可靠度的针对性评估，无法提供进一步实施检修所需要的必要信息，无法对设备事故防御和检修策略实施提供必要的帮助。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电力变压器可靠度层次化评估方法，能够根据电力变压器实际运行状态和经历对电力变压器可靠度进行评估，计算具体电力变压器在各种影响因素综合作用下的可靠度，从而为电力变压器的管理提供依据。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种电力变压器可靠度层次化评估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：按照电力变压器的健康状态将电力变压器的可靠度分为基础可靠度、隐患状态可靠度和异常状态可靠度；

步骤2：对电力变压器的基础可靠度、隐患状态可靠度和异常状态可靠度分别进行评估。

所述基础可靠度为在电力变压器没有任何状态信息的可靠度；所述隐患状态可靠度为已知电力变压器经历了不良工况情况下的可靠度；所述异常状态可靠度为检测到电力变压器故障征兆后的可靠度。

所述不良工况包括过电压冲击、长期过负荷和出口短路。

所述步骤2中，基础可靠度为利用已知的电力变压器的资产信息和历史故障信息，对以往电力变压器故障进行统计，以初步评估电力变压器的可靠度；

电力变压器的年均故障率λ_0l表示为：

${\mathrm{\λ}}_{0l}=\frac{N_l}{N_{0l}}---\left(1\right)$

其中，N_l为电力变压器第l年非计划停运次数，N_0l为电力变压器第l年参与统计总台数；

电力变压器历年平均故障率λ₀表示为：

${\mathrm{\λ}}_0=\frac{1}{m}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^m{\mathrm{\λ}}_{0l}---\left(2\right)$

其中，m为参与统计的年份总数；

则电力变压器的基础可靠度R₀表示为：

$R_0=e^{-{\mathrm{\λ}}_{0}t}\×100\%---\left(3\right)$

其中，t为电力变压器的运行时间。

所述步骤2中，隐患状态可靠度为经历过不良工况但尚没有表现出异常征兆时电力变压器的可靠度；

1)电力变压器遭受过电压冲击后的可靠度R₁表示为：

$R_1={R_{01}}^{\sqrt{k}}\×100\%---\left(4\right)$

其中，R₀₁为电力变压器遭受单次过电压冲击的可靠度，k为电力变压器遭受过电压冲击的次数；

2)对处于长期过负荷的电力变压器，先根据环境温度、顶层油温和负荷水平估算绕组热点温度θ，再确定的热点温度下故障率λ₁，其表示为：

${\mathrm{\λ}}_1=6.4\×{10}^{17}\×\exp (-\frac{20615}{\mathrm{\θ}+273})---\left(5\right)$

则长期过负荷的电力变压器的可靠度R₂表示为：

$R_2=e^{-{\mathrm{\λ}}_1{t}^{\text{\′}}}\×100\%---\left(6\right)$

其中，t′为承受过负荷的累计时间；

3)电力变压器遭受单次出口短路冲击后的可靠度R_3j表示为：

$\left\{\begin{array}{ccc}{R}_{3j}=R_0& ,& \frac{i}{I}<0.8\\ R_{3j}=\frac{I^2-i^2}{0.65I^2}\&times;100\%& ,& 1>\frac{i}{I}>0.8\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，I为电力变压器允许短路电流，i为实际发生的出口短路电流；

当电力变压器遭受多次出口短路冲击后，其可靠度R₃表示为：

$R_3={\left({\mathrm{\&Pi;}}_{j=1}^n{R}_{3j}\right)}^{1/\sqrt{n}}\&times;100\%---\left(8\right)$

其中，n为电力变压器遭受出口短路冲击的次数；

4)当多个不良工况共同作用时，电力变压器的可靠度R₄表示为：

R₄=∏_i∈CR_i i=1，2，3 (9)

其中，C为共同作用的不良工况的集合。

所述步骤2中，异常状态可靠度是指在巡视检查、例行试验、带电测量或在线监测中发现特征指标异常时电力变压器的可靠度；

诊断电力变压器内部的缺陷，确定电力变压器可能的故障模式及其概率，根据故障模式量化故障后果，综合电力变压器的故障率与故障严重程度评估电力变压器的可靠度。

所述故障模式包括围屏放电、匝间短路、引线对地闪络、悬浮放电、油流带电、有载分接漏油、局部放电、进水受潮、分接开关故障、引线连接故障、绕组过热、铁芯多点接地和磁屏蔽故障。

评估所述异常状态可靠度具体过程如下：

确定故障模式F_i发生时异常状态特征量C_j异常的概率P_ij，同时通过故障统计获取电力变压器各类故障模式实际发生的概率P_i；利用贝叶斯公式确定当异常状态特征量C_j异常时，变压器故障模式F_i发生的概率λ_ij表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}\&times;P_i}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^d(P_{\mathrm{ij}}\&times;P_i)}---\left(10\right)$

其中，d为故障模式总数；

当多项异常状态特征量发生异常时，电力变压器故障模式F_i发生的概率λ_i表示为：

λ_i=∑λ_ij (11)

如果存在多种故障模式，则选取其中发生概率最大的作为最可能发生的故障模式，同时该电力变压器的故障率λ为：

λ=MAX{λ_i} (12)

于是，电力变压器的异常状态可靠度R₅表示为：

R₅=e^-λt×100％ (13)。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明将变压器可靠度按照所获取的信息水平，综合考虑运行状态、运行工况和运行环境对设备可靠度的影响，将变压器可靠度划分为基础可靠度、隐患状态可靠度和异常状态可靠度三个层次，并分别选择了有针对性的可靠度量化分析方法，因此计算得到的变压器可靠度评估结果更准确，更加符合实际情况，从而对工程应用更具有指导意义。

附图说明

图1是电力变压器可靠度层次化评估方法流程图；

图2是电力变压器异常状态可靠度评估流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种电力变压器可靠度层次化评估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：按照电力变压器的健康状态将电力变压器的可靠度分为基础可靠度、隐患状态可靠度和异常状态可靠度；

步骤2：对电力变压器的基础可靠度、隐患状态可靠度和异常状态可靠度分别进行评估。

所述基础可靠度为在电力变压器没有任何状态信息的可靠度；所述隐患状态可靠度为已知电力变压器经历了不良工况情况下的可靠度；所述异常状态可靠度为检测到电力变压器故障征兆后的可靠度。

所述不良工况包括过电压冲击、长期过负荷和出口短路。

所述步骤2中，基础可靠度为利用已知的电力变压器的资产信息和历史故障信息，对以往电力变压器故障进行统计，以初步评估电力变压器的可靠度；

电力变压器的年均故障率λ_0l表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}_{0l}=\frac{N_l}{N_{0l}}---\left(1\right)$

其中，N_l为电力变压器第l年非计划停运次数，N_0l为电力变压器第l年参与统计总台数；

电力变压器历年平均故障率λ₀表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}_0=\frac{1}{m}{\mathrm{\&Sigma;}}_{l=1}^m{\mathrm{\&lambda;}}_{0l}---\left(2\right)$

其中，m为参与统计的年份总数；

则电力变压器的基础可靠度R₀表示为：

$R_0=e^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{0}t}\&times;100\%---\left(3\right)$

其中，t为电力变压器的运行时间。

所述步骤2中，隐患状态可靠度为经历过不良工况但尚没有表现出异常征兆时电力变压器的可靠度；

1)电力变压器遭受过电压冲击后的可靠度R₁表示为：

$R_1={R_{01}}^{\sqrt{k}}\&times;100\%---\left(4\right)$

其中，R₀₁为电力变压器遭受单次过电压冲击的可靠度，k为电力变压器遭受过电压冲击的次数；

2)对处于长期过负荷的电力变压器，先根据环境温度、顶层油温和负荷水平估算绕组热点温度θ，再确定的热点温度下故障率λ₁，其表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}_1=6.4\&times;{10}^{17}\&times;\exp (-\frac{20615}{\mathrm{\&theta;}+273})---\left(5\right)$

则长期过负荷的电力变压器的可靠度R₂表示为：

$R_2=e^{-{\mathrm{\&lambda;}}_1{t}^{\text{\&prime;}}}\&times;100\%---\left(6\right)$

其中，t′为承受过负荷的累计时间；

3)电力变压器遭受单次出口短路冲击后的可靠度R_3j表示为：

$\left\{\begin{array}{ccc}{R}_{3j}=R_0& ,& \frac{i}{I}<0.8\\ R_{3j}=\frac{I^2-i^2}{0.65I^2}\&times;100\%& ,& 1>\frac{i}{I}>0.8\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，I为电力变压器允许短路电流，i为实际发生的出口短路电流；

当电力变压器遭受多次出口短路冲击后，其可靠度R₃表示为：

$R_3={\left({\mathrm{\&Pi;}}_{j=1}^n{R}_{3j}\right)}^{1/\sqrt{n}}\&times;100\%---\left(8\right)$

其中，n为电力变压器遭受出口短路冲击的次数；

4)当多个不良工况共同作用时，电力变压器的可靠度R₄表示为：

R₄∏_i∈CR_i i=1，2，3 (9)

其中，C为共同作用的不良工况的集合。

所述步骤2中，异常状态可靠度是指在巡视检查、例行试验、带电测量或在线监测中发现特征指标异常时电力变压器的可靠度；

如图2，诊断电力变压器内部的缺陷，确定电力变压器可能的故障模式及其概率，根据故障模式量化故障后果，综合电力变压器的故障率与故障严重程度评估电力变压器的可靠度。

所述故障模式包括围屏放电、匝间短路、引线对地闪络、悬浮放电、油流带电、有载分接漏油、局部放电、进水受潮、分接开关故障、引线连接故障、绕组过热、铁芯多点接地和磁屏蔽故障。

电力变压器的异常状态特征量主要包括变压器巡视检查情况(如表1所示)、继电器动作情况(如表2所示)、预防性试验(如表3所示)等。

表1

表2

表3

评估所述异常状态可靠度具体过程如下：

确定故障模式F_i发生时异常状态特征量C_j异常的概率P_ij，同时通过故障统计获取电力变压器各类故障模式实际发生的概率P_i；利用贝叶斯公式确定当异常状态特征量C_j异常时，变压器故障模式F_i发生的概率λ_ij表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}\&times;P_i}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^d(P_{\mathrm{ij}}\&times;P_i)}---\left(10\right)$

其中，d为故障模式总数；

当多项异常状态特征量发生异常时，电力变压器故障模式F_i发生的概率λ_i表示为：

λ_i=∑λ_ij (11)

如果存在多种故障模式，则选取其中发生概率最大的作为最可能发生的故障模式，同时该电力变压器的故障率λ为：

λ=MAX{λ_i} (12)

于是，电力变压器的异常状态可靠度R₅表示为：

R₅=e^-λt×100％ (13)。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种电力变压器可靠度层次化评估方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：按照电力变压器的健康状态将电力变压器的可靠度分为基础可靠度、隐患状态可靠度和异常状态可靠度；

步骤2：对电力变压器的基础可靠度、隐患状态可靠度和异常状态可靠度分别进行评估；

所述步骤2中，隐患状态可靠度为经历过不良工况但尚没有表现出异常征兆时电力变压器的可靠度；

1)电力变压器遭受过电压冲击后的可靠度R₁表示为：

$R_1={R_{01}}^{\sqrt{k}}\&times;100\%---\left(1\right)$

其中，R₀₁为电力变压器遭受单次过电压冲击的可靠度，k为电力变压器遭受过电压冲击的次数；

2)对处于长期过负荷的电力变压器，先根据环境温度、顶层油温和负荷水平估算绕组热点温度θ，再确定的热点温度下故障率λ₁，其表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}_1=6.4\&times;{10}^{17}\&times;\exp (-\frac{20615}{\mathrm{\&theta;}+273})---\left(2\right)$

则长期过负荷的电力变压器的可靠度R₂表示为：

$R_2=e^{-{\mathrm{\&lambda;}}_1{t}^{\&prime;}}\&times;100\%---\left(3\right)$

其中，t′为承受过负荷的累计时间；

3)电力变压器遭受单次出口短路冲击后的可靠度R_3j表示为：

$\left\{\begin{array}{cc}{R}_{3j}=R_0,& \frac{i}{I}<0.8\\ R_{3j}=\frac{I^2-i^2}{0.65I^2}\&times;100\%,& 1>\frac{i}{I}>0.8\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，I为电力变压器允许短路电流，i为实际发生的出口短路电流；

当电力变压器遭受多次出口短路冲击后，其可靠度R₃表示为：

$R_3={\left({\mathrm{\&Pi;}}_{j=1}^n{R}_{3j}\right)}^{1/\sqrt{n}}\&times;100\%---\left(5\right)$

其中，n为电力变压器遭受出口短路冲击的次数；

4)当多个不良工况共同作用时，电力变压器的可靠度R₄表示为：

R₄＝∏_i∈CR_i i＝1,2,3 (6)

其中，C为共同作用的不良工况的集合。

2.根据权利要求1所述的电力变压器可靠度层次化评估方法，其特征在于：所述基础可靠度为在电力变压器没有任何状态信息的可靠度；所述隐患状态可靠度为已知电力变压器经历了不良工况情况下的可靠度；所述异常状态可靠度为检测到电力变压器故障征兆后的可靠度。

3.根据权利要求2所述的电力变压器可靠度层次化评估方法，其特征在于：所述不良工况包括过电压冲击、长期过负荷和出口短路。

4.根据权利要求1所述的电力变压器可靠度层次化评估方法，其特征在于：所述步骤2中，基础可靠度为利用已知的电力变压器的资产信息和历史故障信息，对以往电力变压器故障进行统计，以初步评估电力变压器的可靠度；

电力变压器的年均故障率λ_0l表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}_{0l}=\frac{N_l}{N_{0l}}---\left(7\right)$

其中，N_l为电力变压器第l年非计划停运次数，N_0l为电力变压器第l年参与统计总台数；

电力变压器历年平均故障率λ₀表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}_0=\frac{1}{m}{\mathrm{\&Sigma;}}_{l=1}^m{\mathrm{\&lambda;}}_{0l}---\left(8\right)$

其中，m为参与统计的年份总数；

则电力变压器的基础可靠度R₀表示为：

$R_0=e^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{0}t}\&times;100\%---\left(9\right)$

其中，t为电力变压器的运行时间。

5.根据权利要求1所述的电力变压器可靠度层次化评估方法，其特征在于：所述步骤2中，异常状态可靠度是指在巡视检查、例行试验、带电测量或在线监测中发现特征指标异常时电力变压器的可靠度；

诊断电力变压器内部的缺陷，确定电力变压器可能的故障模式及其概率，根据故障模式量化故障后果，综合电力变压器的故障率与故障严重程度评估电力变压器的可靠度。

6.根据权利要求5所述的电力变压器可靠度层次化评估方法，其特征在于：所述故障模式包括围屏放电、匝间短路、引线对地闪络、悬浮放电、油流带电、有载分接漏油、局部放电、进水受潮、分接开关故障、引线连接故障、绕组过热、铁芯多点接地和磁屏蔽故障。

7.根据权利要求5所述的电力变压器可靠度层次化评估方法，其特征在于：评估所述异常状态可靠度具体过程如下：

确定故障模式F_i发生时异常状态特征量C_j异常的概率P_ij，同时通过故障统计获取电力变压器各类故障模式实际发生的概率P_i；利用贝叶斯公式确定当异常状态特征量C_j异常时，故障模式F_i发生的概率λ_ij表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}_{ij}=\frac{P_{ij}\&times;P_i}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^d(P_{ij}\&times;P_i)}---\left(10\right)$

其中，d为故障模式总数；

当多项异常状态特征量发生异常时，故障模式F_i发生的概率λ_i表示为：

λ_i＝∑λ_ij (11)

如果存在多种故障模式，则选取其中发生概率最大的作为最可能发生的故障模式，同时该电力变压器的故障率λ为：

λ＝MAX{λ_i} (12)

于是，电力变压器的异常状态可靠度R₅表示为：

R₅＝e^-λt×100％ (13)。