CN104765970A - 一种高海拔电力设备状态评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高海拔电力设备状态评价方法，包括如下步骤：1）确定状态参数项；2）根据各状态参数项对设备状态的重要程度，确定其权重系数；3）将权重系数按海拔影响进行修正；4）根据各类试验与辅助信息，获取各状态参数项的打分值；5）综合所有状态参数项的打分结果，获得高海拔电力设备运行状态总得分；6）根据高海拔电力设备运行状态总得分和事先定义的状态得分区间评价设备状态。本发明能够解决高海拔下电力设备的状态评价问题，为指导高海拔电力设备状态检修提供基础。

Description

一种高海拔电力设备状态评价方法

技术领域

本发明涉及高压电力设备状态评价技术领域，具体地说是涉及一种高海拔电力设备状态评价方法。

背景技术

对于高海拔地区对在运设备的影响，目前主要从设备制造阶段进行控制，在运行维护技术方面的研究，目前国内外相关研究尚未见报道。目前对于高海拔地区使用的变压器，现行标准中主要考虑两点。一是外绝缘间隙，也就是套管和套管之间的距离。GB1094.3-2003规定，海拔大于1000m后，随着海拔高度的增加，要逐步加大套管间距。通常油浸式变压器外绝缘距离按每上升100m加大空气间隙1%。二是温升。GB1094.2规定，海拔大于1000米后，随着海拔高度的增加，要逐步降低温升限值。通常每上升500m为一级，测得的温升不得超过按级降低的温升限值。油浸自冷式变压器为每升高500m降低2%；油浸风冷及强油风冷式变压器每升高500m降低3%；干式自冷式变压器每500m降低2.5%；干式风冷式每500m降低5%。

电气设备状态的分析和评估方法，目前大致有关键性指标法、评分法和基于信息冗余技术的方法三种：

（1）根据某些关键性指标来对设备状态进行评定[11-13]。印尼国家电力公司的Y.Tamsir等人提出的基于热应力的变压器状态评价方法就属此类。考虑到热应力在设备老化过程中的重要作用,当它处于过热或者严重超载运行的时候，其绝缘特性将受到很大影响，设备发生故障的概率和风险也将增大，故他们采用顶层油温、负荷比、热点温度、油界面张力、产气量以及产气率等参数，结合神经网络对变压器状态进行评估[14-20]。荷兰代尔夫特理工大学的J.Smit和E.Gulski也开展了对电缆、变压器及GIS诊断手段的研究和探讨，他们针对不同的电力设备采取不同的特征指标和诊断方法，然后根据这些诊断标准来确定设备的健康状态。这种方法评价流程简单，需要收集的状态量少，易于实施，但是由于信息来源比较单一，常常不能反映设备的全面状态，评价结果的可靠性比较低，因此在实际中使用也比较少。

（2）基于信息冗余技术的方法。在设备评定过程中需要处理大量的数据信息，这些信息又有着不同的特点，由此产生了许多不同的冗余技术。针对信息的不确定性，产生了基于登普斯特－谢弗(Dempster - Shafer,简称D-S)证据推理的方法；针对信息差异间过渡过程所造成的边界模糊性，产生了基于模糊理论的评估方法[26-29]；针对信息的不完整性，产生了基于灰色理论的评估方法。这些方法的算法比较复杂，操作性比较差，其评估结果能否真实反映设备的实际健康状态尚存一定质疑。

（3）评分法。与前述的评估方法相比，评分法对设备状态的考察更全面，操作起来也更为简单[13, 16, 21-26]。其做法是根据特征量大小，参考评分标准对设备进行打分，最后考虑到不同特征量的权重对所有特征量进行综合，得出设备状态的最终分值。加拿大Powertech Labs公司的Nick等人便开发出了一套软件程序根据各测试项的测试值、运行历史和寿命等自动计算出设备的健康指标，从而确定变压器的状态等级。这种采用阈值和评分规则的方法操作性比较好，容易应用于生产和管理，对开展状态检修具有一定的指导意义。

国家电网公司制定的各类设备状态评价导则均采用了评分法，在实际生产中的应用也取得了比较理想的效果。但是这些导则并没有考虑设备运行在高海拔环境下的特殊问题，直接用于高海拔设备的状态评价缺乏足够的合理性。

发明内容

本发明的目的在于解决高海拔下电力设备状态评价的问题，提供了一种基于权重系数海拔修正的打分评价法，该方法能够考虑高海拔环境因素对设备运行的影响，且简便易行、可操作性强。

一种高海拔电力设备状态评价方法，利用理论分析和运行数据与海拔高度的相关性分析得到海拔对设备运行状态的影响规律，然后在常规设备状态打分评价的基础上进行海拔修正，最后通过总得分反映高海拔设备运行状态，具体包括如下步骤：

1）确定评价高海拔电力设备状态所需要的状态参数项 表示参数项的个数；

2）根据各状态参数项对设备状态的影响程度，确定其权重系数；

3）分析海拔高度与各状态参数项的定量关系，将其权重系数修正为海拔高度 的函数；

4）利用高海拔电力设备出厂试验结果、交接试验结果、预防性试验结果、在线监测数据、带电检测结果、例行巡检记录等信息，获取各状态参数项对应的打分值；

5）综合所有状态参数项的打分结果，获得高海拔电力设备运行状态总得分：

                               

6）根据高海拔电力设备运行状态总得分和事先定义的状态得分区间评价设备状态。

本发明进一步的改进在于，步骤3）的具体操作为：

31）针对高海拔下空气密度低导致的外绝缘下降和散热困难问题，将与之相关的状态参数项对应的权重系数进行指数修正；针对高海拔下强紫外辐射导致有机材料性能和大昼夜温差导致的材料形变和应力问题，将与之相关的状态参数项对应的权重系数进行线性修正；

32）指数修正原则为：海拔1000m以下不修正，海拔4000m以上取评价系统中最大的权重系数，则指数修正公式为

33）线性修正原则为：海拔1000m以下不修正，修正之后权重系数不大于评价系统中最大的权重系数，权重系数增加不超过1，则线性修正公式为

本发明一种高海拔电力设备状态评价方法与现有技术相比较有如下有益效果：现有的各类设备状态评价导则均采用了评分法，在实际生产中的应用也取得了比较理想的效果。但由于这些导则并没有考虑设备运行在高海拔环境下的特殊问题，直接用于高海拔设备的状态评价缺乏足够的合理性。本发明对评分法中的权重系数进行了海拔修正，能够更加准确合理的评价高海拔地区电力设备的运行状态。且本发明方法简便易行、可操作性强。

附图说明

本发明一种高海拔电力设备状态评价方法有如下附图：

图1是本发明一种高海拔电力设备状态评价方法指数修正示意图；

图2是本发明高海拔电力设备状态评价方法线性修正示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明高海拔电力设备状态评价方法技术方案作进一步描述。

如图1－图2所示，本发明一种高海拔电力设备状态评价方法，利用理论分析和运行数据与海拔高度的相关性分析得到海拔对设备运行状态的影响规律，然后在常规设备状态打分评价的基础上进行海拔修正，最后通过总得分反映高海拔设备运行状态，具体包括如下步骤：

1）确定评价高海拔电力设备状态所需要的状态参数项表示参数项的个数；

2）根据各状态参数项对设备状态的影响程度，确定其权重系数；

3）分析海拔高度与各状态参数项的定量关系，将其权重系数修正为海拔高度 的函数；具体操作为：针对高海拔下空气密度低导致的外绝缘下降和散热困难问题，将与之相关的状态参数项对应的权重系数进行指数修正；针对高海拔下强紫外辐射导致有机材料性能和大昼夜温差导致的材料形变和应力问题，将与之相关的状态参数项对应的权重系数进行线性修正。

指数修正原则为：海拔1000m以下不修正，海拔4000m以上取评价系统中最大的权重系数，则指数修正公式为

线性修正原则为：海拔1000m以下不修正，修正之后权重系数不大于评价系统中最大的权重系数，权重系数增加不超过1，则线性修正公式为

4）利用高海拔电力设备出厂试验结果、交接试验结果、预防性试验结果、在线监测数据、带电检测结果、例行巡检记录等信息，获取各状态参数项对应的打分值；

5）综合所有状态参数项的打分结果，获得高海拔电力设备运行状态总得分：

                              

6）根据高海拔电力设备运行状态总得分和事先定义的状态得分区间评价设备状态。

为了对本发明进一步了解，现对其原理做一说明。

空气中放电电压随其密度增大而加大，这是由于随着密度增加，空气中电子的平均自由程缩短，电离过程减弱。随着海拔高度增加，大气压力下降，从而其相对密度也下降，无论是空气间隙的放电电压、电晕起始电压还是污闪电压都会随着海拔高度的升高而降低。海拔高度越高，输变电设备的外绝缘问题就越突出。

利用校正因数可以将绝缘水平换算到标准大气条件下，或者将标准大气条件下的测量结果换算到运行大气条件下。国家标准GB311-2012规定，对于海拔高于1000m，但不超过4000m处的设备外绝缘绝缘强度应该进行海拔修正，耐受电压的海拔修正系数为

                                                            

式中：

q——与耐受电压类型及绝缘结构有关的参数。

H——海拔高度。

上式表明同一外绝缘结构的绝缘强度随着海拔高度的增加呈指数关系下降。假设某一外绝缘结构存在设计或运行中产生的隐患，可以认为其对设备安全运行的威胁也随着海拔高度的升高呈指数增加，所以在高海拔下，外绝缘相关的参数项权重系数应该随海拔做指数修正。

海拔对变压器散热的影响可以最终归结到对对流换热系数的影响。美国军用标准规定，低于5000m以下的高空，如果忽略空气温度的变化，可以按照下式计算海拔高度对于空气散热的影响

                                                       

式中：

——海拔h处的自然对流换热系数；

——海平面上的自然对流换热系数；

、——高海拔和海平面处的大气压力。

上式表明散热热阻随海拔高度的增加而线性增加。对于以自然对流，强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品，由于散热能力随着海拔升高而下降，温升相应地增加。研究表明，在海拔5000m以下范围内，每升高1000m，温升增加3%到10%。

国家标准GB/T20635-2006规定，高海拔电力设备温升的校正因数按下式进行计算。

                                                     

式中：

——高海拔地区设备的允许温升，K；

——海拔1000 m以下地区设备的允许温升，K；

——使用地区的海拔高度，m。

上述两点表明，一方面如果不改变散热结构，高海拔下设备运行温升会增加；另一方面，如果不改变试验条件，用在高海拔下的设备允许温升就要降低。参考以上工程经验和标准，对高海拔直流电力设备散热问题的关注程度（权重系数）也应该随海拔进行指数修正。

由于高海拔地区空气稀薄,太阳中较多的紫外线可以穿过大气层到达地面,紫外线辐射强度较大,年紫外线辐射总量远远高于其他地区,在此地区运行的户外有机绝缘子在强紫外线的辐射下对复合绝缘子表面会产生老化作用,降低表面憎水性,导致绝缘性能急剧下降,甚至引发闪络事故,造成巨大损失。

高海拔地区地面上空气稀薄，水汽尘埃含量也少。白天太阳辐射到达高海拔地面过程中，不仅通过大气的路程短，且稀薄的气体对其削弱也少，因此，地面得到的太阳辐射多，气温相对较高；夜晚因稀薄的气体对地面的保温作用弱，气温迅速下降。因此，高海拔地区昼夜温差很大，对温差敏感型的绝缘材料非常不利。

实施例1。

高海拔地区电力设备状态评价方法的实施例：

以高海拔地区换流变为例，说明高海拔地区电力设备状态评价的实际操作方法。

状态评价工作主要由状态参数项收集，状态参数项构成及权重分析与状态评价三部分构成。状态参数项就是直接或间接表征设备状态的各类信息，包括数据、声音、图像、现象等。分为一般状态参数项，即对设备的性能和安全运行影响相对较小的状态参数项；重要状态参数项，即对设备的性能和安全运行有较大影响的状态参数项；参考状态参数项，即对判断设备状态具有参考价值的各类信息，如家族缺陷、以往缺陷情况等。状态评价即利用收集到的设备各类状态信息，依据相关标准，确定设备状态和发展趋势。状态参数项的构成与权重分析主要是对设备的各类信息进行收集后的整理分类与重要性判断工作。状态参数项主要由原始资料、运行资料、检修资料与其他资料构成。原始资料主要包括铭牌参数、型式试验报告、定货技术协议、设备监造报告、出厂试验报告、运输安装记录、交接验收报告等构成。这部分内容在设备投运前已经确定。运行资料主要包括运行工况记录，历年缺陷及异常记录、巡检情况、不停电检测记录等。这部分内容由运行巡检人员记录。检修资料主要包括检修报告、试验报告、诊断性报告、有关反措施执行情况、部件更换情况、巡检记录等。这部分内容由检修人员记录。其他资料包括主要同类型设备的运行、修试、缺陷和故障情况，相关反措施执行情况、其他影响电网安全稳定运行的因素等。

各状态参数项权重的确定主要是按照状态参数项对设备安全运行的影响程度。随着海拔的升高，空气密度降低，外绝缘的绝缘强度、设备的散热、昼夜温差以及紫外辐射条件随之恶化，与这些因素相关的参数项权重系数随海拔进行相应的修正。

实时评价采用打分的方式对设备部件和整体分别进行评价。对单个状态参数项，根据其劣化程度从轻到重分为四级，分别为I、II、III和IV级，对应分别扣2、4、6、8分。对部件进行评价时，综合考虑单项扣分和部件总体扣分，针对不同设备的状态划分界限不同。整体评价时取各部件评价结果最严重的状态作为整体状态，只有所有部件评均为正常状态时，整体评价才是正常状态。

状态评价系统需要首先将系统主设备的铭牌参数、型式试验结果、出厂试验结果、交接试验结果、设备运行的海拔高度等原始资料和已知其他资料录入。在运行中按参数项将巡检情况、异常记录等进行随时填报，定期录入预防性试验及状态检修试验结果，对设备状态进行连续监测。同时将安装在现场各设备上的在线监测系统与状态评价系统对接，自动实时评价部分状态参数项。根据各设备打分及评价标准，评价系统给出各主设备当前状态，包括正常状态，注意状态，异常状态和严重状态。正常状态的设备处于稳定且在规程规定的警示值、注意值以内，可以正常运行。注意状态表示设备可以继续运行，应加强运行中的监视。异常状态下设备应监视运行，并适时安排停电检修。严重状态时设备存在重要状态参数项严重超标，需要尽快安排停电检修。

同一外绝缘结构的绝缘强度随着海拔高度的增加呈指数关系下降。假设某一外绝缘结构存在设计或运行中产生的隐患，可以认为其对设备安全运行的威胁也随着海拔高度的升高呈指数增加。对于以自然对流，强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品，由于散热能力随着海拔升高而下降，温升相应地增加。研究表明，在海拔5000m以下范围内，每升高1000m，温升增加3%到10%。综上，设备温升与海拔之间也大致满足指数关系，因此权重系数也应该做指数修正。随着海拔的升高，昼夜温差增大，紫外强度和风沙环境也更加恶化。假设这些因素都随着海拔的变化而线性变化，则与这些因素相关的状态评价项权重系数也应该进行线性修正。

高海拔对电气设备外绝缘，散热，以及有机材料老化，温度敏感型材料的脆断有直接影响。因此，有这些因素相关的参数项在高海拔下应该受到更多的重视，即其权重系数应该得到修正。对于换流变而言，部分需要修正的参数项以及修正原因列于表1至表3。

表 1  换流变压器本体部件需要进行海拔修正状态参数项及修正原因分析

表 2  换流变压器套管部件需要进行海拔修正状态参数项及修正原因分析

表 3  换流变压器冷却部件需要进行海拔修正状态参数项及修正原因分析

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高海拔电力设备状态评价方法，利用理论分析和运行数据与海拔高度的相关性分析得到海拔对设备运行状态的影响规律，然后在常规设备状态打分评价的基础上进行海拔修正，最后通过总得分反映高海拔设备运行状态， 

其特征在于所述的方法包括如下步骤：

1）确定评价高海拔电力设备状态所需要的状态参数项                                                表示参数项的个数；

2）根据各状态参数项对设备状态的影响程度，确定其权重系数；

3）分析海拔高度与各状态参数项的定量关系，将其权重系数修正为海拔高度 的函数；

4）利用高海拔电力设备出厂试验结果、交接试验结果、预防性试验结果、在线监测数据、带电检测结果、例行巡检记录等信息，获取各状态参数项对应的打分值；

5）综合所有状态参数项的打分结果，获得高海拔电力设备运行状态总得分：

     ；

6）根据高海拔电力设备运行状态总得分和事先定义的状态得分区间评价设备状态。

2.根据权利要求1所述的高海拔电力设备状态评价方法，其特征在于：所述的步骤3）的具体操作为：

31）针对高海拔下空气密度低导致的外绝缘下降和散热困难问题，将与之相关的状态参数项对应的权重系数进行指数修正；针对高海拔下强紫外辐射导致有机材料性能和大昼夜温差导致的材料形变和应力问题，将与之相关的状态参数项对应的权重系数进行线性修正；

32）指数修正原则为：海拔1000m以下不修正，海拔4000m以上取评价系统中最大的权重系数，则指数修正公式为

；

33）线性修正原则为：海拔1000m以下不修正，修正之后权重系数不大于评价系统中最大的权重系数，权重系数增加不超过1，则线性修正公式为

。