CN107122557A - 一种变压器分体冷却系统效能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器分体冷却系统效能评价方法，其包含以下步骤：S1、运用ADC法建立变压器分体冷却系统的可用性矩阵、可信性矩阵，以分别得到可用因数A和可信因数D；S2、运用ADC法，通过建立多层次的能力向量建立变压器分体冷却系统的能力矩阵，并利用层次分析法求解能力因数C；S3、运用E=ADC计算得到变压器分体冷却系统的效能。其优点是：该评价计算方法可大大提高冷却系统的运维、改造有效性；该方法基于分体冷却系统的四个维度数据进行计算，数据皆能够从运行数据获取，获取容易；对于适用各类分体冷却系统没有特殊要求，便于推广使用。

Description

一种变压器分体冷却系统效能评价方法

技术领域

本发明涉及大型分体冷却变压器技术领域，具体涉及一种变压器分体冷却系统效能评价方法。

背景技术

由于城区的用电负荷快速增加，城区内变电站的建设数量随之增长。综合考虑土地占用面积及城市环境协调等问题，在北京、上海等大型都市的新建110kV级以上变电站中地下变电站及户内变电站的比例越来越大。由于空间限制和电力设备散热需求，地下变及户内变的变压器的冷却系统往往采用与变压器本体分体设计的方式。目前国内外，并未见到针对分体冷却变压器的冷却效能评价技术体系研究。目前国内外众多科研单位已经建立了对电力设备状态评价的技术体系，但是关注点仍然是分体冷却变压器的运行状态，对于分体冷却系统这一近年来逐步增多的辅助设备并无成熟的评价体系。

分体冷却变压器冷却方式及系统结构复杂多样，冷却方式包括：根据变压器内部油循环方式不同，油浸式变压器可分为自然循环式、强迫循环式和强油导向式；根据外部散热器冷却方式不同，可分为自然风冷、强迫风冷和强迫水冷等。冷却系统中其具体设备包括：水冷却器、循环水泵、冷却塔、热交换器、循环油泵、散热片等。由于其结构和冷却方式的复杂性，在冷却系统的缺陷分类及冷却的模拟计算方面，其复杂性不言而喻。因此对分体冷却系统的效能评价的研究难度较大，同时由于分体冷却系统作为变压器的关键辅助设备，直接影响变压器的安全可靠运行，其效能评价也显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器分体冷却系统效能评价方法，基于变压器分体冷却系统的热学仿真计算模型、设备运维分析模型，采用装备研究中国际上常用的ADC法(availability dependability capacity)，建立系统的效能研究体系，实现分体冷却系统效能的评价。获得在特定的时间和条件下，变压器冷却系统完成特定冷却功能的能力和质量。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种变压器分体冷却系统效能评价方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、运用ADC法建立变压器分体冷却系统的可用性矩阵、可信性矩阵，以分别得到可用因数A和可信因数D；

S2、运用ADC法，通过建立多层次的能力向量建立变压器分体冷却系统的能力矩阵，并利用层次分析法求解能力因数C；

S3、运用E＝ADC计算得到变压器分体冷却系统的效能。

上述的变压器分体冷却系统效能评价方法，其中：

所述步骤S1中的可用因数为A：

A＝[a₁，a₂]

a₂＝1-a₁

式中，a₁为分体冷却系统处于可用状态的概率；a₂为分体冷却系统处于不可用状态的概率；MTBF为分体冷却系统平均故障间隔时间，即相邻两次故障间平均工作时间，表示为t_i为分体冷却系统发生在第i次故障之前的工作时间，n为故障间隔时间数；MTTR为分体冷却系统平均故障修复时间，指出现故障到恢复正常工作所需时间的平均值，表示为其中Δt_i为第i次故障的修复时间，n为故障次数。

上述的变压器分体冷却系统效能评价方法，其中：

所述步骤S1中的可信因数为D：

式中，d₁₁、d₁₂分别为分体冷却系统处于可用状态，而后处于可用和不可用状态的概率：d₂₁、d₂₂分别为分体冷却系统处于不可用状态，维修而后处于可用和不可用状态的概率。

上述的变压器分体冷却系统效能评价方法，其中，所述的步骤S2具体包含：

S21、将影响分体冷却系统能力的因素向量分为多个准则指标：运行指标、先进性指标、使用规则指标以及冷却效果指标；

其中，运行指标包括设备故障指标、装备缺陷指标、组部件老化指标；

其中，先进性指标包括冷却方式指标和冷却原理指标；

其中，使用规则指标包括系统开机组数指标、辅助散热方法指标；

其中，冷却效果指标包括变压器顶层油温升指标、变压器热点温升指标；

S22、根据每个准则指标中各个指标的权重，综合得到能力因素。

本发明与现有技术相比具有以下优点：该评价计算方法可大大提高冷却系统的运维、改造有效性；该方法基于分体冷却系统的四个维度数据进行计算，数据皆能够从运行数据获取，获取容易；对于适用各类分体冷却系统没有特殊要求，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的实施例中的分体冷却系统能力递接层次结构。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

ADC法是评价装备效能的经典模型，此模型根据可用性(Availability)、可信性(Dependability)和能力(Capacity)来评价装备效能(Effectiveness)，这三大要素可以组合成一个表示装备系统总性能的单一效能度量，其函数表达式为

E＝ADC (1)

如图1，本发明提出了一种变压器分体冷却系统效能评价方法，其包含以下步骤：

S1、运用ADC法建立变压器分体冷却系统的可用性矩阵、可信性矩阵，以分别得到可用因数A和可信因数D；

S2、运用ADC法，通过建立多层次的能力向量建立变压器分体冷却系统的能力矩阵，并利用层次分析法求解能力因数C；

S3、运用E＝ADC计算得到变压器分体冷却系统的效能。

可用性A是指分体冷却系统处于某一状态的概率，与分体冷却系统自身的可靠性、维修性有关。分体冷却系统只有可用和不可用两种状态，因此所述步骤S1中的可用因数为A：

A＝[a₁，a₂] (2)

a₂＝1-a₁ (4)

式中，a₁为分体冷却系统处于可用状态的概率；a₂为分体冷却系统处于不可用状态的概率；MTBF为分体冷却系统平均故障间隔时间，即相邻两次故障间平均工作时间，表示为t_i为分体冷却系统发生在第i次故障之前的工作时间，n为故障间隔时间数；MTTR为分体冷却系统平均故障修复时间，指出现故障到恢复正常工作所需时间的平均值，表示为其中Δt_i为第i次故障的修复时间，n为故障次数。

可信性D为可信性矩阵，表示分体冷却系统在已知状态下进入运行，过程中分体冷却系统在某时刻处于某状态的度量，这个度量可以完成相关状态的概率。分体冷却系统的可信度取决于可维修性、可靠性等因素。由于分体冷却系统只有可用和不可用两种状态，因此所述步骤S1中的可信因数为D：

式中，d₁₁、d₁₂分别为分体冷却系统处于可用状态，而后处于可用和不可用状态的概率：d₂₁、d₂₂分别为分体冷却系统处于不可用状态，维修而后处于可用和不可用状态的概率。

对于分体冷却系统而言，开始投运时处于不可用状态的，分体冷却系统在运行时是不予维修的，因此：

能力C做为分体冷却系统所处状态已知的情况下，完成某种特定工作任务的度量，这种能力由分体冷却系统的多种性能集中体现出来，因此能力矩阵应该以特定的问题为依据。分体冷却系统的任务是完成变压器本体的散热工作，其能力主要体现在适应性能力、可靠性能、适应规则能力等。能力是评价分体冷却系统效能的核心，由于其结构复杂，影响因素众多且不易统一量化，需要采用专家评价法确定能力矩阵。本发明通过建立多层次的能力向量，利用层次分析法求解。所述的步骤S2具体包含：

S21、将影响分体冷却系统能力的因素向量分为多个准则指标，如图2所示：运行指标P1、先进性指标P2、使用规则指标P3以及冷却效果指标P4；

其中，运行指标包括设备故障指标Q13、装备缺陷指标Q11、组部件老化指标Q12；

其中，先进性指标包括冷却方式指标Q21和冷却原理指标Q22；冷却方式有自然循环式、强迫循环式和强油导向式，冷却原理有水冷、油冷、自冷；

其中，使用规则指标包括系统开机组数指标Q31、辅助散热方法指标Q32；

其中，冷却效果指标包括变压器顶层油温升指标Q41、变压器热点温升指标Q42；

S22、根据每个准则指标中各个指标的权重，综合得到能力因素。

具体的，Q对P构成的判断矩阵分别为：

Q1对P1构成的判断矩阵为：各指标权重为(0.2308，0.0769，0.6923)，一致性比例CR＝0＜0.1；

Q2对P2构成的判断矩阵为各指标权重为(0.5,0.5)一致性比例CR＝0＜0.1；

Q3对P3构成的判断矩阵为各指标权重为(0.75，0.25)一致性比例CR＝0＜0.1；

Q4对P4构成的判断矩阵为：各指标权重为(0.5833，0.4167)，一致性比例CR＝0＜0.1；

指标层权重及一致性检验结果见表1，各层指标权重及指标层综合权重见表2：

表1指标层权重及一致性检验结果

表2各层指标权重及指标层综合权重

实施例一

以一台220kV油/水二级冷却分体式变压器为例，说明该效能研究体系的计算方法。此分体冷却变压器系统已运行13年，分体冷却系统缺陷随着运行逐渐增多，设备在运行过程中也出现过组部件运行故障，其评价相关的具体参数见表。同时该油/油循环分体式变压器冷却系统平均故障时间间隔为300天，平均故障修复时间为2天。

可用度因数A：由式(3)式(4)可得：

a₂＝1-a₁＝0.007

根据a1，a2建立A矩阵。可信度：由式(6)可得:d₁₁＝0.99,d₁₂＝0.01。

采用专家调查法和经验法对该台分体变压器的冷却系统各项指标进性综合评价，评价结果如表3所示：

表3各项指标评价结果

Q11	Q12	Q13	Q21	Q22	Q31	Q32	Q41	Q42
									0.80	0.76	0.26	0.90	0.85	0.72	0.32	0.81	0.88

根据各品质因数的综合权重，获得能力因数0.7381，可得效能：

如将此设备故障时间间隔提高到900天，维修时间降低为1天，且为该设备增加辅助散热装置，其他参数不变的情况下，Q13将提高为0.88，Q32的专家评分将提高到0.92，重新进行效能计算得：

可见,降低分体冷却系统设备故障率，提高设备维修效率，增加辅助冷却装置后，分体冷却装置的效能将提高26％，增强了分体冷却系统的能力发挥。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种变压器分体冷却系统效能评价方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、运用ADC法建立变压器分体冷却系统的可用性矩阵、可信性矩阵，以分别得到可用因数A和可信因数D；

S2、运用ADC法，通过建立多层次的能力向量建立变压器分体冷却系统的能力矩阵，并利用层次分析法求解能力因数C；

S3、运用E＝ADC计算得到变压器分体冷却系统的效能。

2.如权利要求1所述的变压器分体冷却系统效能评价方法，其特征在于：

所述步骤S1中的可用因数为A：

A＝[a₁，a₂]

<mrow> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>M</mi> <mi>T</mi> <mi>B</mi> <mi>F</mi> </mrow> <mrow> <mi>M</mi> <mi>T</mi> <mi>B</mi> <mi>F</mi> <mo>+</mo> <mi>M</mi> <mi>T</mi> <mi>T</mi> <mi>R</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

a₂＝1-a₁

式中，a₁为分体冷却系统处于可用状态的概率；a₂为分体冷却系统处于不可用状态的概率；MTBF为分体冷却系统平均故障间隔时间，即相邻两次故障间平均工作时间，表示为t_i为分体冷却系统发生在第i次故障之前的工作时间，n为故障间隔时间数；MTTR为分体冷却系统平均故障修复时间，指出现故障到恢复正常工作所需时间的平均值，表示为其中Δt_i为第i次故障的修复时间，n为故障次数。

3.如权利要求2所述的变压器分体冷却系统效能评价方法，其特征在于：

所述步骤S1中的可信因数为D：

<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>d</mi> <mn>11</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>d</mi> <mn>12</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>d</mi> <mn>21</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>d</mi> <mn>22</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mo>-</mo> <mi>t</mi> </mrow> <mrow> <mi>M</mi> <mi>T</mi> <mi>B</mi> <mi>F</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mo>-</mo> <mi>t</mi> </mrow> <mrow> <mi>M</mi> <mi>T</mi> <mi>B</mi> <mi>F</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

式中，d₁₁、d₁₂分别为分体冷却系统处于可用状态，而后处于可用和不可用状态的概率：d₂₁、d₂₂分别为分体冷却系统处于不可用状态，维修而后处于可用和不可用状态的概率。

4.如权利要求1所述的变压器分体冷却系统效能评价方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包含：

S21、将影响分体冷却系统能力的因素向量分为多个准则指标：运行指标、先进性指标、使用规则指标以及冷却效果指标；

其中，运行指标包括设备故障指标、装备缺陷指标、组部件老化指标；

其中，先进性指标包括冷却方式指标和冷却原理指标；

其中，使用规则指标包括系统开机组数指标、辅助散热方法指标；

其中，冷却效果指标包括变压器顶层油温升指标、变压器热点温升指标；

S22、根据每个准则指标中各个指标的权重，综合得到能力因素。