CN108985565A - 一种变压器综合状态评估方法 - Google Patents

Abstract

一种变压器综合状态评估方法，包括如下步骤：建立变压器评估分层指标系统；划分变压器状态等级；利用古林法计算出各层指标的权重；最终通过绘制雷达图直观呈现出变压器状态评估的结果；根据综合评估值评估变压器所处变压器状态评估等级。本发明应用于电力变压器状态评估技术领域，评估计算简便，结论直观、准确。

Description

一种变压器综合状态评估方法

技术领域

本发明涉及电力设备状态评估技术领域，特别涉及一种采用古林法和分层雷达图的变压器综合状态评估方法。

背景技术

随着我国工业化进程的不断推进，对电力能源的需求日益增长，而随之增长的还有对电力系统安全运行的迫切需求。电力变压器作为电力系统中的必要性设备，其能否可靠工作关系着整个电力系统的稳定和安全。目前，对于电力变压器健康状态的判断还是采用定期检修的方式来实现的，不仅浪费人力物力，且设备运行的可靠性也难以提高。电力变压器是一种特征指标繁多，极其复杂的系统，为了提高检修效率和供电可靠性，做到“应修必修”，研发出一种能够准确评价电力变压器综合状态的评估方法具有重要意义。

现有变压器综合状态评估方法大多评估过程复杂、结论不直观、准确性低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有变压器状态评估方法评估过程复杂、结论不直观的不足，提供一种评估过程简单、结论直观、准确性高的变压器综合状态评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种变压器综合状态评估方法，包括以下步骤：

(1)选取评估指标，建立电力变压器评估分层指标系统；对变压器进行数据采集，获得变压器各分层评估指标即状态量的实测数据；

(2)划分变压器状态等级；

(3)利用古林法计算出各分层评估指标即状态量的归一化权重；

(4)绘制雷达图,得到综合评估值；

(5)根据综合评估值评估变压器所处变压器状态等级。

进一步，所述步骤(3)中，利用古林法计算出各分层指标即状态量的权重，具体步骤为：

3-1)假设某一分层有n个评估指标即状态量，将此分层的n个状态量{a_i},i＝1,2,…,n按重要程度逐个递减重新排序得到

3-2)重新排序后，比较相邻两状态量的重要程度关系，并用数值量化。状态量与的相对重要程度用其权重w_i与w_i-1表示，评估指标即状态量的重要度R_i为：

w_i-1＝R_i-1×w_i,i＝1,2,…n；

3-3)基准化处理R_i，得到结果为L_i。令最后一个评估指标L_n为基准，且设定L_n＝1，倒序计算前面评估指标即状态量经处理后的数值。公式如下：

3-4)将处理过的L_i，i＝1,2,…,n累加，然后用L_i除以累加结果，得出各评估指标即状态量的归一化权重。归一化权重利用以下计算公式得到：

以上步骤中，w_i表示未归一化处理的权重，W_i表示归一化后的权重。

进一步，所述步骤(4)中，绘制雷达图，得到综合评估值，具体步骤为：

4-1)将计算出的各状态量的归一化权重换算为角度值，并归一化处理各评估指标。

归一化权重α_i换算成角度θ_i的公式为：

θ_i＝360α_i；α_i＝W_i；

因为各评估指标即状态量的标准都不同，需要归一化处理评估指标即状态量，具体为，用评估指标即状态量的实测数据与国标允许量的比值作为评估指标即状态量的向量值，公式如下：

v_i＝△x_i/△x_i′；

式中，v_i表示评估指标即状态量的向量值，△x_i表示评估指标即状态量的实测数据，△x_i′表示评估指标即状态量的国标允许量。

4-2)作单位圆，以圆心O为起点垂直向上引出一条单位长度为1的射线OA；以射线OA为基线，顺时针旋转第一个评估指标即状态量对应的角度值后作单位长度为1的射线OB；再以射线OB为基线，顺时针旋转第二个评估指标即状态量对应的角度值后作单位长度为1的射线OC；以此类推绘出其余射线；各射线将单位圆分成与射线数量相等个数的扇形；

4-3)以圆心O为起点，作圆内各扇形的角平分线，角平分线长度为归一化处理后的评估指标向量的模，依次连接各角平分线的末端制成雷达图；

4-4)利用雷达图的总面积S以及边长平方和L计算出综合评估值η，公式如下：

对于电力变压器评估分层指标系统的某一层的第i个状态量，若第i个状态量受其下一级分层的X个状态量影响，步骤4-2)中顺时针旋转的各角度值为下一级分层的X个状态量对应的角度值，通过步骤4-2)绘制的射线条数为X,每条射线对应下一级分层的X个状态量的角度值中的其中一个；通过步骤4-2)至4-4)求得的综合评估值为所述第i个状态量的综合评估值。

本发明的有益效果是：

本发明将古林法和分层雷达图引入变压器状态评估。使用本发明之变压器综合状态评估方法，能有效改善现有变压器状态评估方法复杂、结论不直观的不足，获得准确直观的状态评估结果，提升评估的客观性，降低主观干扰，计算量较小，有利于减少人力物力资源的浪费，保障输变电系统的安全可靠运行。

附图说明

图1为本发明变压器综合状态评估方法的流程图；

图2为电力变压器评估的分层指标系统的各层分支图；

图3为变压器综合状态雷达图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

参照图1，一种变压器综合状态评估方法，包含以下步骤：

(1)选取评估指标，建立电力变压器评估分层指标系统，具体步骤如下：

本发明中所述电力变压器评估的分层指标系统如表1所示，它包括目标层、因素层和指标层三层。目标层为变压器状态；因素层有油色谱分析、电气试验、运行工况信息、运行及检修记录，共4项状态量；指标层有H₂含量、C₂H₂含量、总烃含量、总烃绝对产气率、CO与CO₂的比值、吸收比、绕组直流电阻、绕组介损、铁芯泄露电流、变压器运行温度、过负荷程度和时间、短路情况、同类设备检修信息、历史检修信息，共14项状态量。

参照图2，因素层为目标层的下一级分层，指标层为因素层的下一级分层。目标层的变压器状态受因素层的油色谱分析、电气试验、运行工况信息、运行及检修记录影响。因素层的油色谱分析受指标层的H₂含量、C₂H₂含量、总烃含量、总烃绝对产气率、CO与CO₂的比值影响，因素层的电气试验受指标层的吸收比、绕组直流电阻、绕组介损、铁芯泄露电流影响；因素层的运行工况信息受变压器运行温度、过负荷程度和时间、短路情况影响；因素层的运行及检修记录受同类设备检修信息、历史检修信息影响。

表1变压器评估分层指标系统

对变压器进行数据采集，获得变压器各分层评估指标即状态量的实测数据。

(2)划分变压器状态评估等级，具体方法如下：

依据国家电网公司相关材料划分变压器状态评估等级为正常、注意、异常、严重4种等级。

(3)利用古林法计算出各分层评估指标即状态量的归一化权重，其步骤如下：

3-1)假设某一分层有n个评估指标即状态量，将此分层的n个状态量{a_i},i＝1,2,…,n按重要程度逐个递减重新排序得到

3-2)重新排序后，比较相邻两状态量的重要程度关系，并用数值量化。状态量与的相对重要程度用其权重w_i与w_i-1表示，评估指标即状态量的重要度R_i为：

w_i-1＝R_i-1×w_i,i＝1,2,…n；

3-3)基准化处理R_i，得到结果为L_i。令最后一个评估指标L_n为基准，且设定L_n＝1，倒序计算前面评估指标即状态量经处理后的数值。公式如下：

3-4)将处理过的L_i，i＝1,2,…,n累加，然后用L_i除以累加结果，得出各评估指标即状态量的归一化权重。归一化权重利用以下计算公式得到：

以上步骤中，w_i表示未归一化处理的权重，W_i表示归一化后的权重。

通过该步骤(3)可计算得到因素层内各状态量的归一化权重和指标层内各状态量的归一化权重。

(4)绘制雷达图，得到综合评估值，具体实现方法如下：

4-1)将计算出的各状态量的归一化权重换算为角度值，并归一化处理各评估指标。

归一化权重α_i换算成角度θ_i的公式为：

θ_i＝360α_i；α_i＝W_i；

因为各评估指标即状态量的标准都不同，需要归一化处理评估指标即状态量，具体为，用评估指标即状态量的实测数据与国标允许量的比值作为评估指标即状态量的向量值，公式如下：

v_i＝△x_i/△x_i′；

式中，v_i表示评估指标即状态量的向量值，△x_i表示评估指标即状态量的实测数据，△x_i′表示评估指标即状态量的国标允许量。

4-2)作单位圆，以圆心O为起点垂直向上引出一条单位长度为1的射线OA；以射线OA为基线，顺时针旋转第一个评估指标即状态量对应的角度值后作单位长度为1的射线OB；再以射线OB为基线，顺时针旋转第二个评估指标即状态量对应的角度值后作单位长度为1的射线OC；以此类推绘出其余射线；各射线将单位圆分成与射线数量相等个数的扇形；

4-3)以圆心O为起点，作圆内各扇形的角平分线，角平分线长度为归一化处理后的评估指标向量的模，依次连接各角平分线的末端制成雷达图；

4-4)利用雷达图的总面积S以及边长平方和L计算出综合评估值η，公式如下：

对于电力变压器评估分层指标系统的某一层的第i个状态量，若第i个状态量受其下一级分层的X个状态量影响，步骤4-2)中顺时针旋转的各角度值为下一级分层的X个状态量对应的角度值，通过步骤4-2)绘制的射线条数为X,每条射线对应下一级分层的X个状态量的角度值中的其中一个；通过步骤4-2)至4-4)求得的综合评估值为所述第i个状态量的综合评估值。

也就是说，步骤4-2)中，若顺时针旋转的各角度值为：指标层的H₂含量对应的角度值、C₂H₂含量对应的角度值、总烃含量对应的角度值、总烃绝对产气率对应的角度值、CO与CO₂的比值对应的角度值，通过步骤4-2)至4-4)获得的综合评估值η为因素层的油色谱分析的综合评估值。

对于H₂含量对应的角度值、C₂H₂含量对应的角度值、总烃含量对应的角度值、总烃绝对产气率对应的角度值、CO与CO₂的比值对应的角度值，其旋转的先后顺序，由步骤3-1)获得的确定，对应的角度值的旋转先于对应的角度值的旋转。

步骤4-2)中，若顺时针旋转的各角度值为：指标层的吸收比对应的角度值、绕组直流电阻对应的角度值、绕组介损对应的角度值、铁芯泄露电流对应的角度值，通过步骤4-2)至4-4)获得的综合评估值η为因素层的电气试验的综合评估值。

对于吸收比对应的角度值、绕组直流电阻对应的角度值、绕组介损对应的角度值、铁芯泄露电流对应的角度值，其旋转的先后顺序，由步骤3-1)获得的确定，对应的角度值的旋转先于对应的角度值的旋转。

步骤4-2)中，若顺时针旋转的各角度值为：指标层的变压器运行温度对应的角度值、过负荷程度和时间对应的角度值、短路情况对应的角度值，通过步骤4-2)至4-4)获得的综合评估值η为因素层的运行工况信息的综合评估值。

对于变压器运行温度对应的角度值、过负荷程度和时间对应的角度值、短路情况对应的角度值，其旋转的先后顺序，由步骤3-1)获得的确定，对应的角度值的旋转先于对应的角度值的旋转。

步骤4-2)中，若顺时针旋转的各角度值为：指标层的同类设备检修信息对应的角度值、历史检修信息对应的角度值，通过步骤4-2)至4-4)获得的综合评估值η为因素层的运行及检修记录的综合评估值。

对于同类设备检修信息对应的角度值、历史检修信息对应的角度值，其旋转的先后顺序，由步骤3-1)获得的确定，对应的角度值的旋转先于对应的角度值的旋转。

步骤4-2)中，若顺时针旋转的各角度值为：因素层的油色谱分析对应的角度值、电气试验对应的角度值、运行工况信息对应的角度值、运行及检修记录影响对应的角度值，通过步骤4-2)至4-4)获得的综合评估值η为目标层的变压器状态的综合评估值。

对于油色谱分析对应的角度值、电气试验对应的角度值、运行工况信息对应的角度值、运行及检修记录影响对应的角度值，其旋转的先后顺序，由步骤3-1)获得的确定，对应的角度值的旋转先于对应的角度值的旋转。

(5)根据综合评估值评估变压器所处变压器状态等级。

实例分析

以某变电站一台220kV主变压器为例进行分析。指标值如表2所示,该变压器曾经大修过1次，同类设备5台中2台进行过大修。

表2变压器指标测量值即实测数据

指标	数值
		H2含量	1.9μL/L
CH4含量	19.21μL/L
		C2H2含量	4.25μL/L
C2H4含量	5.87μL/L
		C2H6含量	0μL/L
CO含量	721μL/L
		CO2含量	5235μL/L
总烃	29.26μL/L
		总烃相对产气量	3.7mL/d
吸收比	1.54
		绕组直流电阻不平衡率	0.58％
绕组介损	0.42％
		铁芯泄露电流	34.4mA

评估过程如下：

依据国家电网公司相关材料划分变压器状态评估等级为正常、注意、异常、严重4种等级。

根据上述数据，首先由4位专家组成的专家组打分，对某一分层的各评估指标即状态量按重要程度逐个递减重新排序，通过古林法对指标层内各状态量进行计算，得出指标层内各状态量的归一化权重，如表3所示。同理可计算出表4中因素层内各状态量的归一化权重。

表3古林法指标层归一化权重

状态量	归一化权重
		H2含量	0.4833
C2H2含量	0.0466
		总烃含量	0.1063
总烃绝对产气率	0.2884
		CO与CO2的比值	0.0754
吸收比	0.1162
		绕组直流电阻	0.0489
绕组介损	0.6958
		铁芯泄露电流	0.1391
变压器运行温度	0.4159
		过负荷程度和时间	0.2583
短路情况	0.3258
		同类设备检修信息	0.6459
历史检修信息	0.3541

表4古林法因素层归一化权重

状态量	归一化权重
		油色谱分析	0.2638
电气试验	0.2479
		运行工况信息	0.2037
运行及检修记录	0.2846

绘制变压器综合状态评估的雷达图，结果如图3所示。计算得出此雷达图面积S₁＝0.3962，边长平方和L₁＝7.2215，进而得出因素层的油色谱分析的综合评估值，同理得出因素层内其他状态量的综合评估值和目标层的变压器状态的综合评估值，如表5所示。

表5因素层和目标层的综合评估值

状态量	综合评估值
		油色谱分析	1.6915
电气试验	1.7297
		运行工况信息	1.8275
运行及检修记录	1.4829
		变压器状态	1.6764

变压器各状态评分区间对应状态等级如表6所示。

表6变压器状态评分表

变压器状态	正常	注意	异常	严重
					评分区间	0～1.5	1.5～2.0	2.0～2.5	2.5以上

根据表6划分的评分区间，评估此变压器处于注意状态，有倾向转为严重状态，建议及时安排检修。

Claims (3)

1.一种变压器综合状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选取评估指标，建立电力变压器评估分层指标系统；对变压器进行数据采集，获得变压器各分层评估指标即状态量的实测数据；

(2)划分变压器状态等级；

(3)利用古林法计算出各分层评估指标即状态量的归一化权重；

(4)绘制雷达图，得到综合评估值；

(5)根据综合评估值评估变压器所处变压器状态等级。

2.根据权利要求1所述的变压器综合状态评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中，利用古林法计算出各分层评估指标即状态量的权重，具体步骤为：

3-1)假设某一分层有n个评估指标即状态量，将此分层的n个状态量{a_i},i＝1,2,…,n按重要程度逐个递减重新排序得到

3-2)重新排序后，比较相邻两状态量的重要程度关系，并用数值量化；状态量与的相对重要程度用其权重w_i与w_i-1表示，评估指标即状态量的重要度R_i为：

w_i-1＝R_i-1×w_i,i＝1,2,…n；

3-3)基准化处理R_i，得到结果为L_i；令最后一个评估指标L_n为基准，且设定L_n＝1，倒序计算前面评估指标即状态量经处理后的数值，公式如下：

3-4)将处理过的L_i，i＝1,2,…,n累加，然后用L_i除以累加结果，得出各评估指标即状态量的归一化权重；归一化权重利用以下计算公式得到：

以上步骤中，w_i表示未归一化处理的权重，W_i表示归一化后的权重。

3.根据权利要求2所述的变压器综合状态评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中，绘制雷达图，得到综合评估值，具体步骤为：

4-1)将计算出的各评估指标即状态量的归一化权重换算为角度值，并归一化处理各评估指标；

归一化权重α_i换算成角度θ_i的公式为：

θ_i＝360α_i；α_i＝W_i；

因为各评估指标即状态量的标准都不同，需要归一化处理评估指标即状态量，具体为，用评估指标即状态量的实测数据与国标允许量的比值作为评估指标即状态量的向量值，公式如下：

v_i＝△x_i/△x_i′；

式中，v_i表示评估指标即状态量的向量值，△x_i表示评估指标即状态量的实测数据，△x_i′表示评估指标即状态量的国标允许量；

4-2)作单位圆，以圆心O为起点垂直向上引出一条单位长度为1的射线OA；以射线OA为基线，顺时针旋转第一个评估指标即状态量对应的角度值后作单位长度为1的射线OB；再以射线OB为基线，顺时针旋转第二个评估指标即状态量对应的角度值后作单位长度为1的射线OC；以此类推绘出其余射线；各射线将单位圆分成与射线数量相等个数的扇形；

4-3)以圆心O为起点，作圆内各扇形的角平分线，角平分线长度为归一化处理后的评估指标向量的模，依次连接各角平分线的末端制成雷达图；

4-4)利用雷达图的总面积S以及边长平方和L计算出综合评估值η，公式如下：

对于电力变压器评估分层指标系统的某一层的第i个状态量，若第i个状态量受其下一级分层的X个状态量影响，步骤4-2)中顺时针旋转的各角度值为下一级分层的X个状态量对应的角度值，通过步骤4-2)绘制的射线条数为X,每条射线对应下一级分层的X个状态量的角度值中的其中一个；通过步骤4-2)至4-4)求得的综合评估值为所述第i个状态量的综合评估值。