CN109829596B - 基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法 - Google Patents

基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法，所述变压器为110/10kV油浸式变压器，步骤包括：变压器本体故障率评估方法、雷击引起的变压器故障率评估方法、短路及受潮引起的变压器故障率评估方法、用户因素引起的变压器故障率评估方法以及变压器整体的故障率评估。本发明可以指导电力工作者快速、准确的评估变压器发生故障的概率、识别相对故障率较高的变压器并提醒电力工作者应该对高故障率的变压器采取检修，有利于实现变压器的安全稳定运行保障用户的用电可靠性，具有推广前景和现实意义。

Description

基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法
技术领域
本申请涉及配电网保护技术领域，特别涉及一种基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法。
背景技术
变压器是电力系统中的关键设备之一，其中油浸式变压器占据了配电网中的75％，变压器承担着电压转化、电能分配和传输的任务，为用户提供电力服务。随着我国配电网的发展，用户需求容量不断增加，且用户对供电可靠性的要求不断提高。而运行中的变压器故障不仅要求变压器自身停电检修而且可能会造成电网大面积的停电,且由于变压器结构与故障机理的复杂决定了变压器停电检修的时间较长,对用户的生产生活造成重大影响。因此,必须最大限度的防止和减少变压器事故停运的发生才能保证电力系统安全、可靠、优质、经济的运行。导致油浸式变压器故障的因素众多，其中，油浸式变压器采用矿物油作为绝缘和散热的介质,并采用绝缘纸板来绝缘，油浸式变压器老化失效的主要原因就是绝缘纸板机械强度的损失，即油浸式变压器的本体故障主要集中在计算绝缘纸板的寿命；在到达服役期限之前，其故障概率随着历史运行工况和外部因素的变化而变化，从外部看，架空线路因感应雷而产生雷击过电压，导致雷电波沿线路入侵变压器，造成变压器出现过电压；部分因素呈现随机性和不可控性，用户因素以及外部短路、受潮都将会对变压器产生影响，造成变压器的故障。目前，缺乏考虑所有影响因素对变压器造成的影响，无法计算考虑所有因素的变压器实际故障率，也就无法提供有效的检修参考。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开了一种基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法，其特征在于，所述变压器为110/10kV油浸式变压器，步骤包括：
1)获取变压器服役时间内实际运行温度θH(ti)以及在温度θH(ti)下的工作时间ti,计算所述变压器的热点温度θH(HST)、等效运行时间Te、绝缘纸等效寿命Lt、变压器老化失效概率
Figure RE-GDA0002021466140000021
2)计算10kV架空配电线路上的感应雷过电压峰值Umax，判断中性点是否接地对雷击的抵御电压UD与10kV架空配电线路上的感应雷过电压峰值Umax的大小，评估雷击引起的变压器故障率
Figure RE-GDA0002021466140000022
3)评估短路及受潮对变压器的影响等级z1和短路及受潮引起的变压器故障率
Figure RE-GDA0002021466140000023
4)评估用户因素对所述变压器的影响等级z2，需要对时间点取整，所述时间点取整规则为：在超过上一整点30分钟以内(包括30分钟)则归入该正点，否则归入下一整点；所述时间点与用户因素对所述变压器的影响等级z2满足：
时间点 权重/z<sub>2</sub> 时间点 权重/z<sub>2</sub>
0 1 12 5
1 1 13 3
2 1 14 3
3 1 15 4
4 4 16 4
5 3 17 3
6 3 18 4
7 4 19 2
8 5 20 2
9 5 21 2
10 4 22 2
11 5 23 2
评估用户因素引起的变压器故障率
Figure RE-GDA0002021466140000024
5)所述变压器的故障率PT。
进一步地，在上述的基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法中，步骤1中的所述变压器热点温度θH(HST)的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000025
Figure RE-GDA0002021466140000026
Figure RE-GDA0002021466140000027
其中，K为变压器负载率，θA为环境温度，θH为绕组热点温度，ΔθH为热点温度θH(HST) 相对顶部油温的温升，ΔθH,R为额定负荷时的热点温升，ΔθTO为顶部油相对环境温度的温升，ΔθTO,R为额定负荷时的顶油温升，R为变压器额定负荷损耗对空载损耗之比，τTO为变压器油时间常数，τw为变压器绕组时间常数，m和n为取决于变压器冷却方式的经验常数；
所述等效运行时间Te的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000031
其中，B为实验测得的经验常数，θ0为基准热点温度；
所述变压器中绝缘纸的等效寿命Lt,计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000032
其中，θH为绕组热点温度；B和C为实验测得的经验常数；
所述变压器老化失效概率
Figure RE-GDA0002021466140000033
的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000034
其中，Lt为绝缘纸的等效寿命；β为形状参数。
进一步地，在上述的基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法中，步骤2中所述10kV架空线路感应雷过电压峰值Umax的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000035
其中，I0为雷电流峰值；
所述变压器雷击故障率
Figure RE-GDA0002021466140000036
的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000037
其中，UD为中性点是否接地对雷击的抵御电压，所述UD满足：
线路 单回单相 单回两相 双回单相
中性点未接避雷器 7.8/271.5 15.7/285.3 12.7/284.4
中性点接有避雷器 7.8/196.4 15.7/202.7 12.7/202.7
进一步地，在上述的基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法中，步骤3中所述短路及受潮对变压器的影响等级z1的计算公式为：
z1＝0.1050*sin(0.1743x+0.6198)+0.01552*sin(0.8328x-3.078) (9)
其中，x为月份；
所述短路及受潮引起的变压器故障率
Figure RE-GDA0002021466140000041
的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000042
其中，n1,m1,k1为故障数据拟合得到的常数。
进一步地，在上述的基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法中，步骤4中所述用户因素引起的变压器故障率计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000043
其中，n2,m2,k2为故障数据拟合得到的常数。
进一步地，在上述的基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法中，步骤5中所述变压器故障率计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000044
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明针对变压器故障影响因素众多的特点，根据配电网历史故障数据提供的有效信息，提供一种基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法，可以给电力工作者在制定变压器检修计划时提供有效的参考，有利于实现变压器安全运行，具有推广前景和现实意义。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的具体是实例中变压器热点温度评估模型。
图2为本发明的具体是实例中变压器短路及受潮故障的过程图。
图3为本发明的具体是实例中变压器故障率评估流程。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参图1至图3所示，本实施例中的基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法，所述变压器为110/10kV油浸式变压器，步骤包括：
1)获取变压器服役时间内实际运行温度θH(ti)以及在温度θH(ti)下的工作时间ti,计算所述变压器的热点温度θH(HST)、等效运行时间Te、绝缘纸等效寿命Lt、变压器老化失效概率
Figure RE-GDA0002021466140000051
2)计算10kV架空配电线路上的感应雷过电压峰值Umax，判断中性点是否接地对雷击的抵御电压UD与10kV架空配电线路上的感应雷过电压峰值Umax的大小，评估雷击引起的变压器故障率
Figure RE-GDA0002021466140000052
3)评估短路及受潮对变压器的影响等级z1和短路及受潮引起的变压器故障率
Figure RE-GDA0002021466140000053
4)评估用户因素对所述变压器的影响等级z2，需要对时间点取整，所述时间点取整规则为：在超过上一整点30分钟以内(包括30分钟)则归入该正点，否则归入下一整点；所述时间点与用户因素对所述变压器的影响等级z2满足：
时间点 权重/z<sub>2</sub> 时间点 权重/z<sub>2</sub>
0 1 12 5
1 1 13 3
2 1 14 3
3 1 15 4
4 4 16 4
5 3 17 3
6 3 18 4
7 4 19 2
8 5 20 2
9 5 21 2
10 4 22 2
11 5 23 2
评估用户因素引起的变压器故障率
Figure RE-GDA0002021466140000054
5)所述变压器的故障率PT。
步骤1中的所述变压器热点温度θH(HST)的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000055
Figure RE-GDA0002021466140000061
Figure RE-GDA0002021466140000062
其中，K为变压器负载率，θA为环境温度，θH为绕组热点温度，ΔθH为热点温度θH(HST) 相对顶部油温的温升，ΔθH,R为额定负荷时的热点温升，ΔθTO为顶部油相对环境温度的温升，ΔθTO,R为额定负荷时的顶油温升，R为变压器额定负荷损耗对空载损耗之比，τTO为变压器油时间常数，τw为变压器绕组时间常数，m和n为取决于变压器冷却方式的经验常数；
所述等效运行时间Te的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000063
其中，B为实验测得的经验常数，θ0为基准热点温度；
所述变压器中绝缘纸的等效寿命Lt,计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000064
其中，θH为绕组热点温度；B和C为实验测得的经验常数；
所述变压器老化失效概率
Figure RE-GDA0002021466140000065
的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000066
其中，Lt为绝缘纸的等效寿命；β为形状参数。
步骤2中所述10kV架空线路感应雷过电压峰值Umax的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000067
其中，I0为雷电流峰值；
所述变压器雷击故障率
Figure RE-GDA0002021466140000068
的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000069
其中，UD为中性点是否接地对雷击的抵御电压，所述UD满足：
线路 单回单相 单回两相 双回单相
中性点未接避雷器 7.8/271.5 15.7/285.3 12.7/284.4
中性点接有避雷器 7.8/196.4 15.7/202.7 12.7/202.7
步骤3中所述短路及受潮对变压器的影响等级z1的计算公式为：
z1＝0.105·sin(0.1743x+0.6198)+0.01552·sin(0.8328x-3.078) (9)
其中，x为月份；
所述短路及受潮引起的变压器故障率
Figure RE-GDA0002021466140000071
的计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000072
其中，n1,m1,k1为故障数据拟合得到的常数。
步骤4中所述用户因素引起的变压器故障率计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000073
其中，n2,m2,k2为故障数据拟合得到的常数。
步骤5中所述变压器故障率计算公式为：
Figure RE-GDA0002021466140000074
综上所述，本发明针对变压器故障影响因素众多的特点，根据配电网历史故障数据提供的有效信息，提供一种基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法，可以给电力工作者在制定变压器检修计划时提供有效的参考，有利于实现变压器安全运行，具有推广前景和现实意义。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于配电网历史故障数据的变压器故障率评估方法，其特征在于，所述变压器为110/10kV油浸式变压器，步骤包括：
1)获取变压器服役时间内实际运行温度θH(ti)以及在温度θH(ti)下的工作时间ti，计算所述变压器的热点温度θH(HST)、等效运行时间Te、绝缘纸等效寿命Lt、变压器老化失效概率
Figure FDA0003668051350000011
2)计算10kV架空配电线路上的感应雷过电压峰值Umax，判断中性点是否接地对雷击的抵御电压UD与10kV架空配电线路上的感应雷过电压峰值Umax的大小，评估雷击引起的变压器故障率
Figure FDA0003668051350000012
3)评估短路及受潮对变压器的影响等级z1和短路及受潮引起的变压器故障率
Figure FDA0003668051350000013
4)评估用户因素对所述变压器的影响等级z2，需要对时间点取整，所述时间点取整规则为：在超过上一整点30分钟以内则归入该整点，否则归入下一整点；所述时间点与用户因素对所述变压器的影响等级z2满足：
时间点 权重/z<sub>2</sub> 时间点 权重/z<sub>2</sub> 0 1 12 5 1 1 13 3 2 1 14 3 3 1 15 4 4 4 16 4 5 3 17 3 6 3 18 4 7 4 19 2 8 5 20 2 9 5 21 2 10 4 22 2 11 5 23 2
评估用户因素引起的变压器故障率
Figure FDA0003668051350000014
5)所述变压器的故障率PT；
步骤1中的所述变压器热点温度θH(HST)的计算公式为：
Figure FDA0003668051350000015
Figure FDA0003668051350000021
Figure FDA0003668051350000022
其中，K为变压器负载率，θA为环境温度，θH为绕组热点温度，ΔθH为热点温度θH(HST)相对顶部油温的温升，ΔθH，R为额定负荷时的热点温升，ΔθTO为顶部油相对环境温度的温升，ΔθTO，R为额定负荷时的顶油温升，R为变压器额定负荷损耗对空载损耗之比，τTO为变压器油时间常数，τw为变压器绕组时间常数，m和n为取决于变压器冷却方式的经验常数；
所述等效运行时间Te的计算公式为：
Figure FDA0003668051350000023
其中，B为实验测得的经验常数，θ0为基准热点温度；
所述变压器中绝缘纸的等效寿命Lt，计算公式为：
Figure FDA0003668051350000024
其中，θH为绕组热点温度；B和C为实验测得的经验常数；
所述变压器老化失效概率
Figure FDA0003668051350000025
的计算公式为：
Figure FDA0003668051350000026
其中，Lt为绝缘纸的等效寿命；β为形状参数；
步骤2中所述10kV架空线路感应雷过电压峰值Umax的计算公式为：
Figure FDA0003668051350000027
其中，I0为雷电流峰值；
所述变压器雷击故障率
Figure FDA0003668051350000028
的计算公式为：
Figure FDA0003668051350000029
其中，UD为中性点是否接地对雷击的抵御电压，所述UD满足：
线路 单回单相 单回两相 双回单相 中性点未接避雷器 7.8/271.5 15.7/285.3 12.7/284.4 中性点接有避雷器 7.8/196.4 15.7/202.7 12.7/202.7
；
步骤3中所述短路及受潮对变压器的影响等级z1的计算公式为：
z1＝0.105·sin(0.1743x+0.6198)+0.01552·sin(0.8328x-3.078) (9)
其中，x为月份；
所述短路及受潮引起的变压器故障率
Figure FDA0003668051350000031
的计算公式为：
Figure FDA0003668051350000032
其中，n1，m1，k1为故障数据拟合得到的常数；
步骤4中所述用户因素引起的变压器故障率计算公式为：
Figure FDA0003668051350000033
其中，n2，m2，k2为故障数据拟合得到的常数；
步骤5中所述变压器故障率计算公式为：
Figure FDA0003668051350000034
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