电力变压器状态评估方法研究

引言

电力变压器在电力系统中的地位举足轻重，是电力系统中最重要和最关键电气设备之一，其运行的安全性和可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。要使变压器安全运行，提高供电可靠性，除了选用技术过硬、产品质量好的变压器以外，关键是要不断提高变压器的运行、维护、检修水平，对变压器科学、及时地进行预试和检修[1]。

长期以来，国内外对变压器健康水平和运行状况好坏的判断都是通过停电预防性试验和定期检修来实现的，即不管该变压器的健康状态如何，到了规定的时间就要进行大修[2]。这样往往会引起不需要大修的变压器“小病大治或无病亦治”，从而造成大量的人力、物力、财力的浪费。

因此，传统的检修方式是不能满足电网发展需要的，建立一种预知性的检修方式，“当修必修”，而非“到期必修”，已成为电力变压器检修方式的必然发展趋势。因此如何正确、准确的评估电力变压器运行状态，指导现场对缺陷变压器开展状态检修，提高检修质量，避免检修人力、物力和财力的浪费，正成为电力部门亟待解决的热点问题，也是难点问题。

状态检修的宗旨就是根据设备的实际状态来确定应采取的检修措施。因此，设备的状态评估是状态检修决策的重要一环，只有正确地评估了设备的状态，才能做出正确的检修决策。

本课题提出根据实际工作经验及众多同行专家经验，搜集整理了符合变压器实际情况的状态信息指标集，介绍了目前状态评估的常用方法。最后，提出采用可拓工程评价法对变压器进行状态综合评判，并以此制定了状态维修策略，实例分析验证了方法的正确性。

1变压器检修研究进展

随着传感技术、计算机软硬件和数字信号处理技术、人工神经网络、专家系统等智能系统在变压器状态监测及故障诊断中的应用，使得电力变压器状态检修有4个发展阶段：

原始的状态检修阶段

利用个别的、分散的变压器状态数据，通过简单的经验分析，对变压器状态进行粗略的判定，以决定检修策略。这一阶段状态检修还不能代替定期检修，状态检修和定期检修并存，而且还是以定期检修为主，状态检修只是定期检修的补充。

初级状态检修阶段

全面汇总所获得的变压器的状态数据（运行数据、预防性试验数据等）。并进行初步分类、整理，最后由专家根据运行经验对这些状态数据进行分析、判断以确定变压器的健康状况，来决定检修策略。

系统的状态检修阶段

全面、系统的汇总变压器的状态数据；以在线监测方式代替部分停电试验手段，获取更为连续且更为符合实际的状态数据；所有变压器的初始状态数据经计算机进行全面的、系统的处理，形成系统的状态数据。这一阶段是积累完善的过程（图1-2）。

图1-2系统的状态检修阶段

完善的状态检修阶段

经长期实践确定一套完整的、有效的反映变压器健康状况的状态量，以成熟的在线方式获取变压器的连续状态量，同时计算机系统实时处理状态数据，并以完善的专家系统对状态数据进行复杂的分析判断，得出变压器的确切健康状态及检修策略。

2状态信息指标集

电力变压器状态综合评估是一个多指标综合评判，需要对各种评估指标进行信息综合。因为评价结果是否客观、准确，首先依赖于被综合的对象——各种评估指标信息是否准确、全面。因此，正确、合理地选择评估指标来反映评价对象，是多指标综合评判的首要问题。为了提高电力变压器的维护水平，充分保障变压器的运行可靠性，确保系统内状态检修合理开展，使评估指标更全面、真实地反映变压器的运行状态，电力变压器的状态评估信息的选择应遵循以下几方面的原则[5,44]：

以保障变压器运行可靠性为第一原则；

信息全面、综合判断原则；

考虑成熟的在线或带电监测参数；

着重于变压器的运行状态管理，强调综合分析、判断；

以实用性和先进性为原则；

定性与定量相结合的原则；

系统性和层次性相结合的原则。

根据电力变压器状态评估信息的分析，结合电力变压器状态评估信息的多层次性和多因素性的特点，本文在遵循变压器状态信息选取原则的基础上，引入状态检修的思想，建立电力变压器运行状态综合评估的信息结构图，如图2-3所示。

3基于可拓评价法的变压器状态评价及其实例分析

3.1物元理论

1983年，蔡文教授发表了《可拓集合与不相容问题》[47]，又在1994年出版了他的著作《物元模型及其应用》[48]，标志着我国的一门原创性科学——可拓学的诞生。可拓学是研究物元的可拓性和开拓规律和方法的科学。它是一门贯穿于社会科学和自然科学的横断学科。它的核心是将矛盾问题转化为相容的问题。经过20多年的发展，可拓学已经应用到工业、农业、军事、经济、生物、医学等领域 [49-52]。可拓学用形式化的工具，从定性与定量两个角度去研究解决矛盾问题的规律和方法，其理论支柱是物元理论和可拓集合理论。

可拓学理论引入了有事物、特征和相应量值构成的三元组一物元，作为描述事物的基本元素。

(1) 事物：为区别和认识事物，用名称来代表它们。事物按照属性可分为个事物和类事物，按照事物的存在性可分为存在事物和期望事物。

(2) 特征：定义为一切能够表示事物的性质、功能、行为状态以及事物间关系的征象，按照解决问题的需要可分为三类：功能特征、性质特征、实意特征。

(3) 量值：事物关于某一特征的数量、程度或范围称为该事物关于这一特征的量值。量值可分为数量化量值和非数量化量值，用实数及某一量纲来表示的量值称为数量化量值；使用描述性文字而非实数表示的量值称为非数量化量值。用范围或集合表示的量值称为量域。后面将用到的经典域和节域概念就是量域的例子。

3.2评估方法

基于多级可拓评价法的电力变压器状态评估算法的具体步骤如下：

首先，确定变压器每一类别的各级状态信息的经典域和节域。

其中，为的第个等级；为变压器等级为时的取值范围，即各等级对应状态信息的经典域为。

节域指的是各状态信息各特征全部等级的值域。

表示第个评价指标，分别为关于指标的量值范围。

其次，确定变压器待评物元。

对变压器待评的状态信息，把所测得到的数据或分析结果用物元