变电设备状态综合评估方法的研究.pdf

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1、1变电设备状态综合评估方法的研究孙亚辉1，林韩2，陈金祥3（1.福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 350002；2.福建省电力公司，福建福州 350003；3.福建省电力试验研究院，福建福州 350007）摘要:论述了一种变电设备状态综合评估方法，该方法是基于 RCM 检修策略的思想提出的。文中综述了对变电设备的健康状况在单项评估合格的情况下，如何对其整体状态进行综合评估，以达到进一步确定该设备健康状况的目的。本方法不但考虑了设备的绝缘性能、导电性能和机械性能，还考虑了不同部件的重要性不同，使综合评估结果更加科学、合理。详细给出了该方法的计算评估过程，并用一个简单的例子进行了说明。关键

2、词:状态检修；状态量；评估方法0 引言状态检修的最终目的是给出设备的当前状态，确定具体的检修计划（检修对象、检修时间、检修内容等）。那么，如何根据有关数据和标准来综合评估设备的状态呢？目前国内还没有一套成形的算法可供参考1，但开展状态检修，对设备状态综合评估的问题是不能回避的。1 想法来源1.1以可靠性为中心的检修方法（Reliability CenteredMaintenanceRCM）是在状态分析的基础上，以设备重要性为依据对监测和检修任务优化排序的方法。具体讲，就是在真实掌握设备运行状态的基础上，加入该设备在系统中的重要性、该设备发生故障对整个系统可靠性的影响程度等概念。这种检修策略是基

3、于设备状态，并将设备在系统中所处的地位及其对系统可靠性的影响程度考虑在内，而执行检修作业的策略。1.2基于 RCM 的思想，作者认为对一台具体的设备，比如变压器，其部件很多，但它们在变压器中的重要性、该部件发生故障对整个变压器可靠性的影响程度等有所不同。因此可以借鉴 RCM 的思想，对变压器部件按其重要性进行分类，比如分为重要部件 A1、主要部件 A2和次要部件 A3这样三类。然后给他们付上不同的权重 W1、W2、W3，然后再进行有关处理，得出变压器的综合状态信息。如果单个部件本身的参数很多，如变压器套管，我们要对其进行渗漏油检查套管有无裂纹、放电、破损检查套管有无过热测试绝缘电阻测量tg测量

4、电容量测量，等等。我们仍可按上述方法进行归类。另外，对具体的一个状态量（参数），可以按绝缘性能 P1、导电性能 P2、机械性能 P3三大指标进行评估。每个参数对这三大指标有不同程度的反映，这也就是隶属度的概念2。文献2针对这一思想建立了如下的隶属度关系，如表 1。表 1 状态量和性能指标的隶属度编号状态量绝缘性能导电性能机械性能1绝缘电阻1002色谱0.50.503变形测试0.30.30.42 部件分类方法由于部件对设备的重要性存在着模糊的概念，很难有明确的划定标准，因此可以采用模糊数学方法进行分类。模糊关系的确定如表 2表 2 部件重要性模糊关系表中rij1，31iijr=1,（其中 i,j

5、=1,2,n）（1）即表中每列的和等于 1。此外，部件的分类除了按“重要性”原则以外，还要依据“虚实结合”的原则，“实”是指实际存在的、具有明确概念的部件，比如，对变压器来讲，套管就是一个“实”部件；“虚”是指并非实际存在的、没有明确概念的部件，比如，变压器油就是一个“虚”部件，也就是说我们把变压器油作为一个部件来处理。3 具体算法具体算法3.1 单个部件状态评估由于不同状态量（参数）反映设备状态的敏感性不同，同一状态量由于测试方法的不同（比如预试数据和带电测试A3r31r32r33A1r11r12r13 A2r21r22r23部件部 件部 件部 件重要性rB1B2B32数据）使得该状态量反映

6、设备状态的敏感性也不同。因此，采用加权平均法先对该状态量进行预处理，然后再对不同状态量进行加权平均计算，得到同一性能指标的综合评估。Si=1ii1iwsw（2）Pj=i2iii2irwSrw，（其中 i=1,2,n，j=1,2,3）（3）式中，Si表示状态量的综合分析值，si表示状态量分析值，w1i表示同一状态量不同测试方法的权重，w2i表示不同状态量的权重，Pj(j=1,2,3)分别表示部件的绝缘性能、导电性能、机械性能指标的综合评估值，ri表示隶属度。评估原则评估原则：原则 1：哪个指标（Pj）得出的状态最差，该部件的状态就以此为最终分析状态2；为确保无遗漏，Pj的另两个指标的综合评估值作

7、为最终分析状态的辅助判椐。原则 2：定义100原则 3：状态量分析值 si的确定是以该状态量的初始值为基准，当状态量的数值越大反映设备的状态越差时（如设备的介损值越大，设备绝缘性能越差），si=实际测量值基准值；当状态量的数值越小反映设备的状态越差时（如设备的绝缘电阻值越小，设备绝缘性能越差），si=基准值实际测量值。3.2 对设备进行综合评判根据 3.1 对不同部件的状态进行评估的结果，采用模糊评判的方法最终确定的该设备状态。（1 1）部件权重的确定部件权重的确定为了保证重要部件的全重比例，以更加与设备实际情况相符，不同部件重要性权重 w1、w2、w3确定原则如下：设 w3w2w1=1 （4

8、）那么设备各个部件重要程度的综合评判结果为：q=w1w2w3333231232221131211rrrrrrrrr=323222121313212111rwrwrwrwrwrw=21qq（5）由（1）知r11+r21+r31=1（6）那么，必然有：w1r11+w2r21+w3r311,即 q11，同理，qi1，（其中 i=1,2,3n）。即不同部件重要性权重 w1、w2、w3的确定原则为：w3w2w1=1这样就保证重要部件的权重比例。举例说明举例说明：假如部件 B1 的 r11=1,r21=0,r31=0,即部件百分之百的为重要设备，那么对应的 q1=1。假如部件 B1 的 r11=0.5,r

9、21=0.3,r31=0.1 即部件重要程度为50%,主要程度为 30%,次要程度为 10%,那么只要满足权重的取值原则为：w3w2w1=1,q1一定不大于 1。例如：取 w1=1，w2=0.7,w3=0.3，则q1=w1 r11+w2 r21+w3 r31=1 0.5+0.3 0.7+0.1 0.3=0.74100,其意义是设备投运一段时间后，其状态反而比初始状态还好，这显然是错误的。因此如果 100 J*105（参考值）,可认为是由于测量误差造成的，设备处于正常状态；如果 J*105,则是由于存在错误数据造成的，应检查有关测量数据。这种结果在下面的例子中有所体现。（2）上式中K1,K2,K

10、3Knn取值均为0 或1,具体3取值原则为：当该部件预防性试验数据与规程标准比较、预防性试验数据变化趋势与标准比较、在线监测数据与标准比较，等等，都在规定的范围之内时,Kn=1,否则Kn=0。当该部件为次要部件时，例如对风冷变压器来讲，其上的每一个风扇都为次要部件，即使有一个风扇坏了，对变压器的影响不是很大，对于类似的部件Kn1。（3）当有关重要部件单项结果不合格时，Kn=0，从而J*=0，这样就保证了“先单项评估，后综合评估”的原则。例如有关重要部件发生故障时，即使整体评估分值很高,设备实际上也处于非健康状态（危险状态）。4 设备状态的划分设备状态具体分类如表 3，需根据具体实践经验进行修改

11、。表 3 设备状态具体分类参考表状态正常状态可疑状态可靠性下降状态危险状态J*8510070856070小于 605 5 评估实例评估实例以文献1中的例子为例(1)(1)有关数据有关数据文献1中的有关数据如表 4表4 文献1中某220kV变电站A相CT的预防性试验结果表 5 文献1中的评估方法的得到的评估结果(2)(2)本方法评估本方法评估前提前提说明说明对该设备没有进行部件分类，主要是因为缺乏部件分类的数据，即认为该设备就一个部件，以表 4 中第一列的值为初始值，即以这一列的值为参考，所以该列 J*=100。状态量和性能指标隶属度的确定状态量和性能指标隶属度的确定由于文献中的参数都是反映设备

12、的绝缘性能的，故有表6计算计算表表6 6 状态量和性能指标的隶属度状态量和性能指标的隶属度编号状态量绝缘性能导电性能机械性能1tan/%1002R1003电容量100根据经验，取 tan/%、R、电容量权重分别为：0.4、0.35、0.25以表 4 中倒数第二列为例，进行计算P1=25.01091107635.045000350004.065.028.0=0.1723+0.2722+0.2466=0.692由于表 6 中各参数与该设备的电气性能、机械性能无关，则认为该设备的电气性能、机械性能都很好，所以有P2=100;P3=100即，P1100 的现象，是由于测量误差或人为录入错误造成的。6

13、结束语通过以上分析，可以看出本方法的主要特点有：（1）按照“先单项评估，后综合评估”的原则，不与有关规程、导则、标准相冲突。（2）本方法不但考虑了设备的绝缘性能、导电性能和机械性能，还考虑了不同部件的重要性，使综合评估结果更加科学、合理。（3）本法有一定的理论基础，影响评估结果准确性的主要原因是有关权值和隶属度的确定。这需要有关专107610691083108610911112107610691083108610911112t/141215131616tan/%0.280.280.380.490.651.34R45 00045 00040 00040 00035 00035 000C(初始值为

14、 1075）t:试验温度；tan/%：绝缘介损试验测得值；R：绕组绝缘电阻；C：电容值日期97/10/1698/10/2099/10/1500/10/2101/10/1502/10/16时间97/10/1698/10/2099/10/1500/10/2101/10/1502/10/16分数 U96.696.686.675.070.00分数 Q96.489.480.071.863.661分数 W100.0100.089.682.680.00K1111111K2111111K3111110K5111110总分 H97.295.185.275.670.00日期97/10/1698/10/2099/1

15、0/1500/10/2101/10/1502/10/16t/141215131616tan/%0.280.280.380.490.651.34R45 00045 00040 00040 00035 00035 000C(初始值为 1075）K1111110J*100100.285.4278.7469.204家根据经验确定，并经具体实践经验验证后给与修正。（4）本方法容纳了文献1中所说的预防性试验数据、试验数据变化趋势、在线监测数据等之间对综合评估结果影响作用不一样的观点，即它们的权重不一样。（5）作者提出了“虚”设备部件的概念，应属首次。致谢作者感谢导师林韩总工程师在百忙之中给予的悉心指导，文

16、章无不包含着林老师的辛勤汗水，导师严谨治学的态度、求真务实的工作作风、和蔼可亲的音容笑貌、积极向上的生活态度，给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。同时，陈金祥博士也给予了很多的帮助。在此，谨向林韩老师和陈金祥博士致以崇高的敬意和衷心的感谢！参考文献1张金萍，刘国贤，袁泉等.变电设备健康状态评估系统的设计与实现.现代电力J.Vol121,No.4.2004.82甘团杰.变电设备状态检修的研究M.华中科技大学硕士学位论文.2004.53陈家斌.电气设备故障检测诊断方法及实例M.北京:中国水利水电出版社,2003.作者简介：孙亚辉（1978-），男，河南周口人，汉族，在读硕士，主要研究方向为电力设备状态检修。Email: