王 璁 李 曉 屠幼萍

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

變壓器質(zhì)量風(fēng)險的全壽命周期評估方法研究

王 璁 李 曉 屠幼萍

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

電力變壓器風(fēng)險評估是指導(dǎo)變壓器狀態(tài)檢修及提高電力系統(tǒng)運行可靠性的重要手段，同時也為加強變壓器入網(wǎng)前質(zhì)量管控提供重要依據(jù)。文中基于近三年來大量電力變壓器的質(zhì)量問題統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合變壓器全壽命周期管理過程的多層次性和多因素性，提出了變壓器綜合評估層次指標(biāo)體系，并構(gòu)建了基于模糊綜合評判方法的電力變壓器風(fēng)險評估模型。評估實例分析表明，該方法可以有效地對電力變壓器全生命周期管理中的階段風(fēng)險進(jìn)行評估，能為變壓器的風(fēng)險管理與維修決策提供可行的決策依據(jù)。

電力變壓器；風(fēng)險評估；全壽命周期管理；模糊綜合評判

變壓器是電力系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備之一，其工作狀態(tài)的安全可靠直接關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行。為保障電力變壓器的有效運行，有必要對其進(jìn)行風(fēng)險評估，識別可能存在的風(fēng)險以及這些風(fēng)險造成的影響，采取相應(yīng)的安全防范措施有效降低風(fēng)險或避免風(fēng)險[1-3]。

傳統(tǒng)的變壓器風(fēng)險評估主要是基于變壓器運行狀態(tài)的故障診斷、影響分析和故障預(yù)測，采用的評估方法主要有模糊決策分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小世界網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)等[2-5]。而本文嘗試在分析變壓器監(jiān)造、安裝、調(diào)試和運行階段的狀態(tài)參量基礎(chǔ)上，建立了綜合變壓器多因素多層次的評估指標(biāo)體系；并通過采用模糊綜合評判法，以多級模糊綜合評判為評估準(zhǔn)則，構(gòu)造了變壓器全壽命周期管理過程的多層次模糊綜合評價模型，以實現(xiàn)變壓器全壽命周期管理過程的定量評估。

1 變壓器質(zhì)量風(fēng)險評估體系

1.1 電力變壓器全壽命周期管理

電力變壓器全壽命周期管理是從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、包裝運輸、安裝調(diào)試到運行等階段，并反饋到采購、制造階段，強化質(zhì)量問題的閉環(huán)管理過程?？衫脤哟畏治龇▽ψ儔浩魅珘勖芷诠芾碣|(zhì)量問題進(jìn)行分級分類。

對電力變壓器開展全壽命周期管理過程風(fēng)險評估，將在確保變壓器設(shè)備安全、可靠的同時，全過程、全方位監(jiān)督變壓器質(zhì)量信息，延長變壓器使用壽命，降低整個壽命周期的成本投入，實現(xiàn)電力變壓器可靠性和經(jīng)濟性的綜合優(yōu)化。

1.2 電力變壓器質(zhì)量問題分析

電力變壓器的質(zhì)量問題分析是實現(xiàn)故障診斷、確定維修策略的重要環(huán)節(jié)[6-8]。通過對變壓器設(shè)備質(zhì)量問題進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)變壓器質(zhì)量問題主要分布于監(jiān)造、安裝、調(diào)試、運行四個階段。根據(jù)近三年國內(nèi)電力變壓器的質(zhì)量問題數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并按發(fā)現(xiàn)問題階段分類，監(jiān)造階段共發(fā)現(xiàn)問題688起，占84%，安裝階段共發(fā)現(xiàn)問題58起，占7%；調(diào)試階段共16起，占2%；運行階段共60起，占7%。

圖1 變壓器發(fā)現(xiàn)問題階段分布

綜合考慮影響電力變壓器各管理過程的各類因素，對變壓器質(zhì)量問題進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表1。由表1可知，工藝控制問題、原材料/組部件問題是引起變壓器故障與缺陷的兩大主要原因。工藝控制問題主要表現(xiàn)為裝配工藝不良、密封件質(zhì)量差、箱體焊接質(zhì)量不良，以及運輸防護(hù)不當(dāng)?shù)?；原材?組部件問題主要發(fā)生在分接開關(guān)、套管、風(fēng)機上[9-12]。

表1 變壓器質(zhì)量問題類型統(tǒng)計

1.3 電力變壓器質(zhì)量風(fēng)險評估層次指標(biāo)體系

本文對變壓器在設(shè)備全壽命周期管理過程中反映的狀態(tài)，主要從設(shè)備的監(jiān)造、安裝、調(diào)試、運行中得到的情況，設(shè)備全壽命周期管理過程中檢測所獲得的信息綜合起來分析，從而給出變壓器運行狀態(tài)的評估。所建立的變壓器的質(zhì)量風(fēng)險評估指標(biāo)體系為一個3層的層次結(jié)構(gòu)體系：一級評估指標(biāo)主要包括監(jiān)造指標(biāo) X1、安裝指標(biāo) X2、調(diào)試指標(biāo) X3、運行指標(biāo)X4，各個一級指標(biāo)下面包括工藝控制、原材料/組部件、包裝運輸、設(shè)計結(jié)構(gòu)、出廠試驗、儲存、其他共7個二級指標(biāo)。建立電力變壓器的質(zhì)量風(fēng)險評估層次指標(biāo)體系如圖2所示。

圖2 電力變壓器質(zhì)量風(fēng)險綜合評估層次指標(biāo)體系

2 變壓器質(zhì)量風(fēng)險評估模型

模糊綜合評判方法，是一種運用模糊數(shù)學(xué)原理分析和評價具有“模糊性”的事物的系統(tǒng)分析方法[11]。模糊綜合評判可綜合考慮多個因素對評判結(jié)果的影響，變壓器全壽命周期管理過程具有多因素以及模糊性，因此模糊綜合評判恰好適于對其進(jìn)行模糊綜合評估。

本文綜合考慮電力變壓器全壽命周期管理過程的各過程狀態(tài)，對變壓器質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行多級模糊綜合評判，獲得一個客觀全面的變壓器質(zhì)量風(fēng)險綜合指標(biāo)，為其運行和檢修提供參考。

2.1 一級模糊綜合評判

給定兩個有限論域 U=｛u1，u2，…，um｝，V=｛v1，v2，…，vn｝[6,12]。其中，U代表所有的評判因素所組成的集合；V代表所有的評語等級所組成的集合。

如果著眼于第i（i=1，2，…，m）個評判因素ui，其單因素評判結(jié)果為Ri=[ri1，ri2，…，rin]，則m個評判因素的評判決策矩陣為

就是U到V上的一個模糊關(guān)系。

如果對各評判因素的權(quán)數(shù)分配為A=（a1，a2，…，am）（A是論域U上的一個模糊子集，則應(yīng)用模糊變換的合成運算，可以得到論域V上的一個模糊子集，即綜合評判結(jié)果：

根據(jù)最大隸屬度原則，選擇風(fēng)險模糊綜合評價集B中最大的bj所對應(yīng)的的等級vj作為該層子目標(biāo)的綜合判斷結(jié)果[12]。

2.2 二級模糊綜合評判

一級模糊綜合評判僅僅是對一類中的各個因素進(jìn)行綜合，為了考慮各類因素的綜合影響，還必須在類之間進(jìn)行綜合，則就是二級模糊綜合評判。

二級模糊綜合評判模型的建立，可按以下步驟進(jìn)行。

（1）把評判因素集合 U按某種屬性劃分成 m個子集，即 U=｛U1，U2，…，Um｝。

且滿足

式中，Ui=｛Uik｝（i=1，2，…，m；k=1，2，…，nk）表示子集Ui中含有nk個評判因素。

（2）對于每一個子集Ui中的nk個評判因素，按單層次模糊綜合評判模型進(jìn)行評判，如果Ui中的諸因素的權(quán)數(shù)分配為Ai，其評判決策矩陣為Ri，則得到第i個子集Ui的綜合評判結(jié)果：

（3）對U中的m個評判因素子集Ui（i=1，2，…，m），進(jìn)行綜合評判，其評判決策矩陣為

如果U中的各因素子集的權(quán)數(shù)分配為A，則可得綜合評判結(jié)果：

3 實例分析

以2012年某省電網(wǎng)在運 110kV變壓器為例，根據(jù)監(jiān)造、安裝、調(diào)試、運行過程評估報告、試驗評估結(jié)論和檢測資料對該電壓等級下的變壓器全壽命周期管理過程質(zhì)量風(fēng)險進(jìn)行評估。

按已建立電力變壓器運行狀態(tài)因素分析圖（如圖2所示），得出評價要素集合為

式中，各單要素子集ui=（i=1，2，3，4）為

根據(jù)評價決策的實際需要，將評判等級標(biāo)準(zhǔn)劃分為“良好”、“一般”、“注意”和“嚴(yán)重”四個等級。即評語集合為

V=｛v1，v2，v3，v4｝=｛良好，一般，注意，嚴(yán)重｝。

根據(jù)監(jiān)造過程中對變壓器工藝控制、原材料/部件、包裝運輸、設(shè)計結(jié)構(gòu)、出廠試驗、儲存、其他等七方面質(zhì)量問題數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出監(jiān)造、安裝、調(diào)試、運行諸過程 ui（i=1，2，3，4）的模糊綜合評判矩陣為

經(jīng)專家評議，可得各一級和二級指標(biāo)權(quán)重分配為

采用普通矩陣乘法，進(jìn)行一級綜合評判，得各子集Ui（i=1，2，3，4）的綜合評判結(jié)果分別為

依據(jù)最大隸屬度原則，對監(jiān)造過程質(zhì)量風(fēng)險評價為一般；對安裝過程質(zhì)量風(fēng)險評價為良好；對調(diào)試過程質(zhì)量風(fēng)險評價為良好；對運行過程質(zhì)量風(fēng)險評價為良好。

根據(jù)以上計算結(jié)果進(jìn)行二級變壓器模糊綜合風(fēng)險評判，得到變壓器二級綜合風(fēng)險評判矩陣R

按照最大隸屬度原則，變壓器全壽命周期管理過程質(zhì)量風(fēng)險評價結(jié)果為一般。

4 結(jié)論

本文基于模糊綜合評判法，對變壓器設(shè)備建立了風(fēng)險評估層次指標(biāo)體系，主要包括監(jiān)造指標(biāo)、安裝指標(biāo)、調(diào)試指標(biāo)、運行指標(biāo)，為電力變壓器的風(fēng)險評估提供了依據(jù)?；谠撝笜?biāo)體系，采用模糊綜合評判方法，構(gòu)建了變壓器多級模糊綜合風(fēng)險評估模型，通過對變壓器各級指標(biāo)的風(fēng)險評價，綜合給出變壓器全壽命周期管理過程的風(fēng)險評價。評估實例表明，模糊綜合評價模型在變壓器全壽命周期管理過程中具有可行性，可為電力變壓器風(fēng)險評估提供了理論依據(jù)。

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Research on the Evaluation Method of Life Cycle Transformer Quality Risk

Wang Cong Li Xiao Tu Youping
(North China Electric Power University, Beijing 102206)

Risk assessment for power transformer is an important means to guide the condition based maintenance of transformer and enhance the reliability of power system operation, but also to strengthen the power transformer to provide an important basis for quality control. In this paper, a hierarchy index system for comprehensive evaluation of transformer is put forward and a risk assessment model for power transformer based on fuzzy synthetic evaluation is built, which based on the quality problems of large power transfomer statistics in three years and combined with multilayerd and multi-factor features of the transformer life cycle management process. The assessment example analysis shows that the method can effectively estimate the risk of each stage for the life cycle management of power transformer and provide feasible decision basis for the risk management and maintenance decision of transformer.

power transformer; risk assessment; life cycle management; fuzzy synthetic evaluation

王 璁（1980-），男，工程師，從事高電壓設(shè)備與絕緣技術(shù)方向研究。