馮李軍，田 赟，王天正

（1.國網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度控制中心，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

隨著電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展成熟，基于設(shè)備綜合運(yùn)行情況的狀態(tài)評(píng)價(jià)應(yīng)運(yùn)而生。在變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)過程中，專業(yè)技術(shù)人員的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)起到了關(guān)鍵作用，但隨著電力系統(tǒng)復(fù)雜化、信息化和自動(dòng)化程度不斷提高，用于變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)信息來源規(guī)模龐大，僅靠人工往往不能夠進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的科學(xué)可靠管理，難以快速得到變壓器的狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果，因此基于設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)模型軟件開發(fā)的變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)分析決策是非常必要的[1]。

變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)是根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)信息對(duì)設(shè)備狀態(tài)做出分級(jí)性量化評(píng)估的過程，評(píng)價(jià)的基本思路為：通過分析設(shè)備運(yùn)行過程中直接表現(xiàn)出的一些現(xiàn)象或?qū)σ恍┠芊从吃O(shè)備狀態(tài)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量來間接得出設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)，將其與相關(guān)導(dǎo)則或規(guī)程中的限值進(jìn)行對(duì)比，依據(jù)狀態(tài)評(píng)價(jià)模型計(jì)算得到設(shè)備的評(píng)價(jià)結(jié)果[2]。在設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的過程中，各個(gè)數(shù)據(jù)源狀態(tài)信息采集是整個(gè)體系的輸入，狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果為整個(gè)應(yīng)用的輸出，狀態(tài)評(píng)價(jià)模型的合理建立是貫穿整個(gè)狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的核心內(nèi)容。目前，美國電力研究院及其檢測(cè)診斷中心、美國CSI公司、NETEK公司在狀態(tài)評(píng)價(jià)研究中取得了一定的成果[3]，但我國電網(wǎng)企業(yè)狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)有效研究仍處于初級(jí)階段。因此，如何充分利用國內(nèi)現(xiàn)有資源，加強(qiáng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析，提高狀態(tài)評(píng)價(jià)的科學(xué)水平是當(dāng)前開展變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)的首要問題和必由之路。

1 精益化變壓器評(píng)價(jià)模型

1.1 我國變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前我國變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)不夠成熟，各專業(yè)技術(shù)人員測(cè)試分析缺乏橫向聯(lián)系，無法擺脫原有預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)單合格與否判別，缺乏科學(xué)把握設(shè)備當(dāng)前健康狀況和未來發(fā)展趨勢(shì)的統(tǒng)一分析診斷模型。目前變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)多遵循國網(wǎng)《油浸式變壓器（電抗器）狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，將電壓等級(jí)為110（66）～750 kV的交流油浸式變壓器設(shè)備模型分為本體、套管、分接開關(guān)、冷卻系統(tǒng)以及非電量保護(hù)5個(gè)部件[4]。針對(duì)每一部件，綜合分析運(yùn)行巡檢和試驗(yàn)數(shù)據(jù)兩種狀態(tài)量參數(shù)，最終通過計(jì)算得到變壓器正常、注意、異常、嚴(yán)重四種狀態(tài)。但國網(wǎng)評(píng)價(jià)模型較為簡(jiǎn)單，狀態(tài)量不能有效反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)，多數(shù)狀態(tài)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的文字表達(dá)比較籠統(tǒng)模糊，評(píng)價(jià)模型難以真實(shí)反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行情況。

1.2 精益化評(píng)價(jià)模型

針對(duì)現(xiàn)有模型存在的問題，山西電網(wǎng)以國網(wǎng)變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則為框架，結(jié)合試驗(yàn)規(guī)程、技術(shù)規(guī)范、技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則、反措、標(biāo)準(zhǔn)缺陷等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及專家運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，建立了各個(gè)數(shù)據(jù)源一體化的變壓器評(píng)估系統(tǒng)，評(píng)估系統(tǒng)中增加新的狀態(tài)量、判斷依據(jù)，優(yōu)化權(quán)重、劣化等級(jí)，將所有的狀態(tài)量根據(jù)對(duì)變壓器性能和安全穩(wěn)定運(yùn)行影響大小分為一般狀態(tài)量和重要狀態(tài)量，每個(gè)狀態(tài)量均有權(quán)重系數(shù)與劣化程度兩個(gè)屬性，狀態(tài)量的扣分值由權(quán)重和劣化程度共同決定，即狀態(tài)量應(yīng)扣分值等于該狀態(tài)量的基本扣分值乘以權(quán)重，最終每個(gè)部件評(píng)價(jià)結(jié)果由各個(gè)狀態(tài)量結(jié)果組成，變壓器的整體評(píng)價(jià)綜合五部件的評(píng)價(jià)結(jié)果[5]。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了判斷依據(jù)的算法研究，提供計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的依據(jù)，有效推進(jìn)了變壓器評(píng)價(jià)模型實(shí)用化。

1.2.1 數(shù)據(jù)來源細(xì)化

精益化的變壓器評(píng)估系統(tǒng)基于現(xiàn)有電力設(shè)備信息一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)，為滿足狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及檢修決策一體化聯(lián)動(dòng)模型整體應(yīng)用需求，將生產(chǎn)管理系統(tǒng)PMS（Production Management System）、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)、電能質(zhì)量智能信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和融合，從變壓器的缺陷/故障、試驗(yàn)、帶電檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)、不良工況、家族性缺陷6類主數(shù)據(jù)源進(jìn)行了數(shù)據(jù)篩選及采集。其中缺陷/故障數(shù)據(jù)及家族性缺陷數(shù)據(jù)來源于PMS中的缺陷記錄，試驗(yàn)及帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)來源于PMS中的試驗(yàn)記錄，不良工況數(shù)據(jù)來源于SCADA系統(tǒng)，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來源于狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過各個(gè)系統(tǒng)獲取了檢修試驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行實(shí)時(shí)信息、設(shè)備運(yùn)行情況、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等狀態(tài)量。將這些數(shù)據(jù)融合到變壓器綜合狀態(tài)分析體系之中，對(duì)于指導(dǎo)狀態(tài)評(píng)價(jià)的深入開展具有十分重要的意義。

1.2.2 數(shù)據(jù)診斷與分析

該系統(tǒng)對(duì)不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)開展了冗余診斷、錯(cuò)誤診斷、殘缺診斷、完整性處理等多鐘數(shù)據(jù)處理，創(chuàng)新性的采取了數(shù)據(jù)統(tǒng)一編碼處理、數(shù)據(jù)缺省值處理、數(shù)據(jù)超周期診斷等數(shù)據(jù)處理方式[6]。

a）數(shù)據(jù)統(tǒng)一編碼處理，數(shù)據(jù)編碼在不同的系統(tǒng)中有較大的差異，如名稱編碼、類型編碼、型號(hào)編碼等，采取統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)，并在成為主數(shù)據(jù)前經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)換后達(dá)成一致，如將分開的年、月、日日期數(shù)據(jù)合并成一個(gè)單一的日期數(shù)據(jù)，一個(gè)文本分拆成多個(gè)文本或數(shù)值等。

b）數(shù)據(jù)缺省值處理，某些數(shù)據(jù)項(xiàng)空值將影響后面的狀態(tài)評(píng)價(jià)，導(dǎo)致評(píng)價(jià)計(jì)算出現(xiàn)異?；蝈e(cuò)誤。例如油中溶解氣體試驗(yàn)中CO、CO2等值可能為空，如果這些空的測(cè)量值參與后面的計(jì)算可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算異?；蛟u(píng)價(jià)不準(zhǔn)確，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)項(xiàng)配置合適的缺省值以保證評(píng)價(jià)計(jì)算的正常執(zhí)行。

c）數(shù)據(jù)超周期診斷，狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程對(duì)巡檢、例行試驗(yàn)規(guī)定了基準(zhǔn)周期，如表1所示，并允許在基準(zhǔn)周期的基礎(chǔ)上酌情延長(zhǎng)或縮短，調(diào)整后的周期將不小于1 a，不大于基準(zhǔn)周期的1.5倍。如果超周期的巡檢記錄及試驗(yàn)數(shù)據(jù)參與評(píng)價(jià)將影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將通過設(shè)定數(shù)據(jù)的周期性規(guī)則，發(fā)現(xiàn)超周期數(shù)據(jù)，并在評(píng)價(jià)過程中標(biāo)注。

表1 試驗(yàn)規(guī)程對(duì)油浸式電力變壓器（電抗器）巡檢規(guī)定的基準(zhǔn)周期

1.2.3 狀態(tài)量細(xì)化

在評(píng)價(jià)模型中，狀態(tài)量的來源和獲取方法多種多樣，原則上一切可以反映設(shè)備性能的數(shù)據(jù)都可以作為狀態(tài)量，但實(shí)際確定狀態(tài)量要考慮數(shù)據(jù)采集是否方便以及狀態(tài)量是否能全面準(zhǔn)確地反映設(shè)備的性能指標(biāo)[7]。系統(tǒng)得到的狀態(tài)量數(shù)據(jù)分為兩類：一是反映設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)，主要包括從在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、調(diào)度SCADA系統(tǒng)、帶電測(cè)試數(shù)據(jù)以及巡視維護(hù)記錄等不同數(shù)據(jù)源讀來的狀態(tài)量數(shù)值；二是用于比對(duì)分析的狀態(tài)量基本數(shù)據(jù)，主要包括設(shè)備臺(tái)帳數(shù)據(jù)、設(shè)備出廠值記錄、檢修記錄等[8]。系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、過濾、深度分析，形成設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)有用的模型數(shù)據(jù)，利用評(píng)價(jià)模型進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)，結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果合理的分配和規(guī)劃設(shè)備檢修、技改資源，實(shí)現(xiàn)差異化檢修策略。

山西電網(wǎng)精益化的變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)模型擴(kuò)充的狀態(tài)量有不良工況記錄、帶電測(cè)試數(shù)據(jù)、技術(shù)管理、家族缺陷、缺陷、試驗(yàn)等7類548種，較國網(wǎng)下發(fā)的評(píng)價(jià)導(dǎo)則的77種狀態(tài)量有了大幅提高。其中不良工況、家族缺陷、試驗(yàn)是在國網(wǎng)原導(dǎo)則基礎(chǔ)上進(jìn)行了細(xì)化；技術(shù)管理是加入《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中變壓器容量、中壓側(cè)繞組抗短路能力等狀態(tài)量；試驗(yàn)項(xiàng)目是加入了《輸變電設(shè)備缺陷管理標(biāo)準(zhǔn)》油中溶解氣體含量、絕緣紙聚合度等狀態(tài)量。

山西電網(wǎng)變壓器評(píng)估模型重點(diǎn)參考了標(biāo)準(zhǔn)缺陷庫和反事故措施等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)狀態(tài)量進(jìn)行細(xì)化，發(fā)現(xiàn)存在大量的缺陷在評(píng)價(jià)導(dǎo)則中無法對(duì)應(yīng)，以及部分導(dǎo)則中描述的缺陷在標(biāo)準(zhǔn)缺陷庫中不存在，這種情況將導(dǎo)致大量的缺陷記錄無法參與評(píng)價(jià)以及導(dǎo)則中的部分狀態(tài)量無法進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)這種情況，對(duì)存在于缺陷庫中但在評(píng)價(jià)導(dǎo)則中不存在的缺陷擴(kuò)充評(píng)價(jià)模型的狀態(tài)量，對(duì)存在于評(píng)價(jià)導(dǎo)則中但在缺陷庫中不存在的缺陷擴(kuò)充缺陷庫，并根據(jù)缺陷分類結(jié)合專家的經(jīng)驗(yàn)確定與權(quán)重、劣化等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系[9-10]。例如缺陷庫中的缺陷描述如表2所示，將缺陷庫中“繞組電阻不合格”缺陷擴(kuò)充到評(píng)價(jià)模型,如表3所示。

表2 缺陷庫中“繞組電阻不合格”缺陷描述

表3 評(píng)價(jià)模型中擴(kuò)充“繞組電阻不合格”狀態(tài)量

將國網(wǎng)18項(xiàng)重大反事故措施內(nèi)容通過一些具體反事故措施進(jìn)一步擴(kuò)充到評(píng)價(jià)模型的狀態(tài)量，使評(píng)價(jià)模型更加完整全面。山西省反措實(shí)施細(xì)則關(guān)于“膠囊及隔膜”描述為“對(duì)運(yùn)行超過15 a的尿囊式或隔膜式油枕，應(yīng)加強(qiáng)絕緣油微水、含氣量等試驗(yàn)，異常時(shí)應(yīng)進(jìn)行膠囊更換，隔膜式油枕宜進(jìn)行改造”，擴(kuò)充到評(píng)價(jià)模型內(nèi)容，如表4所示。

表4 評(píng)價(jià)模型中中擴(kuò)充“膠囊及隔膜”狀態(tài)量

1.2.4 判斷依據(jù)細(xì)化

根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境、負(fù)荷、設(shè)備自身參數(shù)等條件，在《變壓器技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》 《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》、專家的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)以及已經(jīng)成熟研究的算法成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)及檢修反饋等相關(guān)信息，適當(dāng)調(diào)整判斷依據(jù)的權(quán)重、劣化等級(jí)及相關(guān)判斷系數(shù)，優(yōu)化扣分值權(quán)重和劣化等級(jí)。原有國網(wǎng)評(píng)價(jià)導(dǎo)則中某些試驗(yàn)類狀態(tài)量的判斷依據(jù)描述不夠清晰明確，通過研究試驗(yàn)規(guī)程再結(jié)合專家的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)一步細(xì)化判斷依據(jù)中的某些參數(shù)或算法。如油浸式變壓器的繞組直流電阻高壓調(diào)壓試驗(yàn)，國網(wǎng)導(dǎo)則中繞組直流電阻狀態(tài)量的判斷依據(jù)描述如表5所示，山西電網(wǎng)變壓器評(píng)價(jià)模型細(xì)化該判斷依據(jù)時(shí)，引入了繞組間實(shí)測(cè)值互差、20℃換算值互差、各個(gè)擋位的相間實(shí)測(cè)值互差，引入縱橫比以決定是否啟用縱橫比差取代初值差作為評(píng)價(jià)依據(jù)。

表5 國網(wǎng)評(píng)價(jià)導(dǎo)則中繞組直流電阻判斷依據(jù)

1.2.5 狀態(tài)量的關(guān)聯(lián)性及聯(lián)動(dòng)性分析

精益化評(píng)價(jià)模型將各個(gè)狀態(tài)量之間建立關(guān)聯(lián)性、聯(lián)動(dòng)性關(guān)系，如關(guān)注鐵芯絕緣時(shí)，同時(shí)考慮鐵芯接地電流和絕緣油色譜兩個(gè)狀態(tài)量；繞組頻譜、短路阻抗異常時(shí)，結(jié)合色譜分析、繞組電容量以及變壓器短路情況綜合考慮；變壓器出口短路綜合考慮絕緣電阻、油中溶解氣體色譜分析、繞組直流電阻、繞組變形測(cè)量或短路阻抗等試驗(yàn)。

2 目前存在問題和發(fā)展方向

2.1 各數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

PMS、SCADA等數(shù)據(jù)源存在記錄標(biāo)準(zhǔn)和記錄周期不統(tǒng)一等問題，在使用時(shí)可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)時(shí)效性差、易丟失。因此需要開展數(shù)據(jù)模型管理，數(shù)據(jù)源各個(gè)系統(tǒng)建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及接口，靈活地配置設(shè)備臺(tái)賬、試驗(yàn)、缺陷等運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)難以有效調(diào)用

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集手段可分為停電采集和帶電采集2種，其中帶電采集數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)有著十分重要的意義，大電流、強(qiáng)電場(chǎng)下的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)能夠更加實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反映設(shè)備的狀態(tài)特征。但是由于變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)工作多為省電科院開展，各網(wǎng)省公司500 kV及以下電壓等級(jí)變電站紅外測(cè)溫、紫外電暈成像檢測(cè)等日常巡檢工作多為地市操作隊(duì)開展，帶電檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果不能及時(shí)、規(guī)范錄入評(píng)價(jià)系統(tǒng)，同時(shí)原始試驗(yàn)報(bào)告格式標(biāo)準(zhǔn)不一，設(shè)備缺陷記錄參差不同，進(jìn)行設(shè)備評(píng)價(jià)時(shí)難以調(diào)用有效數(shù)據(jù)，因此需要加強(qiáng)設(shè)備基礎(chǔ)資料分析及開展帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式傳輸，有效調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

2.3 PMS數(shù)據(jù)完整性不高

PMS系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)臺(tái)帳的完整性、規(guī)范性仍較低。針對(duì)評(píng)價(jià)模型中需要調(diào)用PMS系統(tǒng)中的狀態(tài)量，PMS系統(tǒng)中試驗(yàn)?zāi)K參數(shù)數(shù)據(jù)較為豐富，在PMS運(yùn)行工作中心中實(shí)驗(yàn)管理模塊中可取到電氣實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、帶電實(shí)驗(yàn)等相關(guān)參數(shù)。但巡視記錄參數(shù)的數(shù)據(jù)較少，查找PMS運(yùn)行工作中心、生產(chǎn)運(yùn)行記錄管理等相關(guān)模塊中變電運(yùn)行記錄，只填寫是否巡視正常，并不填寫詳細(xì)參數(shù)信息，不能作為狀態(tài)評(píng)價(jià)狀態(tài)量的有效數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

精益化的評(píng)價(jià)模型是狀態(tài)評(píng)價(jià)的核心，只有確保狀態(tài)量全面、算法及閾值準(zhǔn)確、狀態(tài)量分類精細(xì)、關(guān)聯(lián)性分析完整，才能建立有針對(duì)性的、全方位的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。該變壓器評(píng)價(jià)模型通過對(duì)設(shè)備狀態(tài)量的監(jiān)測(cè)與獲取，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯、算法與各類狀態(tài)量數(shù)據(jù)結(jié)合，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理和分析，并以此為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康狀態(tài)的評(píng)估、判斷設(shè)備的異常，同時(shí)給出設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)報(bào)告、故障診斷報(bào)告及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)報(bào)告等，根據(jù)各種管理需求，定制各種形式的符合要求的報(bào)表輸出，在全面掌握設(shè)備狀態(tài)的基礎(chǔ)上開展設(shè)備檢修計(jì)劃編制工作，做到檢修計(jì)劃編制工作有據(jù)可依，為檢修策略運(yùn)用提供更為完備的信息準(zhǔn)備和科學(xué)的理論支持。

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