趙紫東

（武漢大學(xué)珞珈學(xué)院，湖北 武漢 430000）

基于模糊層次分析法的電力變壓器技術(shù)壽命評估

趙紫東

（武漢大學(xué)珞珈學(xué)院，湖北 武漢 430000）

本文基于模糊層次分析法進(jìn)行電力變壓器技術(shù)壽命評估，詳述了技術(shù)壽命評估的流程以及實現(xiàn)方法，通過算例分析，證明模糊層次分析法在電力變壓器技術(shù)壽命評估中應(yīng)用的客觀性與合理性。

電力變壓器；模糊層次分析法；技術(shù)壽命；評估

作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，電力變壓器故障可能引發(fā)大面積停電或電網(wǎng)裂解，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，科學(xué)評估電力變壓器的健康狀態(tài)和技術(shù)壽命，延長電力變壓器使用壽命一直是關(guān)注的焦點。目前，關(guān)于電力變壓器技術(shù)壽命評估的研究，文獻(xiàn)[1]提出基于變權(quán)的狀態(tài)綜合模糊評判法，該方法彌補了常權(quán)方法不能客觀體現(xiàn)電力變壓器部分參數(shù)偏離正常值影響其整體評估；文獻(xiàn)[2]則基于模糊決策角度，提出了基于模糊多準(zhǔn)則決策的電力變壓器評估；文獻(xiàn)[3]則基于在線監(jiān)測技術(shù)，提出了基于現(xiàn)場的電力變壓器技術(shù)壽命評估模式等。但依據(jù)全壽命周期參數(shù)對電力變壓器評估指標(biāo)進(jìn)行構(gòu)建所選擇的科學(xué)評估指標(biāo)和模式方面還存在很多缺陷?，F(xiàn)以變壓器整體健康程度為基礎(chǔ)，構(gòu)建層次型綜合評估指標(biāo)體系，并利用模糊層次分析法進(jìn)行電力變壓器技術(shù)壽命評估。

1 模糊層次分析法

模糊層次分析法是進(jìn)行風(fēng)險評估的基礎(chǔ)，主要基于模糊數(shù)學(xué)的模糊矩陣進(jìn)行表述。譬如為比較論域U={a1,a2,…,an}中兩元素之間的重要程度，將重要程度指標(biāo)表述為模糊矩陣R=(rij)m×m形式。模糊層次分析法避免了判斷矩陣一致性檢驗的繁瑣過程，計算簡單。但在進(jìn)行元素相互重要性比較時，仍采用9段標(biāo)度描述方式，主觀性強；對各層次指標(biāo)元素矩陣權(quán)重向量求解過程，利用和行歸一和方根方式，這種求解過程僅僅體現(xiàn)了模糊矩陣中對應(yīng)一行矩陣元素的影響，精度低，且計算結(jié)果的精度不可控，因此，在具體應(yīng)用時，需要運用多模糊層次分析方法。

（1）基于三標(biāo)度方法建立具有互補型的模糊一致判斷矩陣。三標(biāo)度方法形式簡單，方便判斷矩陣建立，且有利于比較度量元素之間的重要性；三標(biāo)度方法的形式不存在度量的不準(zhǔn)確性，因此利用三標(biāo)度方法可以有效降低專家打分的主觀性。

（2）以和行歸一法或者是方根法為基礎(chǔ)，解析目標(biāo)權(quán)重向量，并將其作為特征值法的初始值進(jìn)行循環(huán)迭代。此種模式可以最大程度降低計算過程的迭代次數(shù)，且具有較快的收斂速度和較高的計算精度。

2 基于模糊層次分析法的電力變壓器技術(shù)壽命評估

2.1 評估指標(biāo)體系建立

以《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》（DL/T536-1996）為基礎(chǔ)，分析整理電力變壓器產(chǎn)生故障的原因，并根據(jù)各組件的區(qū)別，建立電力變壓器技術(shù)壽命層次型綜合評估指標(biāo)，具體如圖1所示。

圖1 電力變壓器技術(shù)壽命評估指標(biāo)體系

2.2 評估方法及流程

模糊層次分析方法靈活、易于理解且操作簡單，基于模糊層次分析法的電力變壓器技術(shù)壽命評估主要有以下幾個步驟。

（1）確定評價指標(biāo)隸屬度，并對各評估指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一量化處理。隸屬度確定方法如下所示：

設(shè)論域U 中含有某模糊矩陣A，對U中所有元素xi∈U ，均指定區(qū)間[0,1]中的一個數(shù)A(xi)∈[0,1]相對應(yīng)，則A(x)變?yōu)樵豿對A 的隸屬函數(shù)，當(dāng)A(xi)距離1越近，表明xi從屬于A程度高。在進(jìn)行電力變壓器技術(shù)壽命評估過程，要進(jìn)行不同量綱、數(shù)量級的評估指標(biāo)隸屬化處理，對于越接近1的隸屬度，指標(biāo)性能越好。針對定性指標(biāo)隸屬度的處理要遵循減分原則；而對于定量指標(biāo)的隸屬度求取，則依照梯形模糊分布獲得偏小型與偏大型隸屬度。即：

其中xi表示第i項指標(biāo)的實測值；a表示指標(biāo)的下限值；b表示評價指標(biāo)的上限值。具體大小依據(jù)《電力變壓器運行規(guī)程》與《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》進(jìn)行確定。

（2）利用模糊層次分析法對各層次的評估指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定。具體確定方法為：

將優(yōu)先關(guān)系矩陣變換為模糊一致矩陣R=(rij)m×m，首先對F=(fij)n×n依照行進(jìn)行求和，接著進(jìn)行行與行變換，生成元素rij。利用和行化一法獲得初始權(quán)重向量，即首先求R每行中各元素和，再求矩陣中不含對角線元素和，進(jìn)而得出指標(biāo)初始權(quán)重向量：

（3）利用評估指標(biāo)隸屬度和自身權(quán)重，結(jié)合歐式貼近度公式，求解子項目待評估變壓器各部件的健康狀態(tài)HIci，在此基礎(chǔ)上，得到待評估電力變壓器的最終健康狀態(tài)值HI 。歐式貼近度公式如下所示：

（4）依據(jù)健康狀態(tài)值，計算待評估電力變壓器的技術(shù)壽命。具體計算方法如下。

其中，HI0代表初始的健康狀態(tài)值，B則代表部件老化的系數(shù)，T則表示變壓器運行時間。一般電力變壓器壽命為30a，其初始健康狀態(tài)值為0.95。如果電力變壓器部件老化嚴(yán)重，必須退役，這時其健康狀態(tài)值HItuiyi=0.2，則老化系數(shù)B可通過下式求得：

電力變壓器的技術(shù)壽命則是在額定運行條件下，從健康狀態(tài)值到退役健康狀態(tài)值經(jīng)歷的時間。

3 算例分析

某電力變壓器，型號為SFPSZ1-120000/220，在1989年投入運行，數(shù)據(jù)及資料是在2002年采集，通過整理分析，所得結(jié)果如下：鐵芯接地電流從C11，0.0374A；鐵芯物理故障C12，128.9%；繞組變形程度C21，5.488dB；油箱體變形度C31，1.12；糖醛含量C41，0.46mg/L；油中含水量C51，21mg/L；油介損C52，2.5%；氫氣含量C53，92.1μL/L；乙炔含量C54，3.2μL/L；總烴絕對產(chǎn)氣量C553.7mL/d；相對產(chǎn)氣量C566.2%/月；套管末屏對地介損C610.43%；套管電容變化C622.12%；絕緣電阻C711.73MΩ。調(diào)壓分接開關(guān)運行工況C72，儲油柜有輕微的滲透油出現(xiàn)；冷卻系統(tǒng)運行工況C81，油泵工作正常，風(fēng)扇有少許噪聲產(chǎn)生；其余組件運行工況C91，除了繞組熱點測溫計失效外，其他組件檢測均正常；外部環(huán)境，年平均氣溫15.3℃，氣候干燥，且有輕微污染；預(yù)計運行負(fù)荷率，未來預(yù)計平均負(fù)荷率為0.9。

（1）依據(jù)上節(jié)的處理方式，對各評估指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行計算，結(jié)果如表1所示，取小數(shù)點后兩位。

表1 評估指標(biāo)隸屬度及權(quán)重值

（3）依照上節(jié)中的步驟，計算獲得各評價指標(biāo)權(quán)重如表1所示。

4 結(jié)語

本文利用三標(biāo)度法及和行歸一法方法優(yōu)化模糊層次分析方法，并將優(yōu)化的模糊層次分析法應(yīng)用到電力變壓器技術(shù)壽命評估當(dāng)中，并以變壓器整體健康程度作為基礎(chǔ)，建立層次型綜合評估指標(biāo)并進(jìn)行評估。詳述了具體評估方法和步驟，通過結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)該評估模型的科學(xué)合理性。

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