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摘要：針對目前群組變壓器狀態評估方法無法全面掌握設備故障風險信息、準確制訂在運變壓器檢修策略的問題，提出基于全維度故障風險信息的群組電力變壓器運行狀態精準診斷方法。該方法通過完善變壓器不良運行工況和家族缺陷等基礎數據，運用分級管理思路改進了群組變壓器評估體系。在此基礎上制訂了電力變壓器繞組變形標準化診斷管理流程，基于電容—電抗聯合分析法，定量診斷繞組變形程度與變形位置，最終實現通過對群組變壓器歷史數據分析提前發現非停電設備重大隱患的目的，改變了變壓器故障后檢修的被動局面。

關鍵詞：群組變壓器；故障風險；狀態評價；繞組變形；預見性檢修

0引言

隨著電力需求的持續增長與電網建設的飛速發展，我國包括火電、新能源等電力設備以及各類設備狀態監測系統數量飛速增長。以設備狀態實時、動態和定期評價為核心的設備狀態檢修模式在不斷發展和改進中遇到了技術瓶頸，目前國內電網企業設備狀態評價標準均依據DL/T393—2010《輸變電設備狀態檢修試驗規程》[1]，根據規程限值對設備狀態作出判斷。隨著停電例行試驗周期延長，設備發生故障前的潛伏性缺陷無法通過當前的評價體系反映出來，在一定程度上存在設備狀態失控的風險。其次，該檢修模式只能提供電力設備的基本參數和部分不良工況，缺乏對設備動態故障風險信息的掌握和服役年限的有效預測。以統計學專業知識為基礎[2-4]，結合專家經驗，通過對設備進行群組評估，改變設備狀態評估僅依據設備狀態量限值的局面，提前發現設備潛伏性、苗頭性缺陷，及時檢修，可實現電網安全生產從事后處理到事前防范的轉變。電力變壓器作為電網重要變電一次設備，其安全穩定運行事關重大，選擇變壓器為試品，探索群組評估方法，不僅可以有效提高電網運行的可靠性，同時將為其他設備開展該類評估提供技術參考。2006—2015年，國家電網公司發生220kV及以上電壓等級變壓器故障240臺•次，其中，繞組變形損壞86臺•次，占比36%[5]；2011—2015年，內蒙古電力（集團）有限責任公司發生110kV及以上電壓等級變壓器故障14臺•次，其中，繞組故障10臺•次，占比高達71.4%[6]。可見，繞組變形損壞是影響變壓器安全運行的首要因素，因此，本文以繞組健康狀況為變壓器群組評估重點，探索基于全維度故障風險信息的群組電力變壓器運行狀態精準診斷手段和標準流程。

1群組電力變壓器運行狀態評估思路

2016年，國家電網公司提出全面啟動“大物云移”電網運作新模式[7]，為變壓器全維度故障風險信息分析決策提供了有利的契機，本文研究的群組電力變壓器運行狀態評估思路是指應用統計學工具，深入挖掘生產系統已有的海量設備狀態量數據，篩選出統計學意義上的異常設備，對變壓器關鍵運行數據進行離散化處理，使其具備自動統計分析功能；同時組織專家或利用已有專家系統對篩選出的異常設備進行精確評估，通過核實數據、進行現場診斷性試驗等方法確診設備狀態，建立科學有效的高級專家評價模型，使設備狀態診斷準確性接近實際運行情況，提高對變壓器的精準管控。在充分借鑒國家電網公司開展輸變電一次設備智能運檢經驗的基礎上，實現具有預見性和可靠性的檢修新模式。

2群組電力變壓器運行狀態評估

2.1完善狀態評估基礎數據

由于影響電力變壓器健康狀況診斷的因素較多，因此，開展群組電力變壓器運行狀態評估的首要工作是建立完整、準確的數據基礎。主要包括以下工作。（1）規范變壓器試驗項目與試驗報告模板，實現變壓器出廠、交接、例行以及診斷性試驗報告格式與試驗內容的統一。（2）參照相關規程和國家電網公司變壓器參數規范，修訂完善生產管理信息系統中變壓器參數和分類。（3）對原有變壓器設備標準缺陷庫進行補充與完善，建立包含缺陷部件、缺陷部位、缺陷標準描述、缺陷分類、缺陷原因和缺陷責任原因的變壓器設備標準缺陷庫，實現變壓器缺陷管理的標準化。（4）完善變壓器不良運行工況錄入與變壓器家族性缺陷批量認定功能，本方法根據電力變壓器遭受短路電流沖擊記錄篩選可疑主變壓器，對其進行離散化處理。以電力變壓器短路故障記錄作為主變壓器繞組變形事故分析依據，僅進行簡單的累加統計，即不考慮主變壓器遭受短路電流與其短路電流承受能力之間的關系，不考慮近區故障與遠端故障區別，機械統計每1次線路故障跳閘時電流大小和故障持續時間，分別進行累加。由于短路電流沖擊記錄無法反映短路故障對主變壓器的危害程度，因此通過開展主變壓器近區短路故障電流計算，得到每臺主變壓器近區短路電流幅值，按照<30%、30%~70%、>70%3個區間分別統計主變壓器短路電流沖擊記錄，得到可以量化和計算的主變壓器短路電流與故障持續時間。通過完善實時獲取變壓器基本臺賬信息、靜態狀態量信息、準實時狀態量信息和存儲功能，為群組電力變壓器運行狀態評估數據共享和深度融合建立基礎。

2.2改進變壓器狀態評估體系

2.2.1變壓器狀態評估現狀目前國內變壓器狀態評估體系普遍基于國家電網公司的《輸變電設備狀態檢修試驗規程》[8]，按電力變壓器試驗結果是否滿足規程要求逐一判斷，以扣分值為基礎，按“設備得分=Σ權重系數×劣化程度”計算，得到反映變壓器運行狀態的分值。其優點是結果簡單直觀，容易劃分狀態區間，但由于人為因素和分數斷檔原因，嚴重影響結果的敏感度和準確度；其次，未將風險分類判斷；第三，未考慮設備重要度對檢修決策的影響。因此，當前變壓器狀態評估方法不能及時反映變壓器潛伏性缺陷，嚴重影響變壓器運維管理的透明度。

2.2.2群組變壓器分級管理改進后的狀態評價體系基于變壓器全維度風險信息，對整個變壓器群組實施分級管理。變壓器的風險評估基于2個變量。第1個變量即故障概率，采用來自分析階段的輸入數據進行估算，如役齡或服役時間、變壓器的銘牌數據（如電壓和電容等）、實際應用和負載狀況、操作中出現的問題或結果、最新現場測試數據（如溶解氣體與油類的分析），以及備用變壓器和備件供應情況；第2個變量是變壓器在電網中的重要度。2個變量相對應可生成變壓器系統失效風險曲線，曲線位于不同顏色區域，代表參評變壓器的不同風險等級（見圖1）。根據變壓器落入的顏色區域，生產管理部門可安排不同等級的維修工作（見圖2），確保優先開展高風險變壓器的維護。變壓器的狀態評估分3個步驟（見圖3），目的是在進行變壓器的資產管理時，減少發生故障的風險，并將發生故障時所產生的影響最小化。（1）群組內個體變壓器的風險評估。從易于獲得的故障風險信息數據著手：如變壓器的銘牌數據、油中溶解氣體組分、負載分布、實時在線監測回傳數據等，根據某類數據超標造成試驗結果不合格或系統報警等風險提示，篩選出變壓器群組中高風險的變壓器個體。（2）確診缺陷及潛在隱患。對篩選出的高風險變壓器進行更詳盡的變壓器設計檢查和運行狀態評估，包括：評估變壓器的原始設計是否滿足當前生產運行需要；對可疑數據進行完善的現場診斷測試及歷史數據核實，以結構化方式評估包括機械狀態、熱狀態以及附件的運行狀況。（3）確定剩余壽命，安排適當的檢修方式。分析特定材料（如呋喃）或采用仿真模擬工具分析指定部件或系統，以確定該變壓器是否可以過載、其抗短路能力是否適應當前的運行條件，或其使用壽命是否可以延長等運行指標，并以此為依據，制定高效且經濟的檢修策略。表1為某變壓器的設計和狀態評估（高風險變壓器子單元）及對應的具體檢修計劃示例。該評估體系基于失效風險判斷的資產優先級，將變壓器的風險結構和維修需求相結合。提升了變壓器資產可用性和運行可靠性，提高了資本與財務的計劃匹配度，從源頭上降低了運行和維護成本，降低了重大事故造成的環境和人員危害。

2.3變壓器繞組狀態群組評估流程

根據群組變壓器分析管理思路，將群組內的變壓器按照故障風險程度進行劃分，從而篩選出需要重點關注的高危個體變壓器，并對其進行設計參數驗證及各組件的運行狀態評估。由于變壓器繞組故障在近幾年變壓器各類故障統計中的占比居高不下[6]，本文著重分析變壓器繞組失穩狀態下電容和短路阻抗2個關鍵電氣參數的變化與繞組變形對應的規律，為變壓器運行狀態精準評估提供診斷依據，從而有效指導群組變壓器運行檢修管控工作。

2.3.1電容—電抗聯合分析

核心算法多起變壓器繞組診斷及其解體結果表明，繞組電容量、短路阻抗試驗結果均與變壓器各側繞組之間的相對距離有關。針對研究對象分別構建變壓器主變主絕緣電容結構模型和變壓器主變主絕緣電抗結構模型進行詳細說明。

2.3.1.1A變壓器主變主絕緣電容結構模型該模型需計算的電容值分為3類：繞組對鐵心的幾何電容、線圈間的幾何電容、繞組對油箱的電容2.3.1.2B變壓器主變主絕緣電抗結構模型變壓器主變主絕緣電抗可通過以下計算方法獲得。

2.3.2變壓器繞組狀態群組評估標準化流程

在前期數據規范的基礎上，建立了圖7所示的變壓器繞組狀態群組評估標準化流程。（1）利用統計學方法，對遭受過短路電流沖擊的85組變壓器繞組電容量測試結果開展顯著性差異分析。通過繪制圖8所示的變壓器組電容量變化率的概率密度分布圖，求取所有樣本數據的均值和方差，得到臨界值，然后將樣本內大于臨界值的數據剔除，進行多次迭代，最終確定變壓器繞組變形時電容量變化率的臨界值為2.1%[1]。（2）對統計學意義上異常的變壓器開展現場短路阻抗診斷性試驗，若試驗結果正常，則核實電容量試驗結果；若試驗結果異常，則判斷是否滿足繞組變形的電容—電抗核心分析算法。（3）若電容量和短路阻抗規律符合核心算法，則判斷變壓器繞組發生變形，變形嚴重程度根據變壓器繞組布置形式、容量、阻抗電壓等基本參數結合電容量和電感數據變化率綜合判斷。（4）若電容量和短路阻抗規律不符合核心算法，則查找數據異常原因，根據現場積累的經驗，主要有主變壓器銘牌數據錯誤、現場試驗不規范、主變壓器出廠試驗數據錯誤等，最終形成閉環的標準化判斷流程。

3實施效果

2016—2017年，使用變壓器狀態群組評估方法已成功預診斷出13臺在運變壓器35kV或10kV繞組存在變形潛伏性故障。作為變壓器核心部件，繞組損傷意味著變壓器已喪失安全穩定傳輸電能的能力，隨時有可能遭受短路沖擊放電而徹底損壞。目前已有6臺變壓器完成返廠解體檢修并重新投入運行。解體結果與預判結果全部吻合。變壓器狀態群組評估方法大大提升了目前內蒙古電網電力變壓器設備狀態評價與檢修決策水平，有效降低了電力變壓器故障風險，打破了內蒙古電網長期以來變壓器故障后檢修的被動局面，實現變壓器故障從事后處理到事前防范的轉變。目前該方法正推廣應用于斷路器、互感器等設備狀態評價，可大幅提高內蒙古電網主要輸變電一次設備的整體運行可靠性。

參考文獻：

[1]國家電網公司.輸變電設備狀態檢修試驗規程：DL/T393—2010[S].北京：中國電力出版社，2010.

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[7]國家電網公司運維檢修部.智能運檢白皮書[R].北京：國家電網公司運維檢修部，2016.

[8]國家電網公司.輸變電設備狀態檢修試驗規程：Q/GDW1168—2013[S].北京：中國電力出版社，2014.

[9]楊玥，汪鵬，顧宇宏，等.利用繞組電容量及短路阻抗試驗綜合判定變壓器繞組變形方法分析[J].內蒙古電力技術，2016，34（6）：23-27.

作者：楊玥；康琪；郭紅兵；李哲君；張建英 單位：內蒙古電力科學研究院