基于物元分析法的电力变压器套管健康状态评估梁健

基于物元分析法的电力变压器套管健康状态评估梁健

梁健孙喆

（国网河北省电力公司保定供电分公司河北省保定市071051）

摘要：套管故障率往往高于变压器本体，准确评估套管健康状态对提高变压器整体运行可靠性十分重要。文中基于物元分析理论提出了套管健康状态的评估方法。以试验检测数据为基础，综合考虑巡视检查与维护历史状态参量，构建了套管健康状态评估的层次型指标体系；采用层次分析法（AHP法）确定指标初始权重，并根据指标数据变化量、利用信息熵对试验类指标的初始权重进行修正。基于物元理论构建了套管健康状态的评估物元，考虑到定量指标测量干扰及定性指标主观判断所带来的误差，采用一个数据区间来表征指标状态，在此基础上基于区间可拓理论提出了套管健康状态的评估模型。

关键词：套管；健康状态；物元分析法；区间；评估

准确掌握变压器健康状态是制定变压器状态检测策略及开展状态检修工作的前提条件。长期以来基于单项预防性试验、诊断性试验数据或综合少量状态指标分析的研究较多，近年来一些学者引入了模糊推理、证据理论、神经网络、集对分析、灰色系统等方法对变压器状态评估方法进行了研究，以表征变压器整体状态和试验数据、运行工况、检修历史等状态量之间的对应关系。当变压器整体上运行良好时，说明整个变压器不存在局部或某类状态的明显劣化，有较好的运行稳定性与可靠性，这种情况下整体评估可以满足后续维护要求。然而当变压器处在中间或严重状态时，表明变压器状态劣化已趋向或处于明显，此情况下整体评估提供的状态信息就显得不够，还需要对状态劣化部件进行判断评价，以便进行有针对性的状态跟踪或检修。套管是变压器的故障多发部位，在实际运行中其故障率往往高于变压器本体，由于套管内部缺陷导致变压器停运甚至起火烧损等严重事故已经严重威胁到变压器的可靠运行。

文中基于物元分析理论研究了变压器套管健康状态的评估方法。在对套管健康状态进行等级划分的基础上，选取了状态评估指标，考虑到定量数据测量干扰及定性数据主观判断所带来的误差，用一个区间域来表征指标数据，并基于区间可拓方法建立了套管健康状态的物元评估模型，最后以实例对模型的有效性与准确性进行了分析验证。

1套管健康状态等级的划分

电力变压器状态的劣化及故障的演变过程都有其自身的规律，对于正常条件下的劣化，通过对典型参数的分析并结合寿命特性曲线可以大致判断变压器的健康状态；对于潜伏性故障，如果不属于随机因素瞬间诱发故障的情况，可以通过跟踪故障特征量来分析并预测其发展趋势。一般而言，变压器状态评估可分为渐变过程评估和突变过程评估。突变过程评估即故障诊断与故障预测，而渐变过程评估是指在使用寿命期间其健康状态处于非突变性的量变过程中，不影响其功能发挥且能满足一定的运行可靠性与性能稳定性。

2评估指标的选取与权重的确定

2.1评估指标的选取与评估流程

相对于变压器本体，套管的状态参数不算太多。对电容性套管，主绝缘电阻、介质损耗与电容量是判断套管绝缘是否受潮、老化等的重要试验，油中气体分析能及时发现处于潜伏或初期的受潮、放电、过热等绝缘缺陷。另外巡视检查、维护历史等也是判断套管状态的重要参量。

目标层是指评估的对象即套管健康状态；项目层是源于不同类型的状态量从不同侧面对套管健康状态进行分析；指标层是在项目层框架内选取具体的指标，主要包括套管的试验检测数据、巡视检查记录、维护检修历史等，其中电容量偏差是指实测值与出厂值（或交接值）的偏差量。

在结构上，套管油与变压器本体油是分开的。在套管油面顶部，往往会充一个微正压的氮气，这个微小的正向压力可以有效防止外部潮气倒吸进套管内部。在制造过程中厂家会对套管进行密封处理。取油样时需要将套管打开，因现场条件、取样仪器等难以与工厂条件相比，存在破坏内部微正压、人工密封不良等风险，且套管油比较少，如果因取油而使油量不足需要补油时，还容易导致吸进潮气，所以生产厂家一般不希望用户进行取油操作，目前预防性试验规程也不要求定期取油试验。一般只有在其他试验项目发现有异常、怀疑套管内部存在缺陷时才会考虑取油。现场大多数情况下是参照电气试验数据，如果出现电气试验数据劣化速度过快或出现超标时，则考虑取油试验以进一步分析判断。基于此，文中先进行电气试验指标评估，如果其评估结论为“注意”或“严重”，则再取油以获取化学试验类指标数据进行后续评估，否则不要求化学试验类指标。

2.2指标权重的确定

在同一评估层次中需赋予各指标权重以反映其相对重要性。要确定指标权重，大致可分为主观与客观两类方法。主观法主要取决于个人在该评估领域知识与经验的丰富程度；客观法主要根据评价指标的客观数据进行统计分析，所以数据的准确性、完整性以及处理数据方法的合理性决定了权重的合理性。

目前，套管健康状态评估尚处在起步研究阶段，获得大量有明确评估结论的样本存在很大困难，还需借助专家经验。层次分析法（AHP法）是一种比较典型的主观赋权法，它把同一层次下指标的重要性进行两两比较，然后通过数学处理得出指标权重值，具有可信、灵活与实用的特点，已在指标赋权中得到广泛的应用。对于化学试验和电气试验数据，考虑不同的设备质量以及不同的运行条件往往会形成不同类型的劣化，现场检测中常常会出现部分数据变化较大而其他数据几乎维持稳定的情况。

3评估指标的量化

在进行评估前，需先对电气试验、化学试验等定量指标进行标准预处理以消除指标数据在量纲与数量级上的差别，把巡视检查、维护历史等定性指标的描述性语言按其相应的打分标准进行统一量化。

3.1定量指标量化

以相对劣化度来表征套管健康状态劣化的程度。对数值越大其反映状态越优良类型的指标（如末屏绝缘电阻），的评分标准，但凭人的主观经验还是很难给定一个精确的数值，它往往需要一个分数区间来界定，这样更能合理表征专家经验，如专家经分析某支套管的维护检修情况为“检修不涉及主绝缘与主密封结构，次数较少，不存在遗留缺陷”，参照评分标准后可给出“该套管检修历史”。

4套管健康状态物元评估模型的构建

由于套管故障机理的复杂性以及运行条件的随机性，目前还无法用确定的数学关系描述其内绝缘健康状态的劣化过程。属于“较好”的状态等级。从指标层分析，电容量偏差和介损较大，均处于“一般”状态，劣化程度较为明显，有向“注意”状态发展的可能，应注意关注是否呈继续增长的趋势；同类套管出现3支套管受潮，应关注其是属于家族式缺陷还是偶发性缺陷；常处在高温空气与污秽等级为Ⅱ级，说明套管并没有处于良好的运行环境中；其余指标均处在良好或较好状态。总体来说，套管整体有着较好的健康状态，运行可靠性及稳定性均在较好的可控范围内。

5结语

综合预防性试验、巡视检查和维护历史等因素构建了变压器套管状态评估指标体系，通过层次分析法和信息熵理论来计算指标权重，并运用区间可拓分析方法，建立了套管健康状态的物元评估模型。实例分析表明可利用文中模型对套管状态进行较为客观的量化评估，为后续检测维护及状态检修决策提供参考依据。

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