电力变压器故障风险量化评估研究

电力变压器故障风险量化评估研究

王鹏

（北京市京电博源供用电工程安装有限公司北京市102200）

摘要：要实现电力变压器故障风险的定量评估，需依据风险的计算公式，确定变压器故障发生的概率、故障的严重程度以及变压器自身的脆弱性三个风险要素。本文分析量化风险评估的步骤，然后对变压器风险做了建模分析，提出了基于变压器脆弱性、故障可能性以及严重性的风险量化计算公式，对变压器风险的评估和定量计算做了探讨，进行了实例分析，实现了变压器的风险量化评估。

关键词：变压器；风险评估；故障；状态检修

0引言

风险的定义一直是研究学者们探讨的问题，在研究早期，美国的经济学家将风险定义为发生损失的概率或者是发生结果之间的差异[1-3]，而后期学者又在此基础上对风险的定义进行了诸多扩展和研究，因此，现在没有对风险设立标准的定义，但是在不同领域，针对不同方面，各领域的学者都对风险订立了适用于本领域的定义,其侧重点和使用范围各有不同。

变压器的风险评估就是对变压器的运行风险进行识别、分析和评价。是对设备运行过程中的整体风险、部件风险之间的相互影响和作用以及对电网安全运行的总体影响进行分析和评价[4]。其目的是在风险认识的全面性、风险预测的客观性和科学性、风险应对计划的合理性的基础上，充分收集变压器的运行信息、设备试验信息和设备检修信息，应用定性或定量的方法，估算风险事件发生的概率及产生的后果，以明确或减少设备运行过程中的故障发生的不确定性。因此，一个完整的变压器的风险评估分析应包括对各层次风险发生的概率和影响进行描述，电力变压器的风险评估一般过程主要包括下面三个方面的内容[5-7]。

（1）资产损失程度

资产损失程度指的是某种故障对系统的运行造成的影响程度的大小。针对变压器故障而言，通常从系统供电可靠性变化、变压器损坏程度、对人身财产安全的威胁、对环境的破坏程度、和造成的经济损失和维修成本几个方面来判定故障的严重程度。

（2）故障发生的概率

故障发生概率代表的是变压器在运行过程中可能发生某类故障的可能性。要预测这一概率，通常做法是对维修记录、试验结果和在线监测结果进行研究，并对变压器做状态估计，然后推断可能发生的故障概率。

（3）设备的脆弱性

设备的脆弱性主要指的是设备存在的安全隐患或缺陷，这些缺陷和隐患往往是在设备设计、制造、安装运行过程中出现的，有可能会影响设备的正常运行。这些缺陷往往是在特定外部环境或者是发生自身故障的时候体现出来，主要诱因为设备内在性能缺陷、劣化和外部因素。变压器的脆弱性包括内生脆弱性、环境脆弱性和人因脆弱性等三个方面。

1电力变压器风险评估方法及建模

1.1风险评估方法

风险分析一般可以分为三大类：（1）定性分析方法；（2）半定量分析方法；（3）定量分析方法[8]。定量分析是风险分析和比较的基本手段，涉及到统计相关的数学原理，需要计算事故概率，同时要参照动力学对灾害的后果进行计算。但是，由于风险的概念相对抽象，要做到精确计算事故概率是十分困难的，在某些特定情况下甚至无法进行计算。所以，在风险评估的发展历程中，定性分析和半定量分析依然是主流的分析方法。定性分析不需要得出精确的事故概率数值，只需要对被分析系统的灾害风险状况进行系统、细致的检查，然后得出大致评价。而半定量分析则是对被分析系统的危险状况进行分级，从而对事故的危害程度加以区分。随着风险评估方法的发展，定量分析的关键技术问题逐渐被解决，现阶段定量分析的发展速度很快。

图1定量风险评估的一般步骤

1.2电力变压器风险评估建模

变压器风险评估的整个过程中所涉及的风险评价指标一般有资产损失程度F(T)、故障发生概率P(T)和设备的脆弱性D(T)等三个评价指标。

资产损失程度：指的是某种故障对系统的运行造成的影响程度的大小。针对变压器故障而言，通常从系统供电可靠性变化、变压器损坏程度、对人身财产安全的威胁、对环境的破坏程度、和造成的经济损失和维修成本几个方面来判定故障的严重程度。

故障发生的概率：指的是变压器在运行过程中可能发生某类故障的可能性。要预测这一概率，通常做法是对维修记录、试验结果和在线监测结果进行研究，并对变压器做状态估计，然后推断可能发生的故障概率。

设备的脆弱性：指的是设备存在的安全隐患或缺陷，这些缺陷和隐患往往是在设备设计、制造、安装运行过程中出现的，有可能会影响设备的正常运行。这些缺陷往往是在特定外部环境或者是发生自身故障的时候体现出来，主要诱因为设备内在性能缺陷、劣化和外部因素。变压器的脆弱性包括内生脆弱性、环境脆弱性和人因脆弱性等三个方面。

因此，笔者认为在进行大型变压器风险评估时,应综合考虑资产损失程度、设备发生故障的概率及设备自身的脆弱性三者的作用，按式（1）计算缺陷设备若发生故障给电网带来的风险：

（1）

式中：

R——设备的风险值(Risk)，无量纲；

P——故障发生的概率(Probability)，可能性；

F——资产的损失程度(Failure)，严重性；

V——设备的脆弱性(Vulnerability)。

图2电力变压器风险与可能性、脆弱性、后果之间关系评估

资产损失度的计算：

（2）

式中：

j=1~4—1－成本，2－环境，3－人身安全，4－电网安全

k=1~3—要素损失等级

IOFjk—某一等级下的要素损失值

POFjk—某一等级下的要素损失概率

Fj—某一要素的损失程度

表1要素损失等级和取值范围

H-加权算符。

故障发生概率计算：具体计算方式可参考文[9]，此处不再赘述。

2实例分析

截止2016年底，该电网公司直属单位在运的110kV及以上电压等级变压器627台，总容量64089.6MVA，其中：500kV变压器96台，220kV变压器128台，110kV变压器403台；500kV电压等级并联电抗器118台。分布情况见图3所示。

图3变压器设备在运情况统计

统计发现该电网直属单位110（66）kV及以上变压器各类缺陷共46台，缺陷率为6.30%。通过对缺陷变压器的状态分析，其中5台为严重状态、18台为异常状态、10台为注意状态、13台为正常状态。缺陷变压器的状态分布情况如图4所示。

图4缺陷变压器的运行状态分布

利用上述变压器状态统计资料，依据前文各章风险各要素的计算方法，通过编制了变压器设备的风险评估EXCEL程序，对电网直属单位缺陷类变压器、SF6开关进行了风险分析。通过计算，得到了缺陷类变压器设备的风险计算结果，表2展示了部分变压器风险量化评估结果

表2部分变压器风险量化评估结

3结论

变压器是重要电力设备，本文提出的电力变压风险量化评估手段可以指导变压器巡视，检修安排。尤其在未来智能机器人巡检变电站的过程中，该算法可以通过后台输入的方式，通过量化的变压器风险评估概率，可以判断变压器在未来时间发生风险的情况，指导机器人智能安排巡检周期，极大的解放了有限人财力。

参考文献:

[1]胡文唐,余绍峰,鲁宗相,等.输变电设备风险评估与检修策略优化[M].北京:中国电力出版社,2011

[2]李文沉.电力系统风险评估模型、方法和应用[M].北京:科学出版社,2006.

[3]MeCalleyJ.D.,VittalV.,Abi-SamraN.Anoverviewofriskbasedsecurityassessment,ProceedingofIEEEPowerEngineeringSocietySummerMeeting,1999.Edmonton,Canada,1999.

[4]SermansonV.,MaruejoulsN.,LeeS,etal.ProbabilisticreliabilityassessmentoftheNorthAmericanEasternInterconnectionTransmissionGrid,ProceedingofCIGREConf.Paris,France,2002.

[5]减铁钢.先进维修技术资源信息支持系统的研究与开发[D].武汉理工大学,2003；

[6]谢小鹏.设备状态识别与维修决策[M].北京:中国石化出版社,2000.9)

[7]戴树和.工程风险分析技术[M].北京:化学工业出版社,2007.158-163

[8]陆东,牟善军.欧洲设备风险检查技术发展及应用概况[S].安全、健康和环境,2004,4(l):36-39

[9]李凯.电力变压器故障分析及智能维修决策[D].华北电力大学(北京),2016.