电力变压器设备风险评估分析

电力变压器设备风险评估分析
作者：李明德成志威吴越洋
来源：《电子世界》2013年第17期
【摘要】随着我国经济的持续增长，电网向着智能化、远距离、特高压方向发展。

为了进一步提高电力变压器运行检修质量。

保证电网安全稳定运行，在实验室和现场试验的基础上，结合国外的有关资料，对变压器设备风险评估技术进行了研究，分析了电力变压器的故障模式，提出了变压器设备进行风险评估的方法。

【关键词】风险概率；变压器；故障模式；设备风险评估
随着全球经济的持续增长，大电网向着远距离、超高压方向发展，网络规模日益庞大，结构日益复杂。

在电力系统取得巨大联网效益的同时，也不得不承受更大的潜在风险。

以确定性准则为依据的，大电网的传统规划和运行控制模型和方法，已日益捉襟见肘，需要考虑大电网事件随机性和计及各种不确定性影响的新思路与新方法来补充改进和完善现有工具。

电力变压器设备风险评估的目的是为了评估变压器异常对电力系统的潜在影响程度，对变压器运行中的不确定性进行量化分析，让调度运行人员更好的了解变压器的运行状况及采取每项决策所要承担的风险。

1.风险评估
1.1 风险与风险评估的定义
风险是指损失发生的不确定性及其潜在损失，它是不利事件或损失发生概率及其后果的函数，用数学公式可表示为R=f（P，C），R表示风险，P表示不利事件发生的概率，C表示该事件产生的后果。

为了确定特定的风险，需要明确风险来源、风险对象和风险主体，通常采用相对值指标来衡量风险。

风险评估是指为了衡量风险而对特定风险做评价与估算的一个过程，和风险评价相比，风险评估侧重于对风险的定量估算。

风险评估的关键是评估体系（评估结构）和评估参数（评估指标），其中评估体系的核心是评估模型。

风险评估包括定性评估和定量评估，定性评估可以为定量评估提供指导，利用概率统计、运筹学和计算机技术可以实现风险的定量评估。

1.2 变压器设备风险评估体系的选取原则
变压器的风险评估体系必须科学、考虑全面，且要遵循以下原则：
1）完全性原则。

评价指标能从整体上反映变压器的工作状况。

2）简捷性原则。

评价指标数量尽可能减少，同时对次要指标进行量化处理。

评价指标应能简单获得，技术上可行，便于操作。

3）相对独立性原则。

各评价指标之间应尽量保存独立性，避免评价指标之间相互包容。

4）客观性原则。

评价指标具有可比性和通用性，避免对于不同的变压器之间评价结果的差异性。

2.变压器故障模式
2.1 国内外风险评估技术对比
美国电力科学研究院开发的基于概率的风险，可靠性评估（PRA）方法已经由多家电力公司验证，并在复杂的规划研究中得以成功应用。

我国电力行业设备维护的指导性文件是《电气设备预防性试验规程》，它所确定的原则目前在设备状态评估和分析中仍然是重要的依据之一。

国家电网公司针对不同设备大类推行的一系列的状态检修导则构成了一个完整的体系，可以总体分为状态评估、风险评价与检修策略3个部分。

2.2 设备事故风险评估理论的扩展
目前常用的风险识别方法有：德尔菲法、头脑风暴法、敏感分析，以及事故树分析等多种方法。

相比之下，事故树分析更适合可靠性要求较高的领域，配电设备状态风险识别适用该方法。

运用事故分析技术与方法，可较为准确地查找设备状态发展的各个阶段的风险因素。

2.3 故障风险模式
油浸式电力变压器的故障通常分为内部故障和外部故障2种。

变压器的内部故障从性质上一般分为热故障和电故障2大类。

由于变压器故障涉及面较广，具体类型的划分方式较多，如从回路划分主要有电路故障、磁路故障和油路故障。

若从变压器主体结构划分，可分为绕组故障、铁心故障、油质故障和附件故障。

根据常见的故障易发区位划分，如绝缘故障、铁心故障、分接开关故障等。

而对变压器本身影响最严重、目前发生概率最高的又是变压器出短路故障，同时还存在变压器渗漏故障、油流带电故障、保护误动故障等等。

很难以某一范畴规范划分变压器的故障类型，IEC曾对全球范围内164台次变压器故障类型进行统计，见表1。

2.4 可观测的状态参量
1）短路故障。

变压器短路故障征兆统计见表2。

2）放电故障。

变压器放电故障征兆统计见表3。

3）绝缘故障。

变压器绝缘故障征兆统计见表4。

4）铁心故障。

变压器铁心故障征兆统计见表5。

5）分接开关故障。

变压器分接开关故障征兆统计见表6。

3.变压器设备风险评估体系
由于风险由故障率及故障引起的后果两部分组成，因此依据设备使用寿命划分故障可能性，如表7所示。

3.1 设备状态
依据前一节所述可量化的设备状态，综合考虑变压器的制造工艺、运行环境、负荷、试验、巡检、缺陷和故障记录等，构建设备状态评估表，如表8所示。

3.2 故障后果
配电系统处于电力系统的末端，直接与用户相连，是整个电力系统与用户联系的纽带，是向用户供应电能和分配电能的重要环节。

通过对历年数据进行统计，获得造成故障危险的因子如表9所示。

3.3 风险评估矩阵
纵观现有各类技术文献，众多研究者对设备故障发生频度即故障概率以及故障后果或影响度的描述仍未达到统一，多数的做法是利用数据统计获得设备可靠性相关数据，以指导后期的工作。

因此本文借鉴国外经验，并结合国内实情，将故障发生的频度和影响度分别指定为5和4个等级。

如表10故障发生频度的量化评价表和表11故障影响度的量化评价表所示。

3.4 变压器风险评估实例
本文提出的变压器风险评价将故障影响（即严重程度）用经济货币量化方式表示，这有利于将变压器故障概率和故障影响进行定量表达。

认为变压器的故障影响可由设备更换投入、设备维修投入和停电损失等内容构成，若直接以货币值进行衡量比较困难，此处采用了较为折中的一个思路，即故障影响总值与设备投人之比，有大量验算数据得出的经验值可以认为，F （故障影响总值/设备总投入比率超过1，故障概率超过5%）=B（风险适中，应采取办法予以消除）
依次类推，即建模的核心内容依旧是风险值=f（发生可能性，影响）。

对应于不同风险发生的可能性和影响，将产生不同的风险值，如
f（发生可能性：经常，影响：严重）=风险值A；
f（发生可能性：可能，影响：适中）=风险值B；
按照设备故障发生率以及故障影响程度，即单台目标变压器的设备风险程度进行排序，确定检修或更换顺序的排序工作，利用该模型进行的大量风险评价结果来看，引入经济指标确实是将传统风险评价中过多模糊性评价数值化、定量分析的一个突破口，在电力市场不断深化的今天，将是一个很好的发展方向，当然必须指出大量更贴近实际、合乎真实的运行、维护成本的经济指标还有待商榷和调整。

4.结论
本文以设备维护管理方面的经济性因素为手段，量化设备维护过程中的具体内容，较之过去设备状态评估的其他方法，建立基于状态的风险评估模型和方法，在建模过程中用各种经济性指标表征故障影响。

对变压器设备建立了风险评估框架，结合国内外有关文献资料和大量现场设备状况评估经验的基础上，总结出了结合在线监测技术的配电设备风险评估技术方案及体系。

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基金项目：衡阳市2012年工业科技支撑项目（项目编号：2012KG46）。

作者简介：李明德（1970—），工程师，主要从事电气设备的质量监督检验等工作。