电力变压器状态评估综述

表 １ 变压器综合状态分类表 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｌｉｓｔ ｏｆ ｔｒ ａｎｓｆｏｒ ｍｅｒ
评分
０～２０
２１～４０ ４１～６０ ６１～８５ ８６～１００
状态
Ｅ
Ｄ
Ｃ
Ｂ
Ａ
维护策略 立即安排维修 尽快维修 优先维修 延期3计划 延期
但是在文献［７］考虑试验数据时， 由于历史数据 库的建立不是很完善， 也只是着重于 ＤＧＡ 数据和一 些主要的电气试验数据， 如套管等一些组件并未考 虑在内； 而且在进行变压器状态评估时， 并未考虑状 态评估与维修策略关系的定量关系。
第 ４４ 卷 第 １１ 期 ２００７ 年 １１ 月
ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ
Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖｅｍ ｂｅｒ ２００７
电力变压器状态评估综述
赵文清， 朱永利
（ 华北电力大学， 河北 保定 ０７１００３）
摘要： 介绍了电力变压器状态综合评估的具体内容、研究现状与应用状况。
关键词： 电力变压器； 状态评估； 状态检修
史及在线检测等状态信息得出诊断或预测结果。变 ２．２ 变压器状态评估研究现状
压器状态评估的总体结构如图 １ 所示。
对变压器的状态进行评估时， 可以评估变压器
可能发生故障的位 置 、时 间 和 程 度
的剩余寿命， 也可以评估变压器或部件的现有 健康状况。典型的计算电力变压器寿命的方法 是 Ａｒｈｅｎｎｉｕｓ－ Ｄａｋｉｎ 公式：
（ １） 打破了以往只有合格或超标两种状态的评 分标准， 满足了状态维修对设备状态进行更细分级 的要求。
（ ２） 便于数字化管理。 （ ３） 摆脱了在维修活动之前试图诊断设备具体 缺陷的陷井。 该方法在评分操作中考虑了静态分值和动态 分值两个指标， 静态分值表示预试数据接近注意值 的程度， 动态评分体现了变压器状态的劣化速度。 状态评分方案强调了设备状态的分析应基于试验 （ 包 括 在 线 监 测 ） 、家 族 缺 陷 和 自 身 质 量 事 件 ， 引 入 了设备状态和试验项目的百分制评价方法， 打破了 是非制， 该方案具有较明显的优势。然而该方案中 设备状态间界限划分过于绝对， 预试评分时， 虽然 考虑了动态分值， 但其方法较简单； 另外， 在求取总 设备维修策略因子 ｒ 时没有考虑试验、家族缺陷和 自身质量事件三类因素对设备评分影响程度并不 相同这一事实。 第三， 文献［７］利用文献［６］提出的框架和贝叶斯 网络解决不确定性问题的优势， 提出了基于贝叶斯 网络的变压器状态综合评估改进方法， 根据历史状 态 、当 前 状 态 和 预 测 状 态 建 立 了 贝 叶 斯 网 络 ， 每 一 种 状 态 又 有 ３ 个 结 点 ， 分 别 是 试 验 数 据 、自 身 质 量 和家族缺陷。该方法可以把电力变压器的状态分为 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 和 Ｅ 共 ５ 个级别， 如表 １ 所示。
第 一 ， 文 献［５］综 合 考 虑 了 电 气 试 验 项 目 、油 中 溶 解 气 体 状 态 量 、绝 缘 油 特 性 试 验 项 目 、环 境 因 素 、 运行资料、检修记录和组件运行情况等因素， 同时将 模糊数学理论引入到变压器状态评估中， 通过模糊 数学的运算能够对变压器状态给出较准确和全面的 量化评价结果。依据量化结果， 最终把变压器的状态 分为四个级别。文献［５］对变压器的评判因素考虑比 较周全， 但是对于评判模型中各评判因素的隶属函 数的确定和评估标准的建立都具有模糊性， 同时对 历史数据库的建立不是很完善， 而且没有对变压器 的故障进行预测。
状态评估包括以下任务： （ １） 为设备的运行情况积累资料和数据， 建立设 备运行的历史档案。 （ ２） 对设备运行处于正常状态还是异常状态做 出判断， 根据历史档案、运行状态等级和已出现的故 障特征或征兆， 预测或者诊断故障的性质和程度。 （ ３） 对设备的运行状态进行评估， 并对这种评估 进行分类或对变压器的健康状况分级。 （ ４） 当形成一定的标准后， 可为变压器状态检修 的实施提供依据。 状态评估是在变压器积累完整和科学的运行记 录资料之上完成的， 对变压器运行状态的分类可以
Ｆｉｇ．１ Ｔｏｔａｌ ｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ｅ ｏｆ ｔｒ ａｎｓｆｏｒ ｍｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
装置在线监测、内部温度 测 量 、在 线 功 率 因 数
图 １ 中， 电气试验参量包括绝缘电阻值、吸收比 （ 极化指数） 、泄漏电流值、介损值和绕组直流电阻 值； ＤＧＡ 参量由多种油中气体构成； 绝缘油试验参 量包括油中微水含量和油介损值等； 其他信息包括 环境因素（ 温度、湿度、海拔和风速等） 、运行资料（ 负 载情况、保护动作和短路情况等） 、检修记录（ 家族记 录和该变压器的历史记录） 、附件运行情况以及通过 非传统测试方法如局部放电、糠醛测试等获得的试 验数据。
测量及绕组位移变形测量等非传统方法。利用 上述方法进行状态评估所做的工作主要是故障诊断 方面的研究。故障诊断是状态评估的特例， 大部分故 障诊断只是利用单一或某几个试验参数得出诊断结 果。综合考虑用变压器各类状态信息的变化规律评 估变压器运行状态的研究并不多， 根据所查文献， 对 状态评估的分级方法做出如下总结。
第四， 国外进行变压器状态评估时， 对状态分级 的方法有：
（ １） ＡＢＢ 公司对变压器状态评估的方法是， 尝
试对变压器设备的状态进行量化的评价， 为变压器 的管理决策提供依据。这种方法现已用于电网变压 器。该评估方法从可能危及变压器运行的一些最重 要方面（ 短路强度、负载能力、绝缘老化和电气特性） 评估变压器。
变压器故障诊断
评价变压器的现有状况， 进行变压器之间的相
变压器故障发生 （ 故障特征）
图 １ 变压器状态评估总体结构
对比较， 即变压器的状态分级。 评 估 变 压 器 状 态 的 方 法 包 括 油 气 检 测 、介
质 损 耗 检 测 、绕 组 阻 抗 、绕 组 变 比 测 量 、温 度 监 测等传统方法以及局部放 电 、糠 醛 测 试 、调 压
第二， 文献［６］根据设备的运行工况、预试状态、 缺陷、检修、家族质量史、在线检测等状态信息， 提出 了对设备状态进行评分的解决方案。综合设备的各 类状态信息， 对设备变压器的健康状态评分， 分值为
第 １１ 期
赵文清、朱永利： 电力变压器状态评估综述
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０ 分～１００ 分， ０ 分表示设备需要立即维修； １００ 分则 表示所有预试数据均远离注意值或与优质产品的 出厂值相近， 而且既没有经历不良工况， 又没有家 族质量缺陷史， 即设备完全处于正常状态， 无需维 护。其他情形的状态评分介于 ０ 分与 １００ 分之间。 该状态评分具有如下优点。
变压器故障预测
剩余寿命＝Ａ·ｅＢ5Ｔ
电气试验
参量
变
压
绝缘油
器
试验参量
综
合
运行工况
状
态
历史状况
信 息
其他信息
变压器故障征兆， 故 障前期发展过程
变压器状态评估
故障定位和程度
形成变压器 维修决策
式中 Ａ— ——变压器服役时的寿命 Ｂ— ——常量， 取决于所研究材料的特性 Ｔ— ——绝对温度
实际操作中， 估算变压器剩余寿命的绝对 年数是非常困难的， 这是因为其中包含了许多 假设， 例如剩余寿命的准确定义和未来可能遭 受的风险的了解等。因此， 大部分研究着重于
位置和程度进行预测； 故障诊断是指根据故障特征， 作为维修管理变压器的根据。这样， 可以从根本上克
对已发生的故障进行定位和对故障发展程度进行判 服目前“定期维修”的旧的管理体制的缺陷， 对有故
断。无论是变压器故障诊断还是故障预测， 都需要由 障隐患的设备及时检修， 提高设备运行的安全性和
变压器的运行工况、预试状态、缺陷、检修、家族质量 可靠性。
２ 变压器状态评估内容与研究现状
２．１ 变压器状态评估内容 状态评估是对变压器的运行状态及其他信息
进行记录、分类和评估， 为设备维修提供决策。变压 器状态评估是电力变压器状态检修的基础工作， 故 障预测和故障诊断是变压器状态评估的特例。故障 预测是指根据故障征兆， 对可能发生故障的时间、
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第 ４４ 卷
中图分类号： ＴＭ４０６ 文献标识码： Ｂ
文章编号： １００１－ ８４２５（ ２００７） １１－ ０００９－ ０５
Ｓ ｕｍｍａ ｒｙ ｏｆ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ａｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎｔ ｆｏｒ Ｐ ｏｗｅ ｒ Ｔｒａ ｎｓ ｆｏｒｍｅ ｒ
ＺＨＡＯ Ｗｅ ｎ－ ｑｉｎｇ， ＺＨＵ Ｙｏｎｇ－ ｌｉ
（ Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅ ｃ ｔｒｉｃ Ｐｏｗｅ ｒ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ， Ｂａ ｏｄ ｉｎｇ ０７１００３， Ｃｈｉｎａ ）
Ａｂｓ ｔｒａ ｃｔ： Ｔｈｅ ｃ ｏｎｔｅ ｎｔｓ ｏｆ ｃ ｏｎｄ ｉｔｉｏｎ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎｔ ｆｏｒ ｐ ｏｗｅ ｒ ｔｒａ ｎｓ ｆｏｒｍｅ ｒ ａ ｒｅ ｉｎｔｒｏｄ ｕｃ ｅ ｄ ． Ｔｈｅ ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃ ｈ ａ ｎｄ ａ ｐ ｐ ｌｉｃ ａ ｔｉｏｎ ｏｆ ｃ ｏｎｄ ｉｔｉｏｎ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎｔ ｆｏｒ ｐ ｏｗｅ ｒ ｔｒａ ｎｓ ｆｏｒｍｅ ｒ ａ ｒｅ ｐ ｒｅ ｓ ｅ ｎｔｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ： Ｐｏｗｅ ｒ ｔｒａ ｎｓ ｆｏｒｍｅ ｒ； Ｃｏｎｄ ｉｔｉｏｎ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎｔ； Ｃｏｎｄ ｉｔｉｏｎ ｍａ ｉｎｔｅ ｎａ ｎｃ ｅ
合理地进行状态评估是状态维修的前提， 变压 器 运 行 工 况 、预 试 检 修 等 都 是 变 压 器 状 态 的 重 要 状 态信息。综合Fra Baidu bibliotek虑变压器各类状态信息， 准确评估
变 压 器 状 态 ， 对 指 导 实 施 变 压 器 状 态 维 修 、降 低 变 压器维修费用和提高变压器可靠性具有重要的理 论意义和实际应用价值。资料表明， 对电力变压器 等设备运行状态实施状态评估， 可使每年的维修费 用减少 ２５％～５０％， 故障停电时间减少 ７５％。因此， 对电力变压器等设备采用状态评估技术可促进状 态维修的有效实施， 并收到巨大的经济效益。对电 力变压器等设备的状态评估技术的研究开发可以 有 效 地 了 解 设 备 的 运 行 状 况 、监 视 变 压 器 的 运 行 状 态并提供早期的故障报警， 在变压器出现某些故障 征兆的时候进行故障诊断或保护设备， 使其安全运 行。判断变压器在当前运行状态下是否可以克服不 正 常 的 运 行 状 态 、避 免 突 发 事 故 的 发 生 ， 不 仅 对 电 力工业的科技进步有重要的科学价值， 而且对提高 电力系统运行的可靠性和科学管理水平也具有重 要意义。
（ ２） 波兰根据变压器基本数据（ 如运行年限、油 中溶气分析、绝缘的性能指标等） ， 对变压器状态进 行排序， 大致可以分为较好、一般、较差和较坏。变压 器运行 １０ 年～１５ 年没有进行过返修， 且油中 溶 气 （ 氢气和总烃之和） 含量值在 ５００μＬ3Ｌ 以下定为较 好状态； 一般状态指运行 ２０ 年以上， 存在一些缺陷， 油中溶气含量值高于 ５００μＬ3Ｌ 的变压器； 如果变压 器需要进行全面维护， 在运行时经常出现漏油， 油中 溶气含量达到 ２ ５００μＬ3Ｌ 或 ４ ５００μＬ3Ｌ， 则变压器状 态处于较差状态； 变压器需要全面维护和监测， 油中 溶气含量高于 ４ ５００μＬ3Ｌ 的变压器处于较坏状态。
１ 引言
变压器是电力系统非常重要的设备， 其运行状 态直接影响系统的安全运行。因此， 有效地诊断变 压 器 故 障 、准 确 判 断 变 压 器 的 运 行 状 态 具 有 重 要 意 义。
长期以来， 我国对变压器的检修策略主要采用 以时间为标准的定期维修。虽然定期检修一般可在 维修时发现设备存在的缺陷， 对保证设备安全经济 运行发挥了重大作用， 但是， 定期维修存在“维修过 剩”和“维修 不 足 ”的 缺 陷 ， 不 仅 造 成 部 分 变 压 器 盲 目检修， 导致人力和物力的大量浪费， 而且增加了 产生新隐患的几率， 降低了供电可靠性。在当前电 力企业走向市场的形势下， 用状态检修的模式替代 传统定期检修制度是电力企业自身发展的必然趋 势。状态检修是以设备的当前实际工作状况为依 据 ， 通 过 先 进 的 状 态 监 测 手 段 、可 靠 的 评 价 手 段 和 寿命的预测手段来判断设备的状态。状态检修对故 障 的 部 位 、严 重 程 度 和 发 展 趋 势 做 出 的 判 断， 可 识 别故障的早期征兆， 并根据分析诊断结果在设备性 能下降到一定程度或故障将要发生之前进行维修。