一種基于服役年齡和負荷水平的變壓器可靠性分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于輸變電設備技術領域，更具體地，涉及一種基于服役年齡和負荷水平 的變壓器可靠性分析方法。
【背景技術】
[0002] 電力變壓器作為電力系統的樞紐設備，其運行狀態直接影響到電網的穩定性和可 靠性。長期以來，國內外對變壓器可靠性狀態的判斷都是通過例行試驗和診斷性試驗，同時 結合定期檢修來實現的，以相關標準和專家及運行經驗為基準，對其進行靜態評估。雖然定 期檢修一般可以在維護過程中發現設備存在的缺陷，對電力變壓器的安全經濟運行起到了 重要的作用，但可能存在"維修過剩"和"維修不足"等情況，不僅會導致人力和物力的浪費， 而且增加了故障隱患，降低了供電可靠性。隨著我國電力工程的逐步推進，電網容量日益增 大，變壓器一旦發生故障將會對社會、經濟產生嚴重的影響。因此，針對電力變壓器進行可 靠性分析，確定網絡中的薄弱環節，協助安排設備的檢修計劃，對降低維護成本、提高電力 系統的穩定性具有十分重要的意義。
[0003] 變壓器的可靠性分析是以設備的運行狀態為基礎，通過對系統工況及其他信息進 行記錄、分類和整合，從負荷水平、診斷性試驗結果、設備歷史檢修記錄等數據中提取出狀 態特征信息并進行客觀分析，完成可靠性指標的計算，并對變壓器進行可靠性評級，進而輔 助電網的調度決策及設備檢修計劃的安排。
[0004]目前，我國關于變壓器可靠性分析的研宄仍處于起步階段，對于變電設備 的可靠性評估，主要是依據運行統計數據完成相關的可靠性指標計算；申請號為 CN201310303983. 1的發明專利公開的《基于風險評估的電力系統薄弱環節辨識方法》，提出 了基于風險指標和薄弱環節特征量的薄弱辨識指標，通過多次采樣，統計發電機與輸變電 設備故障特征，結合電力系統失效狀態得到系統的故障風險，并計算元件的薄弱辨識指標， 最終通過對指標的排序，找出系統中輸變電設備的薄弱環節；上述方法未結合系統中變壓 器自身結構、功能、運行年齡以及故障模式等因素以及區域電網中變壓器之間的耦合關系 對設備可靠性的影響。

【發明內容】

[0005] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于服役年齡和負荷水 平的變壓器可靠性分析方法，其目的在于通過概率指標對變壓器進行排序，以識別出系統 中處于臨界狀態的變壓器，由此提高連鎖故障情景下變壓器可靠性分析準確度。
[0006] 為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于服役年齡和負荷水平 的變壓器可靠性分析方法，具體如下：
[0007] (1)根據變壓器負荷曲線劃分變壓器負荷等級；
[0008] (2)針對各負荷等級里的變壓器，進行潮流分析以獲取第i臺變壓器在初始狀態 下的負荷值；其中，i表示變壓器編號，ie[1，N] ;N為供電系統中變壓器的總臺數；
[0009] 其中，初始狀態是指供電系統里所有變壓器正常工作的狀況；
[0010] ⑶獲取變壓器i在初始狀態下與其負荷對應的熱點溫度0 iHST，并根據熱點溫度 與變壓器絕緣壽命之間的關系，獲取變壓器i的量化壽命Li(0HST);
[0011] (3)獲取第i臺變壓器在初始狀態下與其負荷對應的熱點溫度0iHST;并根據熱點 溫度與變壓器絕緣壽命之間的關系，獲取第i臺變壓器的量化壽命Q(0HST);
[0012]并結合變壓器量化壽命Q(0HST)，采用Weibull分布獲取變壓器的故障概率累計 分布函數P,.⑴=1-e( \
[0013] 其中，變壓器量化壽命Li(0HST)為Weibull分布的尺度參數；0為Weibull分布 的形狀參數，t指變壓器的服役年齡；
[0014] (4)采用處理后驗條件概率的馬爾科夫模型（Markovmodel)，基于變壓器的服役 年齡，獲取變壓器基于其服役年齡的可靠性指標E
[0015] 其中，Pj為第j個子區間中的故障概率，
[0016] 其中，S是由變壓器的服役年齡t劃分而成的相等的子區間的個數，je[1，S]; △t為所述子區間的時間步長，根據具體情況，At可以小時、分鐘為單位；
[0017] 由于設備處于正常運行狀態是指設備在從投運到評估的時間段內無故障，為后驗 條件概率事件，因此采用處理后驗條件概率的馬爾科夫模型（Markovmodel)分析變壓器服 役年齡對變壓器可靠性的影響；上述可靠性指標Df表征變壓器發生故障的難易程度，其數 值越高表明設備越容易發生故障，可靠性越低；
[0018] (5)令i=i+1，并重復步驟（2)~（4)，直到i=N，以獲取供電系統中N臺變壓 器在初始狀態下的可靠性指標；
[0019] (6)根據變壓器在初始狀態下的可靠性指標，獲取變壓器的連鎖故障啟動概率指 標Pie(ProbabilityofInitiationofaCascadingFailure)，并根據連鎖故障啟動概率 指標Pi。識別出供電系統中最容易引發連鎖故障的變壓器；
[0020] 連鎖故障啟動概率指標Pi。用于表征供電系統中某臺變壓器停運對系統中處于不 同服役年齡和負荷水平下的其他變壓器所造成的影響的程度；其值越大，表明該變壓器對 其他設備的干擾越嚴重，越易引發連鎖故障。
[0021 ] 優選地，上述變壓器可靠性分析方法，還包括如下步驟：
[0022] (7)獲取在第n臺變壓器停運情況下其他各變壓器的負荷值，并令n=n+1，重復 步驟（3)~（4)，直到n=N，以獲取供電系統中N臺變壓器在第n臺變壓器停運情況下的 可靠性指標；其中，n表示變壓器編號，ne[1，N];
[0023] 由于第n臺變壓器因故障停運時供電系統中潮流將重新分布，因此需重新對供電 系統進行潮流計算，確定各變壓器的負荷值；
[0024] (8)根據所述變壓器在某臺變壓器停運情況下的可靠性指標，獲取變壓器的連鎖 故障脆弱環節指不量Pv。（ProbabilityofVulnerabilitytoConsequentFailure)，并根 據所述連鎖故障脆弱環節指示量pv。識別出供電系統中最容易受擾動影響的變壓器；
[0025] 連鎖故障脆弱環節指示量Pv。用于表征在一定的服役年齡和負荷水平下，供電系 統中某臺變壓器停運時，其他變壓器發生連鎖故障的概率；其值越大，表明該變壓器越容易 受到其他變壓器故障的影響，引發二次連鎖故障。
[0026] 優選的，步驟（6)所述的連鎖故障啟動概率指標Pi。具體如下：
[0027]
[0028] 其中，Dn，b是第n臺變壓器在初始狀態下的可靠性；D是第i臺變壓器在初始狀 態下的可靠性；Di，n是第i臺變壓器在第n臺變壓器停運時的可靠性。
[0029] 優詵的，步驟（8)所沭的連鎖故障脆弱環節指示量Pv。具體如下：
[0030]
[0031] 其中，Dn，i是第n臺變壓器在第i臺變壓器停運時的可靠性；Dn，b是第n臺變壓器 在初始狀態下的可靠性，Du是第i臺變壓器在初始狀態下的可靠性。
[0032] 優選地，步驟（1)中劃分變壓器負荷等級的過程具體如下：
[0033] (1. 1)根據變壓器年負荷曲線上的變壓器負荷情況，以星期為單位，將全年的變壓 器負荷水平分為m個等級；其中，將負荷水平相差在±3%之內的星期劃在同一個等級內；
[0034] (1. 2)將同一個等級內的變壓器的負荷水平取平均值，以所述平均值作為該等級 的負荷水平；m為正整數，且5彡m彡10。
[0035] 優選的，步驟（3)中，根據初始狀態下的負荷值，采用熱點溫度模型0HST = 0a+A0TQ+A0w，獲取變壓器在初始狀態下的熱點溫度0HST;
[0036] 其中，0a為環境溫度，A0TOS頂層油溫升，A0 w為熱點溫度相對與頂層油溫 的差值；結合變壓器故障停運時負荷突變的情況，根據負荷的步進式遞增、遞減規律，獲取 A01〇和A0 w;
[0037] 當負荷遞增時：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] A0w=Hgrky
[0043] 其中，(t) = 1-exp(_t/ (knXt。）），
[0044] f2 (t) =k21X(1-exp(_t/ (k22Xtw))) - (k21_l)X(1-exp(_t/ (t。/\2)))，
[0045] f3 (t) =exp(_t/ (knXt。）），
[0046] 其中，A0min為初始時刻的頂層油溫，A0 mK為穩態情況下頂層油溫升的額定 損失，A0w，in為初始時刻熱點溫度相對于頂層油溫的梯度，R為空載額定電流情況下的負 載損耗率；k為負荷因子，由負荷電流/額定電流得到；x為變壓器油的指數系數，H為熱點 因子，&為額定電流下的繞組平均溫度相對于平均油溫的梯度，y為繞組指數系數，t為變 壓器的服役年齡，kn、k21和k22為熱點溫度模型常數，t。為變壓器油平均時間常數，單位為 分鐘；^為繞組時間常數，單位為分鐘；
[0047] 其中，熱點溫度模型中的特征參數均為變壓器的固有特性，空載額定電流情況下 的負載損耗率R、變壓器油的指數系數X，熱點因子H，繞組指數系數y等均可采用IEC導則 中的推薦參數。
[0048] 優選的，在步驟（3)中，根據初始狀態下的負荷值，采用油浸式電力變壓器的熱點 溫度模型獲取變壓器在初始狀態下的熱點溫度?HST，具體如下：
[0049] a，對于自然油循環（0N)冷卻的變壓器，在任何負載下的熱點溫度